CN106182770B - 3d打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法 - Google Patents

3d打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法 Download PDF

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Abstract

3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法，属于膜的制备技术领域。采用3D打印技术，设计出具有不同孔貌的模板，并根据模板复形出具有突起结构的疏水或超疏水膜。此方法参数可控，简单方便，绿色环保，重复性好且易于大面积制备，为模板复形法提供了新的思路和实施方案，具有良好的应用前景，有望实现工业化。

Description

3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法
技术领域
本发明涉及一种以3D打印技术为支撑的疏水或超疏水膜制备方法，属于膜的制备技术领域。
背景技术
疏水材料在工业领域、国防建设以及人们的日常生活中有着广泛的应用,其中高粘附超疏水材料可用于水资源收集以及珍贵试剂、溶剂的有效利用等方面。多尺度超疏水材料在自然界中广泛存在,例如荷叶表面具有自清洁特性、红玫瑰花花瓣具有超疏水高粘附特性、水稻叶表面具有超疏水各向异性、蝴蝶翅膀具有各向异性的黏滞性、蚊子眼睛具有超疏水和防雾性能、蜘蛛丝具有方向性集水效应。
提高材料疏水性能的方法主要有两种:一是降低材料表面自由能(化学组成)，可采用气相沉积、自组装、涂覆或溅射等手段在固体表面构筑低表面能膜层，如聚四氟、氟硅烷类等；二是改变材料表面粗糙度(微观结构)，如添加固体颗粒、刻蚀法、模板复形法、蒸汽诱导法、电纺法、腐蚀法等众多方法。然而，要使超疏水膜材料得到更广泛实际应用以及工业化生产，开发出一种环境友好、简单经济的工艺方法具有重要的意义。
3D打印技术的兴起与迅速发展，为制作不同表面形貌的膜材料提供了新的方法和技术上的支持，并使制备过程高效灵活性、简易可控。
发明内容
本发明提供一种疏水或超疏水膜的制备方法。此方法简单方便、参数可控，模板可重复使用。
3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：绘制表面具有不同孔貌的3D模型；
步骤2：打印3D模型，得到实物；
步骤3：以步骤2中的模型为模板，制备不同形貌的聚合物膜；
步骤4：待膜成型后，将膜与模板分离，得到疏水或超疏水膜。
步骤1中设计不同孔貌的孔径为0.1mm～2mm，孔深为0.1～3mm，孔密度为5000～5个/cm2，孔形状可为半球体、半椭球体、多边体中的一种或几种的几何图形混合，可规则或不规则分布。
步骤2中打印3D模型时打印材料为树脂、尼龙、玻璃纤维、金属中的一种。
步骤2中模板成品可直接使用，也可以对其进行二次表面修饰后再使用。
步骤3中聚合物为聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚砜、聚苯乙烯、聚氨酯等所有能成膜的聚合物材料。
本发明首次采用3D打印法制备模板，操作简单，环保性和重复性好，且易于调控及大面积制备。
附图说明
图1为不同孔形貌的模板示意图。
图2模板法制备疏水膜过程示意图。
图3(a)实施例1中膜形貌照片(b)实施例2中水滴在膜上的接触角照片(156°)
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为长0.8mm，宽0.8mm，高1.2mm的长方体，孔密度为75个/cm2。使用蜡质树脂进行3D打印。
疏水膜制备：
取5g聚偏氟乙烯树脂，5g 1,2-丙二醇溶于40g N,N-二甲基乙酰胺中，在室温下使用磁力搅拌器搅拌15h，混合均匀，再置于65℃烘箱中静置脱泡5h，降置室温后待用。将膜板置于膜液中抽负压使膜液充分进入孔道中，1h后取出模板使膜液流延成膜，并将模板置于去离子水中，浸泡12h，并经常换水。待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角可达151°。
实施例2
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为1mm的立方体，孔密度为44个/cm2。使用进口树脂进行3D打印。
