CN104387607A - 一种制作高分子材料亲水性微管道的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制作高分子材料亲水性微管道的方法，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板和高分子材料盖板的表面在一定的气体流量和压强下进行氧化辐射，然后将氧化辐射后的过滤板和盖板在一定的温度以及接触力作用下直接键合，键合后过滤板和盖板之间形成微管道，再将键合后的高分子材料浸入表面活性剂溶液中进行处理，经过表面活性剂溶液处理后，将键合的高分子材料至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。本发明可以保证亲水改性效果最大化的同时，利用氧气等离子体活化材料表面后直接键合形成微管道装置。本发明不改变材料本身特性，只对高分子材料的表面亲水性做出改善，而且操作简单，成本低廉，效果显著。
Description
技术领域：
本发明属于对高分子材料的改性领域，具体涉及一种制作高分子材料亲水性微管道的方法。
背景技术：
有机高分子材料拥有许多优良特性，广泛应用于建材、汽车、医疗、化工及航空等行业。但许多高分子材料由于表面的非极性，表现为疏水特性。如需在未经表面处理的状态下进行粘合、涂覆等效果非常差，甚至无法进行，使得在一些应用上，需要对其进行改性。以PMMA为例，其化学名为聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力或有机玻璃，是一种高分子热塑性塑料，具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，应用非常广泛，建筑材料、广告材料、医疗产品、汽车行业等待都能见到PMMA的存在。与大多数高分子材料一样，PMMA的表面为非极性官能团，表面能低，表现为疏水特性。对高分子材料应用的需求之广泛，使得各界对高分子材料改性研究出了许多方法。目前，高分子改性的方法主要可分为化学方法和物理方法。化学方法有表面氧化法、接枝改性法、共聚法和表面活性剂法等等；物理方法有共混法、高能辐射法等。有些工艺用一些化学药剂对这些材料表面进行处理，这样能改变材料的粘接效果，但这种方法不易掌握，化学药剂本身具有毒性，操作非常麻烦，成本也较高，而且化学药剂对橡塑材料原有的优良性能也有影响。
其中等离子改性是材料表面改性常用的一种方法。高分子材料的等离子体表面改性是利用非聚合性气体的辉光放电,改变待加工材料的表面结构,控制界面物性或进行表面敷膜。
发明内容：
本发明的目的是提供一种制作高分子材料亲水性微管道的方法。该方法采用等离子气体对高分子材料表面辐射氧化后，再使用表面活性剂对其进行改性，从而大大减低高分子材料的疏水特性，使高分子材料表面的接触角降到最低。
本发明的一种制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板和高分子材料盖板的表面在一定的气体流量和压强下进行氧化辐射，然后将氧化辐射后的过滤板和盖板在一定的温度以及接触力作用下直接键合，键合后过滤板和盖板之间形成微管道，再将键合后的高分子材料浸入表面活性剂溶液中进行处理，经过表面活性剂溶液处理后，将键合的高分子材料至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。
所述的高分子材料优选为PMMA、PLA或PDMA材料。
所述的过滤板，其表面设有微管道滤网，左右两侧边缘设有粘合口，过滤板的宽度与盖板相适应。
所述的气体流量优选为20～60sccm，压强优选为0.05～0.2torr。
所述的将氧化辐射后的过滤板和盖板在一定的温度以及接触力作用下直接键合，温度优选为95～110℃，接触力优选为20～60N，键合时间优选为5～15min。
所述的表面活性剂溶液，优选为浓度0.1％的多聚左旋赖氨酸(poly-l-lysine，简称PPL)溶液。
优选，将键合后的高分子材料浸入表面活性剂溶液中进行处理1min。
本发明是在高分子材料上建立微管道，利用毛细血管力作为引流动力。根据沃什伯恩模型(Washburn Model)，影响毛细血管作用力的关键因素，除了管道本身的尺寸外，只有材料表面的接触角。因此要利用毛细血管力让液体渗入管道，必须改变材料表面的润湿性，对管道内表面做亲水性改性。
