一種聚合物超疏油表面的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超疏油表面加工技術，尤其涉及一種聚合物超疏油表面的制備方法。
【背景技術】
[0002]潤濕(Wetting)是固體界面由固-氣界面轉變為固-液界面的現象。而潤濕性(wettability)是指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。潤濕性是存在自然界中的普遍現象，例如雨水落在荷葉表面后形成球狀液滴而滾落的現象以及荷葉“出淤泥而不染”的自清潔效應，即為超疏水現象。此外許多動植物如水黽的腳、蝴蝶的翅膀、水稻葉等，也具有超疏水性能。研究表明，所有這些表面所具有超疏水特性是由于微納米粗糙結構和低表面能物質共同作用而形成的。
[0003]潤濕性同時也是材料科學和表面工程領域的重要方面，在日常生活、工業生產，農業生產中有許多重要應用。所謂超疏水是指水滴在固體表面的靜態接觸角超過150°，同理，超疏油即油滴在固體表面的靜態接觸角超過150°。然而，油滴的表面張力遠小于水滴的表面張力，因此，制備具有超疏油特性的固體表面，其難度較之超疏水表面更大，更難實現。相關研究表明，要制備空氣中超疏油表面除了需要低表面能分子的修飾外，還要在其帶微納米粗糙結構表面上引進凹入表面曲率，使得微納米粗糙結構呈內凹或懸臂。這給制造工藝提出更大的挑戰。
[0004]目前，大量的文獻已經報道了人工仿生超疏水表面，這些材料在表面自清潔，防冰，防霧，防污染，金屬防腐蝕，流體減阻中有廣泛的應用。關于疏油表面的報道相對較少，但超疏油表面在工農業生產中比如防油性涂料，海水防污處理，石油管道防油爬行，油水分離中都有巨大的應用空間。
[0005]所謂表面織構(Surface texture)是指物體表面具有一定尺寸和排列的凹坑、凹痕或凸包等圖案的陣列。具有微納米尺度微觀織構的表面在表面能、光學特性、仿生特性、機械特性、流體動力學特性及摩擦磨損性能等方面與光滑表面表現出截然不同的特點，這為眾多學科研究注入了新的活力，并且在許多工程領域展示出巨大的應用潛力。
[0006]疏油表面的制備方法通常遵循自下而上或自上而下的方法。現有制備超疏油表面的工藝方法主要有以下幾種:(I)無/有模板濕法刻蝕(2 )飛秒激光刻蝕法(3 )靜電紡絲法
(4)電沉積法(5)溶膠-凝膠法等。
[0007]其中上述方法存在以下對應的缺陷:(I)無模板濕法刻蝕可以刻蝕硅和金屬表面，效率高且成本低，但刻蝕表面形貌可控性差，該方法容易得到超疏水表面，但不易獲得超疏油表面；疏油表面可以通過Bosch刻蝕法獲得，但工藝復雜且只適合硅材料。(2)飛秒激光刻蝕法能夠制備精度高、形貌規則的微納嵌套結構表面，但該工藝效率低，不適合大規模制造，且設備極其昂貴。(3)靜電紡絲法通過利用微/納米細絲在表面構筑粗糙結構，容易通過控制產生疏油表面所需結構，但所制備的表面機械力學性能較差，不具備良好的耐磨性等，使用壽命比較短；(4)電沉積法可以沉積金屬或聚合物，能高效便捷地制備具有微納米粗糙結構表面，但形貌隨機性強，不易控制，且不易產生內凹或懸臂結構。
【發明內容】
[0008]針對現有技術不足，本發明要解決的技術問題是提供一種獲取超疏油表面結構并適合快速規模生產的具有良好耐磨性的聚合物超疏油表面的制備方法。
[0009]為了克服現有技術不足，本發明采用的技術方案是:一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底構建超疏油表面結構，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟:
51、制備出具有普通微納米微柱陣列表面結構的聚合物材料零件；
52、對聚合物微納米微柱結構進行溶脹軟化，將零件凸起結構的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化；
53、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結構表面使其軟化部分產生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結構呈內凹的大頭懸飄狀；
54、保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。
[0010]作為本發明聚合物超疏油表面的制備方法的技術方案的一種改進，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化。
[0011]作為本發明聚合物超疏油表面的制備方法的技術方案的一種改進，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化。
[0012]作為本發明聚合物超疏油表面的制備方法的技術方案的一種改進，微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間。
[0013]作為本發明聚合物超疏油表面的制備方法的技術方案的一種改進，零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體。
[0014]本發明的有益效果是:通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分擠壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽結構，構建超疏油聚合物表面。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明一種聚合物超疏油表面的制備過程的各個階段的工件結構示意組合圖。
