CN113913564A - 一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，属于激光和高分子材料的应用技术领域，本申请通过采用超短激光脉冲刻蚀的方法，成功制备一系列具有规整纳微结构阵列的模板，经过对皮革涂层的压印处理得到自清洁效应皮革面料。
Description
技术领域
本发明涉及激光和高分子材料的应用技术领域，具体涉及一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法。
背景技术
“自清洁”是指该材料成膜表面的污染物或灰尘能够在重力、雨水、风力或太阳能等自然外力的作用下能够自动脱落或被降解。
在20世纪90年代，“自清洁”这个概念首次被提了出来，之后随着社会的快速发展，对于“自清洁”的研究也变得越来越迅速。目前为止，自清洁材料的应用范围已经变得更为广泛，从原先的建筑涂料行业领域，一直发展到现在的温室、汽车、电子设备等多方面的领域。由于其具有环保和节省清洗费用等优点, 自清洁材料在市场上越来越受到青睐, 并在未来将扮演重要的角色。
具有自清洁功能的皮革面料具有很大的市场需求和竞争潜力。然而目前主流的涂饰方法和材料均无法达到制品表面自清洁效果，导致其在使用过程中防污性能不佳，增加后续护理成本。
针对皮革自清洁问题，申请号为CN200810017702.5中国专利公开了一种纳米自清洁皮革或制品的制备方法,首先,按将有机氟树脂、纳米 级固体颗粒、硅烷偶联剂、三乙醇胺和丙二醇与水混合得到有机氟涂饰剂； 然后,在室温下采用有机氟涂饰剂对皮革或制品进行喷涂、刷涂或辊涂,在 30～50℃预烘5～30min,最后在50-95℃将皮革或制品完全烘干制得纳米自清洁皮革。申请号为CN201210101056.7中国专利公开了一种防污自清洁水性聚氨酯皮革涂饰剂及其制备方法，首先利用大分子引发技术,合成了以聚氨酯为主链,聚乙二醇为侧链的新型共聚物,然后通过溶胶-凝胶的方法将纳米TiO2引入到聚乙二醇接枝的聚氨酯共聚物基体中,制备出新型聚乙二醇接枝的聚氨酯纳米复合皮革涂饰材料用于制作防污自清洁皮革。申请号为CN202110215665.4中国专利公开了一种车内皮革自清洁材料及其制备方法，采用乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和二环己基甲烷二异氰酸酯改性纳米TiO2和纳米ZnO,制备超疏水整理液,可以将纳米TiO2和纳米ZnO均匀负载在皮革等面料上，产生自清洁效果。
以上专利更多的专注于自清洁材料的开发，且在制备自清洁效应的皮革面料时仿荷叶的粗糙表面纳微结构不能精确控制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，通过制革涂饰技术在皮革表面形成聚合物杂化涂层，然后采用超短激光脉冲技术刻蚀纳微结构阵列，通过其对上述皮革涂层的压印形成具有纳微米结构的超疏水涂层，使之具有良好的自清洁效果。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，包括以下制备步骤：
步骤一、超短激光脉冲刻蚀模板
借助于He-Ne激光光源对用于结构制备的激光进行准直，采用中性衰减片对激光脉冲能量进行调节，为准确控制脉冲数N，采用电机械光开关对入射到靶面的激光脉冲个数进行控制，通过同步控制系统控制激光器和光在高的能量密度下，超短脉冲激光与模板表面材料作用过程中会发生相爆炸，随着脉冲数的增加，材料表面逐渐产生规整的40-200微米间距的微纳结构；
步骤二、模板的沉积处理
通过硅烷的沉积，在模板表面可以形成一层分子膜，利用其低表面能的特性，有利于后续模板与复制品之间的分离；
步骤三、皮革面料涂层的构筑
本发明的皮革面料的涂层采用喷涂涂饰方法构建，涂层干燥静置后利用步骤2中的沉积后的模板熨印。
优选的，步骤一中的激光脉冲条件：输出脉宽5fs，单脉冲能量5nj，重复频率1MHz。
优选的，步骤1中的模板表面图案形状包括鱼鳞状、条纹状、孔洞状微观结构。
优选的，步骤二中的硅烷为为三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷及十二氟庚基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
优选的，步骤三中的底涂配方由以下质量分数计包括丙烯酸树脂150-200份、聚氨酯成膜剂100-150份、泡沫涂饰专用改性聚氨酯 5-10份；
步骤三中的顶涂配方由以下质量分数计包括A聚氨酯顶涂乳液300-350份、水400份、聚氨酯顶涂液150-250份、交联剂50-60份，与50-60份水混合后加入，流平剂8-10份、无氟防水剂RUCO 1518 50-100份、无氟防水剂RUCO 1514 50-100份。
优选的，步骤三中的底涂工艺条件为所述底涂配方成分用Quinn混合器生成涂饰剂，喷涂一次，120-160g/m2，干燥静置过夜，熨平温度为65-75℃，熨平压力5-15MPA，熨平时间为1.5-2.5秒；
步骤三中的顶涂工艺条件为所述顶涂配方成分利用Quinn混合器生成涂饰剂，喷两次，每次60-100g/m2，干燥静置过夜，模板熨印温度为90-110℃，模板熨印压力为15-25MPA，模板熨印时间为1.5-2.5秒。
本发明的有益效果体现在：通过制革涂饰技术在皮革表面形成聚合物杂化涂层，然后采用超短激光脉冲技术刻蚀纳微结构阵列，通过其对上述皮革涂层的压印形成具有纳微米结构的超疏水涂层，使之具有良好的自清洁效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明超短激光制备周期性纳米结构模板光路图；
图2为超短激光制备模板控制图案；
图3为“自清洁”皮革面料的对不同液体的疏水效果图；
图4为墨水的静态接触角侧视图；