本发明采用氧气等离子体对高分子材料过滤板和高分子材料盖板的表面在一定的气体流量和压强下进行氧化辐射，氧气等离子气体作用于高分子材料表层的非极性官能团，使表面布满负离子，增减其亲水性；然后采用表面活性剂溶液对经氧化辐射后的过滤板和盖板进行处理，表面活性剂与微管道表面极性含氧官能团发生作用，并通过毛细血管力渗入微管道内，作用后的微管道的表层表现为活性剂的极性官能团。当微流体经过微管道时，因为毛细血管力的作用，便可以迅速扩散至微管道的另一端。
本发明可以保证亲水改性效果最大化的同时，利用氧气等离子体活化材料表面后直接键合形成微管道装置。本发明不改变材料本身特性，只对高分子材料的表面亲水性做出改善，而且操作简单，成本低廉，效果显著。
附图说明：
图1为本发明中的两种高分子材料板示意图，其中a为过滤板，b为盖板；
图2为本发明的过滤板的横截面；
图3为经过氧气等离子体处理后的高分子材料表面微观图；
图4为过滤板和盖板键合后形成的微管道横截面；
图5为经过氧气等离子体处理后的高分子材料表面的纵向界面，所示箭头为过滤液体的流动方向；
图6为本发明所采用的表面活性剂的分子式；
图7为通过本发明的方法所制作的微管道内表面的分子结构示意图；
其中，1：微管道滤网；2：粘合口；3：PMMA材料层；4：活性层；5：PLL亲水基团。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
参考图1、图2，如图所示，以PMMA材料制作的过滤板a和盖板b；其中过滤板a上设置有微管道滤网1，左右两侧边缘一定宽度范围为粘合口2；过滤板a的宽度与盖板b相适应。
将两片材料板置于等离子表面处理仪中，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板a和高分子材料盖板b的表面在气体流量为30sccm、压强为0.1torr的条件下进行氧化辐射，在高速高能量的等离子体轰击下，高分子材料表面能得以最大化，在高分子材料PMMA材料层3的表面布满-OH-，即形成一层活性层4(如图3所示)，但对原PMMA材料的特性并无影响，氧化辐射后的过滤板a和盖板b可以做键合处理，接触角减小15％；然后将氧化辐射后的过滤板a和盖板b在105℃下以30N的接触力作用下直接键合，键合时间为10min，键合后过滤板a和盖板b之间形成微管道，微管道横截面如图4所示，经过氧气等离子体处理后的高分子材料表面的纵向界面如图5所示，再将键合后的过滤板a和盖板b浸入浓度0.1％的多聚左旋赖氨酸(poly-l-lysine，简称PLL)溶液中进行处理1min，经过表面活性剂溶液处理后，PLL溶液与微管道表面极性含氧官能团发生作用，并通过毛细血管力渗入管道内，因此PLL的亲水基团-NH2暴露在管道内表面的表层(如图7所示)，经过PLL溶液处理后，接触角能减低至15度以下，当微流体经过微管道时，因为毛细血管力的作用，便可以迅速扩散至微管道的另一端，最后将键合的过滤板a和盖板b至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。
综上所述，本实施例提供的高分子材料亲水性微管道的制作方法，该方法简便高效，只改变高分子材料的表面特性，而并不改变材料的本身特性，极大地减小接触角。
实施例2：
参考图1、图2，如图所示，以PLA材料制作的过滤板a和盖板b；其中过滤板a上设置有微管道滤网1，左右两侧边缘一定宽度范围为粘合口2；过滤板a的宽度与盖板b相适应。
将两片材料板置于等离子表面处理仪中，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板a和高分子材料盖板b的表面在气体流量为20sccm、压强为0.05torr的条件下进行氧化辐射，在高速高能量的等离子体轰击下，高分子材料表面能得以最大化，在高分子材料PLA材料层3的表面布满-OH-，即形成一层活性层4(如图3所示)，但对原PLA材料的特性并无影响，氧化辐射后的过滤板a和盖板b可以做键合处理，接触角减小15％；然后将氧化辐射后的过滤板a和盖板b在110℃下以20N的接触力作用下直接键合，键合时间为5min键合后过滤板a和盖板b之间形成微管道，微管道横截面如图4所示，经过氧气等离子体处理后的高分子材料表面的纵向界面如图5所示，再将键合后的过滤板a和盖板b浸入浓度0.1％的多聚左旋赖氨酸(poly-l-lysine，简称PLL)溶液中进行处理1min，经过表面活性剂溶液处理后，PLL溶液与微管道表面极性含氧官能团发生作用，并通过毛细血管力渗入管道内，因此PLL的亲水基团-NH2暴露在管道内表面的表层(如图7所示)，经过PLL溶液处理后，接触角能减低至15度以下，当微流体经过微管道时，因为毛细血管力的作用，便可以迅速扩散至微管道的另一端，最后将键合的过滤板a和盖板b至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。