疏水膜制备：
取4g聚偏氟乙烯树脂溶于24g N,N-二甲基乙酰胺中，在室温下使用磁力搅拌器搅拌15h，混合均匀，再置于65℃烘箱中静置脱泡5h，待其温度降到室温后，将膜液倒在经3D打印成型的模板上，流延成膜，迅速将模板至于去离子水中，浸泡12h，并经常换水。待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其水接触角为156°。
实施例3
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为长0.4mm，宽0.5mm，高0.6mm的长方体，孔密度为100个/cm2。使用钴铬合金进行3D打印。
疏水膜制备：
按100:20的比例称取将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂石蜡油并混合均匀，将混合料在37℃的温度下成熟10h。将混合料装入柱状模具内，经柱塞式压机压实成型，得到毛坯料。将毛坯料边压实边输送到挤出机中，在双辊压延机上将挤出物压延成膜。将膜置于高温烧结炉中加热到70℃以除去助挤剂，再升温到350℃热处理3min使膜软化。迅速将软化的膜压印在模板上约10s,待其冷却后,将膜与模板分离。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角可达157°。
实施例4
打印模板：
绘制长10mm，宽6mm，高1.5mm的模型。其孔为半径0.1mm半球，孔密度为1600个/cm2。使用金属粉进行3D打印。
疏水膜制备：
按100:20的比例称取将聚四氟乙烯分散树脂与助挤剂石蜡油并混合均匀，将混合料在37℃的温度下成熟10h。将混合料装入柱状模具内，经柱塞式压机压实成型，得到毛坯料。将毛坯料边压实边输送到挤出机中，在双辊压延机上将挤出物压延成膜。将膜置于高温烧结炉中加热到70℃以除去助挤剂，再升温到350℃热处理3min使膜软化。迅速将软化的膜压印在模板上约10s,待其冷却后,将膜与模板分离。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角可达160°。
实施例5
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为直径0.3mm、高0.4mm的圆柱体，孔密度为400个/cm2。使用铝合金进行3D打印。
疏水膜制备：
取8g聚苯乙烯溶于24g二甲苯溶液中，在室温下使用磁力搅拌器搅拌15h，混合均匀，再置于65℃烘箱中静置脱泡5h，降置室温后待用。将膜液倒在经3D打印成型的模板上，流延成膜，迅速将模板至于去离子水中，浸泡12h，并经常换水。待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角为141°。
实施例6
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为直径1mm的半球体，孔密度为64个/cm2。使用玻璃纤维进行3D打印。
疏水膜制备：
取4g聚偏氟乙烯树脂，1g聚乙稀吡咯烷酮溶于11g N,N-二甲基乙酰胺中中配制成铸膜液，在室温下使用磁力搅拌器搅拌15h，得到PVDF铸膜液。室温下将1g聚二甲基硅氧烷溶解于8g四氢呋喃中，磁力搅拌3h，混合均匀后加入PVDF铸膜液中继续搅拌4h。最后将混合好的膜液置于65℃烘箱中静置脱泡5h，降置室温后待用。将膜液倒在经3D打印成型的模板上，流延成膜，迅速将模板至于去离子水中，浸泡12h，并经常换水。待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角可达138°。
实施例7
打印模板：
绘制长40mm，宽20mm，高4mm的模型。其孔为长半径0.5mm，短半径0.4mm的半椭球体，孔密度为81个/cm2。使用尼龙进行3D打印。
取5g聚砜颗粒，5g 1,2-丙二醇溶于23g N,N-二甲基乙酰胺中，在室温下使用磁力搅拌器搅拌15h，混合均匀，再置于65℃烘箱中静置脱泡5h，待其温度降到室温后，将膜液倒在经3D打印成型的模板上，流延成膜，迅速将模板至于去离子水中，浸泡12h，并经常换水。待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干。
对上述制备的聚合膜进行疏水性能测试，其接触角可达126°。