1、He-Ne激光光源，2、45。反射镜，3、光栅，4、衰减片，5、光开关、6、聚焦透镜，7、三维控制系统，8、电脑，9、超短激光系统、10、同步控制系统。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，包括以下制备步骤：
步骤一、超短激光脉冲刻蚀模板
本发明采取的超短激光脉冲刻蚀模板的光路图如附图1所示，借助于He-Ne激光对用于结构制备的激光进行准直，采用中性衰减片对激光脉冲能量进行调节，为准确控制脉冲数N，采用电机械光开关对入射到靶面的激光脉冲个数进行控制，通过同步控制系统控制激光器和光在高的能量密度下，超短脉冲激光与模板表面材料作用过程中会发生相爆炸，随着脉冲数的增加，材料表面逐渐产生规整的40-200微米间距的微纳结构，控制的图案形状包括鱼鳞状、条纹状、孔洞状等微观结构，如附图2所示。
在本实施例中，激光脉冲条件：输出脉宽5fs，单脉冲能量5nj，重复频率1MHz。
步骤二、模板的沉积处理
通过硅烷的沉积，在模板表面可以形成一层分子膜，利用其低表面能的特性，有利于后续模板与复制品之间的分离。
所述硅烷包括三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷及十二氟庚基丙基三乙氧基硅烷。
步骤三、皮革面料涂层的构筑
本发明的皮革面料的涂层采用喷涂涂饰方法构建，成膜材料由商业化的涂料公司提供，涂层干燥静置后用沉积后的模板熨印。
底涂配方以质量分数计包括:Melio Resin A-827填充性丙烯酸树脂150-200份，Melio Foam RD-21消光性聚氨酯成膜剂100-150份，Melio Foam AX-03泡沫涂饰专用改性聚氨酯 5-10份。
所述底涂配方用Quinn混合器生成涂饰剂，喷涂一次，120-160g/m2，干燥静置过夜，熨平温度为65-75℃，熨平压力5-15MPA，熨平时间为1.5-2.5秒，以上材料由斯塔尔精细涂料（苏州）有限公司提供。
顶涂配方以质量分数计包括: Aqualen Top D 2012暗光(消光)的聚氨酯顶涂乳液300-350份，水400份，Aqualen Top 2002中硬度的聚氨酯顶涂液150-250份， Aqualen DA50交联剂50-60份，与50-60份水混合后加入)，Aqualen Paste VS流平剂8-10份，由斯塔尔精细涂料（苏州）有限公司提供，无氟防水剂RUCO 1518 50-100份，RUCO 1514 50-100份，由鲁道夫化工(东莞)有限公司提供。
顶涂工艺条件为所述顶涂配方成分利用Quinn混合器生成涂饰剂，喷两次，每次60-100g/m2，干燥静置过夜，模板熨印温度为90-110℃，模板熨印压力为15-25MPA，模板熨印时间为1.5-2.5秒。
利用该方法制备的皮革面料对蒸馏水、墨水、甘油、0.9%氯化钠溶液都表现出了较好的超疏水性能，因此具有优异的自清洁效果，见附图3-4所示。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤一、超短激光脉冲刻蚀模板
借助于He-Ne激光光源对用于结构制备的激光进行准直，采用中性衰减片对激光脉冲能量进行调节，为准确控制脉冲数N，采用电机械光开关对入射到靶面的激光脉冲个数进行控制，通过同步控制系统控制激光器和光在高的能量密度下，超短脉冲激光与模板表面材料作用过程中会发生相爆炸，随着脉冲数的增加，材料表面逐渐产生规整的40-200微米间距的微纳结构；
步骤二、模板的沉积处理
通过硅烷的沉积，在模板表面可以形成一层分子膜，利用其低表面能的特性，有利于后续模板与复制品之间的分离；
步骤三、皮革面料涂层的构筑
本发明的皮革面料的涂层采用喷涂涂饰方法构建，涂层干燥静置后利用步骤2中的沉积后的模板熨印。
2.根据权利要求1所述的激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：步骤一中的激光脉冲条件：输出脉宽5fs，单脉冲能量5nj，重复频率1MHz。
3.根据权利要求1所述的激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：步骤1中的模板表面图案形状包括鱼鳞状、条纹状、孔洞状微观结构。
4.根据权利要求1所述的激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：步骤二中的硅烷为为三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷、三氟丙基三乙氧基硅烷、十三氟辛基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷及十二氟庚基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：步骤三中的底涂配方由以下质量分数计包括丙烯酸树脂150-200份、聚氨酯成膜剂100-150份、泡沫涂饰专用改性聚氨酯 5-10份；
步骤三中的顶涂配方由以下质量分数计包括A聚氨酯顶涂乳液300-350份、水400份、聚氨酯顶涂液150-250份、交联剂50-60份，与50-60份水混合后加入，流平剂8-10份、无氟防水剂RUCO 1518 50-100份、无氟防水剂RUCO 1514 50-100份。
6.根据权利要求1所述的激光刻蚀模板法制备自清洁皮革面料的方法，其特征在于：步骤三中的底涂工艺条件为所述底涂配方成分用Quinn混合器生成涂饰剂，喷涂一次，120-160g/m2，干燥静置过夜，熨平温度为65-75℃，熨平压力5-15MPA，熨平时间为1.5-2.5秒；
步骤三中的顶涂工艺条件为所述顶涂配方成分利用Quinn混合器生成涂饰剂，喷两次，每次60-100g/m2，干燥静置过夜，模板熨印温度为90-110℃，模板熨印压力为15-25MPA，模板熨印时间为1.5-2.5秒。
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