综上所述，本实施例提供的高分子材料亲水性微管道的制作方法，该方法简便高效，只改变高分子材料的表面特性，而并不改变材料的本身特性，极大地减小接触角。
实施例3：
参考图1、图2，如图所示，以PDMA材料制作的过滤板a和盖板b；其中过滤板a上设置有微管道滤网1，左右两侧边缘一定宽度范围为粘合口2；过滤板a的宽度与盖板b相适应。
将两片材料板置于等离子表面处理仪中，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板a和高分子材料盖板b的表面在气体流量为60sccm、压强为0.2torr的条件下进行氧化辐射，在高速高能量的等离子体轰击下，高分子材料表面能得以最大化，在高分子材料PDMA材料层3的表面布满-OH-，即形成一层活性层4(如图3所示)，但对原PDMA材料的特性并无影响，氧化辐射后的过滤板a和盖板b可以做键合处理，接触角减小15％；然后将氧化辐射后的过滤板a和盖板b在95℃下以60N的接触力作用下直接键合，键合时间为15min键合后过滤板a和盖板b之间形成微管道，微管道横截面如图4所示，经过氧气等离子体处理后的高分子材料表面的纵向界面如图5所示，再将键合后的过滤板a和盖板b浸入浓度0.1％的多聚左旋赖氨酸(poly-l-lysine，简称PLL)溶液中进行处理1min，经过表面活性剂溶液处理后，PLL溶液与微管道表面极性含氧官能团发生作用，并通过毛细血管力渗入管道内，因此PLL的亲水基团-NH2暴露在管道内表面的表层(如图7所示)，经过PLL溶液处理后，接触角能减低至15度以下，当微流体经过微管道时，因为毛细血管力的作用，便可以迅速扩散至微管道的另一端，最后将键合的过滤板a和盖板b至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。
综上所述，本实施例提供的高分子材料亲水性微管道的制作方法，该方法简便高效，只改变高分子材料的表面特性，而并不改变材料的本身特性，极大地减小接触角。
Claims (6)
1.一种制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，首先采用氧气等离子体对高分子材料过滤板和高分子材料盖板的表面在一定的气体流量和压强下进行氧化辐射，然后将氧化辐射后的过滤板和盖板在一定的温度以及接触力作用下直接键合，键合后过滤板和盖板之间形成微管道，再将键合后的高分子材料浸入表面活性剂溶液中进行处理，经过表面活性剂溶液处理后，将键合的高分子材料至于真空环境中自然干燥，即得到了具有亲水性微管道的高分子材料。
2.根据权利要求1所述的制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，所述的高分子材料为PMMA、PLA或PDMA材料。
3.根据权利要求1所述的制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，所述的气体流量为20～60sccm，压强为0.05～0.2torr，键合时间为5～15min。
4.根据权利要求1所述的制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，所述的将氧化辐射后的过滤板和盖板在一定的温度以及接触力作用下直接键合，温度为95～110℃，接触力为20～60N。
5.根据权利要求1所述的制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，所述的表面活性剂溶液为浓度0.1％的多聚左旋赖氨酸溶液。
6.根据权利要求1所述的制作高分子材料亲水性微管道的方法，其特征在于，将键合后的高分子材料浸入表面活性剂溶液中进行处理1min。
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Granted publication date: 20171010 |