Claims (3)

1.3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：绘制表面具有不同孔貌的3D模型；
步骤2：打印3D模型，得到实物；
步骤3：以步骤2中的模型为模板，制备不同形貌的聚合物膜；
步骤4：待膜成型后，将膜与模板分离，得到疏水或超疏水膜；
步骤1中设计不同孔貌的孔径为0.1mm～2mm，孔深为0.1～3mm，孔密度为5000～5个/cm2，孔形状为半球体、半椭球体、多边体中的一种或几种的几何图形混合，规则或不规则分布；
步骤3和4具体为如下：将膜板置于膜液中抽负压使膜液充分进入孔道中，1h后取出模板使膜液流延成膜，并将模板置于去离子水中，浸泡12h，并经常换水；待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干；
或步骤3和4具体为如下：将膜液倒在经3D打印成型的模板上，流延成膜，迅速将模板置于去离子水中，浸泡12h，并经常换水；待膜液凝固成型后，将膜从模板上剥离下来，于40℃烘箱中烘干；
步骤3中聚合物为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚砜、聚苯乙烯、聚氨酯，配制聚合物膜液的溶剂为有机溶剂。
2.按照权利要求1所述的3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法，其特征在于，步骤2中打印3D模型时打印材料为尼龙、玻璃纤维、金属中的一种。
3.按照权利要求1所述的3D打印模板法制备形貌可控的疏水或超疏水膜的方法，其特征在于，步骤2中模板成品直接使用，或对其进行二次表面修饰后再使用。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110125395A (zh) * 2019-04-16 2019-08-16 华南农业大学 在电动剪刀片上3d打印超疏水结构的方法
KR102060135B1 (ko) 2018-03-02 2019-12-27 경희대학교 산학협력단 3d 프린터를 이용한 (초)미세먼지 분리막의 제조방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109126484B (zh) * 2018-09-28 2020-09-11 黄素环 一种3d打印制备聚碳酸酯/石墨烯超疏水多孔膜的方法
CN109647221B (zh) * 2018-11-07 2020-03-27 天津大学 一种基于3d打印技术正渗透膜的制备方法
CN110125394B (zh) * 2019-04-16 2020-04-17 华南农业大学 基于3d打印制备超疏水结构的方法
US11958240B2 (en) 2019-08-08 2024-04-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional printing with organosilanes
CN111391310A (zh) * 2020-03-30 2020-07-10 中国科学技术大学 一种3d打印挤出法一步制造无纳米颗粒添加物的网格状超疏水薄膜及其方法
CN111569671A (zh) * 2020-04-17 2020-08-25 广东工业大学 一种蜡固封四周的油水分离过滤膜及其制备方法
CN111633882A (zh) * 2020-06-04 2020-09-08 清华大学 一种feve氟碳树脂表面网格状微结构的构建方法
CN113662746A (zh) * 2021-08-05 2021-11-19 中国科学院大学温州研究院(温州生物材料与工程研究所) 一种基于3d打印模板制备的具有有序多孔结构的聚乙烯醇海绵

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090098566A (ko) * 2008-03-14 2009-09-17 포항공과대학교 산학협력단 친수성 표면과 소수성 표면을 갖는 멤브레인의 제조방법
CN101632903A (zh) * 2009-07-07 2010-01-27 河北工业大学 聚偏氟乙烯微孔膜及制备方法
CN101851069A (zh) * 2010-02-11 2010-10-06 浙江工业大学 一种利用筛网模板法制备聚合物超疏水表面的方法
CN103272484A (zh) * 2013-05-27 2013-09-04 河北工业大学 一种高度疏水微孔膜的制备方法
CN104725538A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海交通大学 微流控芯片及其乙烯基-巯基聚合材料和制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090098566A (ko) * 2008-03-14 2009-09-17 포항공과대학교 산학협력단 친수성 표면과 소수성 표면을 갖는 멤브레인의 제조방법
CN101632903A (zh) * 2009-07-07 2010-01-27 河北工业大学 聚偏氟乙烯微孔膜及制备方法
CN101851069A (zh) * 2010-02-11 2010-10-06 浙江工业大学 一种利用筛网模板法制备聚合物超疏水表面的方法
CN103272484A (zh) * 2013-05-27 2013-09-04 河北工业大学 一种高度疏水微孔膜的制备方法
CN104725538A (zh) * 2015-03-27 2015-06-24 上海交通大学 微流控芯片及其乙烯基-巯基聚合材料和制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102060135B1 (ko) 2018-03-02 2019-12-27 경희대학교 산학협력단 3d 프린터를 이용한 (초)미세먼지 분리막의 제조방법
CN110125395A (zh) * 2019-04-16 2019-08-16 华南农业大学 在电动剪刀片上3d打印超疏水结构的方法

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