[0016]圖2為構建有超疏油表面的聚合物基底的立體結構不意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的實施方式進行具體描述。
[0018]圖1展示了本發明的工藝過程中工件的各個階段的結構，本發明一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底I構建超疏油表面結構，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟:
S1、制備出具有普通微納米微柱陣列11表面結構的聚合物材料零件I ;通過一般手段即可獲取具有微柱陣列11表面的聚合物零件I。
[0019]S2、對聚合物微納米微柱結構進行溶脹軟化，將零件I凸起結構即微柱陣列11的頂端部分用醇類溶液2浸濕，使其局部吸入醇類溶液2溶脹軟化；溶脹軟化成型的結構能夠避免與工具粘接，保證加工的整潔和維持產品的結構一致性。
[0020]S3、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板3施加一定壓力壓在微凸起結構即微柱陣列11表面使其軟化部分產生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結構呈內凹的大頭懸飄狀，形成具有超疏油特性的結構。
[0021]S4、保壓一定時間使大頭微柱固化成型完成塑性變形，而后分離壓板3取出零件I ;完成工件的制備。
[0022]本發明的制備工藝通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分擠壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽4結構，如圖2所示，構建超疏油聚合物表面。
[0023]更佳地，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化，是一種是微柱末端浸潤的方式，過程中要保持各個微柱的浸潤深度，嚴格控制液面與微柱之間的位置關系。
[0024]更佳地，在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化，能夠較好地控制微柱的浸潤高度，通過對工件施加壓力而改變微柱的嵌入深度，從而靈活地控制浸潤尺寸。
[0025]更佳地，微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間，可以形成符合超疏油的釘帽結構的規格，又能維持微柱的原有形狀避免受到破壞，間距稍大的微柱需要選擇更大的浸潤深度和末端變形量。
[0026]更佳地，零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體，都可以溶脹壓迫變形構成大頭蘑菇體或釘帽體，從而形成超疏油表面織構。
[0027]以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明申請專利范圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【主權項】
1.一種聚合物超疏油表面的制備方法，用于在聚合物基底構建超疏油表面結構，其特征在于，所述聚合物超疏油表面的制備方法包括以下步驟: 51、制備出具有普通微納米微柱陣列表面結構的聚合物材料零件； 52、對聚合物微納米微柱結構進行溶脹軟化，將零件凸起結構的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化； 53、加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結構表面使其軟化部分產生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結構呈內凹的大頭懸飄狀； 54、保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。2.根據權利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置浸入醇類溶液中，使被浸泡部分吸入醇類溶液溶脹軟化。3.根據權利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:在步驟S2中，零件的微柱朝向倒置，置于浸潤醇類溶液的棉餅上，使微柱頂端部分吸入醇類溶液溶脹軟化。4.根據權利要求2或3所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:微柱頂端部的浸潤軟化高度為微柱高度的1/3-1/2之間。5.根據權利要求1所述的聚合物超疏油表面的制備方法，其特征在于:零件的微柱的基本形狀為圓柱體或棱柱體或橢圓柱體。
【專利摘要】本發明公開了一種聚合物超疏油表面的制備方法，其包括以下步驟：制備具有普通微納米微柱陣列的聚合物零件；對微柱結構進行溶脹軟化，將零件凸起結構的頂端部分用醇類溶液浸濕，使其局部吸入醇類溶液溶脹軟化；加壓變形，將充分溶脹軟化后的零件取出，用一塊光滑平面壓板施加一定壓力壓在微凸起結構表面使其軟化部分產生不可逆的塑性變形，變形后使得微納米微柱結構呈內凹的大頭懸飄狀；保壓一定時間使大頭微柱固化成型，而后分離壓板取出零件；完成工件的制備。本發明通過對聚合物微柱末端浸潤吸入醇類溶液而軟化，再用壓板將軟化部分擠壓使其塑性變形，形成大頭懸飄狀釘帽結構，構建超疏油聚合物表面。
【IPC分類】B29C59/00
【公開號】CN105216295
【申請號】CN201510714639
【發明人】郭鐘寧, 張瑞麟, 江樹鎮, 鄧宇, 文青梅
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月29日