CN115926284A - 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种热塑性聚合物及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115926284A
CN115926284A CN202211261372.0A CN202211261372A CN115926284A CN 115926284 A CN115926284 A CN 115926284A CN 202211261372 A CN202211261372 A CN 202211261372A CN 115926284 A CN115926284 A CN 115926284A
Authority
CN
China
Prior art keywords
thermoplastic polymer
flexible screen
polymer
structures
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211261372.0A
Other languages
English (en)
Inventor
谢恒�
杨友强
杜宇
魏金刚
丁超
陈平绪
卢翔
李成
杨方强
李振华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Kingfa Science and Technology Co Ltd
Guangdong Kingfa Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Kingfa Science and Technology Co Ltd
Guangdong Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Kingfa Science and Technology Co Ltd, Guangdong Kingfa Science and Technology Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202211261372.0A priority Critical patent/CN115926284A/zh
Publication of CN115926284A publication Critical patent/CN115926284A/zh
Priority to PCT/CN2023/123782 priority patent/WO2024078496A1/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/14—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. injection moulding around inserts or for coating articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C08L23/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L55/00—Compositions of homopolymers or copolymers, obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in groups C08L23/00 - C08L53/00
    • C08L55/02—ABS [Acrylonitrile-Butadiene-Styrene] polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种热塑性聚合物及其制备方法和应用，属于超疏水聚合物材料技术领域。本发明的热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，所述倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ，0°<λ<90°，垂直高度H为0<H≤900μm。本发明的热塑性聚合物表面具有阵列分布的倾斜微米锥结构，通过倾斜微米锥结构可以有效防止水滴的浸润，并在水滴反弹时驱动其向着结构倾斜的方向定向运动，可以广泛应用于雨滴发电、防污、防腐、自清洁、防附着、减少阻力等方面。

Description

一种热塑性聚合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及超疏水聚合物材料技术领域，更具体地，涉及一种热塑性聚合物及其制备方法和应用。
背景技术
固体表面与水接触时，水滴接触角小于90°的称为亲水表面，接触角大于 90°的称为疏水表面；特别地，接触角达到150°及以上的称为超疏水表面。当水滴滴落在超疏水表面上时，由于水滴与超疏水表面间存在一层空气垫，空气垫可有效减小水滴与表面的接触面积，使水滴无法浸入表面微观结构中，而被“支撑”在超疏水表面上，因而超疏水表面在雨滴发电、防污、防腐、自清洁、防附着、减少阻力等方面被广泛应用。
具有稳健动态润湿稳定性的超疏水表面在以水滴势能捕捉为主的应用场景中表现优异，而水滴反弹后的运动行为对于能量的收集和器件设计至关重要。虽然现有超疏水表面对水滴的排斥性可以使高速水滴无残留的反弹以实现能量转换和长效工作，但是水滴滴落后的反弹运动是无规则和不可控的，因此为滴落水滴的定向收集和排出带来诸多不便。因此，能够控制反弹水滴定向运动的超疏水表面是目前超疏水表面应用需要着重克服的问题。虽然激光刻蚀、3D打印、注塑成型、纳米压印等现有的超疏水表面制备技术已经实现了表面润湿行为和结构形态的高度调控，但如何制备高动态润湿稳定性超疏水表面，尤其是具有反弹水滴定向偏移微结构的表面仍是难以攻克的技术难点。
