[發明專利]一種具有復合微結構的超疏水表面的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201210560978.4
• 申請日: 2012-12-20
• 公開（公告）號: CN103101147A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 黃漢雄;關偉盛
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C45/00
• 分類號: B29C45/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松;付茵茵

技術領域

本發明涉及制備超疏水表面的技術，特別涉及一種采用復合微結構模板，注塑成型高分子材料超疏水表面的方法及應用。?

背景技術

材料表面潤濕特性主要取決于微觀幾何結構和材料化學組成。通過在疏水（水接觸角大于90°）的固體表面構建粗糙結構，或者在粗糙固體表面上修飾低表面能的物質，均可賦予固體表面超疏水（水接觸角大于150°）的特性。在自然界中，許多超疏水的表面都具有多尺度的復合微結構，即大尺度微特征表面存在小尺度微特征，這是由于多尺度復合微結構比單尺度微結構的力學穩定性更高。不同微觀結構的超疏水固體表面與水的動態接觸特性（以滾動角表征）存在差異，例如，在具有不同微/納米復合結構的荷葉和玫瑰花瓣表面，水的滾動角分別是2°和大于90°，接觸角都大于150°。荷葉的特殊潤濕行為使其具備“自潔”的功能，可在水的沖刷下保持高度潔凈，實際上自潔功能表面在防塵、防結冰、防腐蝕、減阻、藥物釋放控制和日常生活等方面有廣闊的應用前景；而玫瑰花瓣則具有“機械手”的功能，這為實現微量液體的無損輸送提供了新思路。受生物表面微結構和潤濕特性的啟發，科學家正致力于開發超疏水功能表面的制備技術，其中模板法被認為是工業生產該功能表面的理想選擇。然而，如何制造微結構復雜的模板、精確復制模板的微結構、實現微結構的順利脫模、提高模板重復利用率和生產效率，這些是批量生產超疏水表面的主要障礙。此外，如何根據實際使用需求，通過有目的地改變微結構特征，形成具有微結構和潤濕性能分布特征的功能表面，也是這一技術的難點。?

專利號為ZL?200510019857.9的中國專利公開了一種制備超疏水表面的方法：通過納米壓印技術復制模板上的微/納米復合結構，賦予聚合物薄膜表面超疏水的功能。但是，該方法的設備投入大、生產效率較低，難以滿足大批量生產的要求。?

專利號為ZL?201010109225.2的中國專利公開了一種制備超疏水表面的方法：通過模壓或壓延，將篩網的微米結構陣列復制到聚合物制品上，從而獲得?超疏水表面。但是，該方法采用的模板上單一的微米結構不利于疏水性能的充分提高，難以實現多尺度微特征的制備和不同潤濕性能的集成。?

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是：提供一種操作方便、制品表面微特征和濕潤性能分布靈活的具有復合微結構的超疏水表面的制備方法。采用該方法可實現復合微結構模板的簡易制造，模板結構的高效、精確復制，成型的高分子制品表面微特征與模板之間順利分離，制品表面潤濕特性的多元化，以及模板的循環利用。?

本發明的另一目的在于提供上述超疏水表面制備方法的應用。?

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案。?

一種具有復合微結構的超疏水表面的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：a.根據注塑模腔的結構、制品表面所需的微結構和潤濕性能，制造具有兩種以上尺度微特征的復合微結構模板，將模板固定于注塑模腔的表面；b.利用注塑機將熔融的高分子材料注入注塑模腔內，對高分子材料進行保壓，隨后冷卻成型；c.通過脫模裝置將成型的高分子制品和注塑模具分離，獲得表面具有復合微結構和超疏水特性的高分子制品。?

步驟a中，所述模板上微特征的橫向尺寸、縱向尺度和間距為微米級或納米級；所述微特征的橫向尺寸、縱向尺度和間距為恒定不變的，或為沿橫向和/或縱向變化的；所述橫向指的是垂直于微特征深度的方向，縱向指的是微特征的深度方向。?

步驟a中，微特征的橫向截面為圓形、橢圓形或多邊形。?

步驟a中，模板與注塑模腔表面之間的固定方式為螺紋連接、焊接、鉚接、磁性連接、過盈安裝或黏合。?

步驟b中，所述高分子材料為聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、環烯烴共聚物或聚氨酯。?

步驟b中，所述保壓步驟通過模腔體積的單向壓縮、模腔體積的雙向壓縮或注塑機螺桿的軸向移動來實現。?

步驟c中，所述復合微結構中微特征的橫向尺寸、縱向尺度和間距為微米級或納米級；所述微特征的橫向尺寸、縱向尺度和間距為恒定不變的，或為沿?橫向和/或縱向變化的；所述橫向指的是垂直于微特征高度的方向，縱向指的是微特征的高度方向。?

步驟c中，所述超疏水特性在整個表面上為均勻分布，或為不均勻分布；所述超疏水特性包括靜態和動態特性，靜態特性以接觸角表征，動態特性以滾動角表征。?

具有復合微結構模板的超疏水表面的制備方法的應用，用于制備接觸角大于150°，滾動角為0°至90°的復合微結構表面。?