现有技术公开了控制液滴弹跳方向的方法，其具体操作为：将基体表面划分为若干区域，每一个区域构造规则阵列分布微米级柱状结构，通过调节工艺参数，在每一区域内构造出不同密集程度的微米级柱状结构，保证相邻区域的微米级柱状结构密集程度不同或者根据需要各个区域内的微米级柱状结构密度依次减小或者依次增大，即可获得液滴向微米级柱状结构稀疏区域反弹的效果。该控制液滴弹跳表面制备较为复杂，且只能实现液滴的区域偏移，无法实现精准的定向偏移。
发明内容
本发明的目的是克服现有超疏水表面无法在超疏水的同时实现反弹水滴定向偏移的缺陷和不足，提供一种热塑性聚合物，通过聚合物表面的反弹水滴定向偏移微结构来实现反弹水滴的定向偏移，从而得到即可疏水又可以控制反弹水滴定向偏移的聚合物材料。
本发明的再一目的在于提供一种热塑性聚合物的制备方法。
本发明的又一目的在于提供一种热塑性聚合物在制备水滴势能捕捉设备表面、流体定向高效输送设备表面、药物释放控制设备表面、减阻设备表面和微流控设备表面中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种热塑性聚合物，所述热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，所述倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ，0° <λ<90°，垂直高度H为0<H≤900μm。
其中，需要说明的是：
本发明的倾斜微米锥结构的倾斜角λ和垂直高度H的测试方法如下：
利用裁刀将所制备的倾斜微米锥片材截开，截开面与扫描电子显微镜镜头垂直放置，通过显微镜观察截面微观形貌并获取原始照片。借助测绘软件，测量不同区域的倾斜微米锥结构的倾斜角度和高度，并进行数据统计，求取平均值，最终得到倾斜微米锥的倾斜角度和高度。
本发明的热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，通过倾斜微米锥结构可以有效防止水滴的浸润，并在水滴反弹时驱动其向着结构倾斜的方向定向运动。
在本发明的热塑性聚合物表面具有倾斜微米锥结构，水滴在接触倾斜微米锥结构表面时，通过表面倾斜微米锥结构所构成微纳米结构之间的空间结构产生的气穴可以有效防止水滴的渗入，因此，表面呈现出优异的拒水性能。倾斜微米锥结构垂直高度0<H≤900μm，垂直高度增加，样品表面拒水性增加。
当水滴碰撞到表面时发生反弹，同样通过特定的表面倾斜微米锥结构的倾斜角度和垂直高度控制，水滴在脱离倾斜结构表面过程中受到倾斜微米锥结构所致的非平衡表面张力的驱动，因而产生定向反弹。
本发明的倾斜微米锥结构阵列分布可以为高度不变的倾斜微米锥结构等间距阵列分布，也可以是高度不同的倾斜微米锥结构的变间距阵列分布。
在具体实施方式中，本发明的热塑性聚合物的表面的倾斜微米锥结构的底面可以为任意形状，优选为椭圆形。
优选地，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ为20°≤λ≤70°，垂直高度H为 100≤H≤500μm。
进一步优选地，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ为30°≤λ≤45°，垂直高度H为130≤H≤450μm。
在具体实施方式中，优选所述倾斜微米锥结构的密度为9000～11000个/平方英寸。
其中，需要说明的是：
倾斜微米锥结构的密度的测定方法如下：
借助扫描电子显微镜，观察所制备聚合物表面的表面：将所制备表面置于扫描电子显微镜镜头下方，直接观察并获取原始照片，计数得到倾斜微米锥的密度。
在具体实施方式中，本发明的热塑性聚合物为所述热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚己内酯、ABS中的一种或多种。
本发明还具体保护一种热塑性聚合物的制备方法，包括如下步骤：
S1.将热塑性聚合物熔体注入底部放置有柔性筛网的模具腔内，热塑性聚合物熔体完全填充柔性筛网的微孔后冷却定型得到表面具有柔性筛网的聚合物板材；
S2.将具有柔性筛网的聚合物板材的柔性筛网和聚合物板材分别夹持，在外力牵引下将柔性筛网从热塑性聚合物板材表面剥离，聚合物板材表面在剥离过程中形成倾斜微米锥结构，冷却定型后得到所述热塑性聚合物，
其中，S2中剥离温度为25～200℃，牵引角度为θ，0°<θ≤90°，牵引速度为1～100mm/min。
其中，需要说明的是：
本发明的热塑性聚合物表面的倾斜微米锥结构的倾斜角λ和垂直高度H主要通过剥离工艺控制，牵引速度和剥离温度对倾斜微米锥结构的长度有影响，进而会影响结构的高度，牵引角度也会影响最终的倾斜角度，通过控制本发明的剥离温度、牵引角度和牵引速度可以综合实现最终表面形成的热塑性聚合物表面的倾斜微米锥结构的倾斜角λ和垂直高度H。
本发明控制剥离温度可以使聚合物板材形成粘流态，在粘流态下通过有效控制牵引角度使得聚合物板材表面形成本发明的倾斜微米锥结构。剥离温度过低，无法有效实现剥离拉伸，也无法形成特定的倾斜微米锥结构。
在本发明的制备方法中，柔性筛网具有密集分布微孔洞，作为控制水滴定向反弹的倾斜微米锥结构的柔性模板，通过烘干、分切后固定于模具型腔底面，将热塑性聚合物熔体注入底面放置有柔性模板的模具型腔内，通过模具压缩力或充模压力的作用，热塑性聚合物高分子熔体即可完全填充至柔性模板密集分布的微孔洞中，冷却定型即可获得表面具有柔性模板的热塑性聚合物板材。
在具体实施方式中，S2步骤中可以将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材在万能实验机的拉伸测试夹具上进行固定，其中，夹具的一端夹持柔性筛网，另一端夹持热塑性聚合物板材，随后在夹具牵引下将柔性筛网在热塑性聚合物的玻璃化转变温度左右从热塑性聚合物板材表面剥离，聚合物板材表面微结构在脱模过程中形成一定角度的倾斜，冷却定型后形成规整排列且具有一定倾角的定向偏移结构，即倾斜微米锥结构，从而获得表面具有疏水和反弹水滴定向偏移特性的热塑性聚合物。
其中，在具体制备方法中，通过填充工艺中控制模压或注塑工艺参数可使熔体填充深度不同，通过剥离工艺中牵引角度和牵引速度的协同可以改变表面倾斜微米锥结构的倾角和拉伸倍率，整体工艺协同作用即可制备得到具有本发明的倾斜角度和垂直高度的倾斜微米锥结构，进而得到本发明的热塑性聚合物。
优选地，S2中剥离温度为40～150℃，牵引角度为θ为20°～70°，牵引速度为 20～50mm/min
在具体实施方式中，S1中通过模压或注塑成型方法将热塑性聚合物熔体完全填充柔性筛网的微孔中。通过调节模压或注塑成型的工艺参数即可实现不同深度的熔体填充，进而剥离得到不同垂直高度的表面倾斜微米锥结构。
在具体实施方式中，本发明具体的模压或注塑成型的工艺参数控制包括熔体温度，模具温度，成型压力等，具体分别为：熔体温度范围为25～250℃，模压成型压力为5～20MPa，模具温度为25～260℃。
在具体实施方式中，本发明的柔性筛网可以为平纹、斜纹或席形编织的金属丝筛网中的一种或几种。
进一步优选地，所述金属丝的平均直径为15～800μm，优选为15～25μm。
进一步优选地，所述金属丝筛网的平均孔洞直径为10～50μm，优选为20～30μm。
在具体实施方式中，金属丝可以为不锈钢丝、铁丝、黑钢丝、白钢丝、黄铜丝、紫铜丝等有色金属丝。
通过金属丝的直径、编织方式(席型编织、平纹编织、斜纹编织等)、平均孔洞直径的优选限定可以更有利于确定倾斜微米锥结构形态、间距，直径，从而更有利于得到最终的表面倾斜微米锥结构。
本发明的热塑性聚合物还可通过其他方式制备，例如，可快速成型的3D打印技术。将所需要的倾斜微米锥结构形态借助三维软件绘制后转为数字模型文件，运用粉末塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造所需求倾斜微米锥结构表面，但该方法加工效率低，难以高效制备制备倾斜微米锥结构表面。
本发明的热塑性聚合物具有可以控制水滴定向反弹的超疏水表面，可以广泛应用于制备疏水高分子制品，在雨滴发电、防污、防腐、自清洁、防附着、减少阻力等方面被广泛应用，例如用于制备水滴势能捕捉设备表面、流体定向高效输送设备表面、药物释放控制设备表面、减阻设备表面和微流控设备表面等。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的热塑性聚合物表面具有阵列分布的倾斜微米锥结构，通过倾斜微米锥结构可以有效防止水滴的浸润，并在水滴反弹时驱动其向着结构倾斜的方向定向运动，可以广泛应用于雨滴发电、防污、防腐、自清洁、防附着、减少阻力等方面。
本发明的热塑性聚合物的制备方法将热塑性聚合物熔体填充柔性模板，再将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材玻璃即可制备得到表面具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物，可以实现倾斜微米锥结构的高精度复制重复，且柔性模板可反复使用可实现批量、低成本制造。
附图说明
图1为具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物的剥离过程示意图。
图2为柔性筛网的扫描电子显微镜照片。
图3为实施例1的热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。
图4为4μL水滴在实施例1的热塑性聚合物表面表面上的润湿状态图。
图5中(a)为4μL水滴在对比例1的不具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面的反弹运动状态视频截图；(b)为4μL水滴在本发明实施例1的倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面上的反弹偏移的运动状态视频截图。
图6为实施例2的热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。
图7为实施例4的热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。
图8为实施例5的热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。
图9为实施例6的热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。
图10为对比例1的热塑性聚合物表面的扫描电子显微镜照片。
图11为4μL水滴在对比例1的热塑性聚合物表面表面上的润湿状态图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
其中，本发明的原料信息如下：
聚丙烯PP：T30S，福建中景石化有限公司；
聚己内酯PCL：Capa 6800，美国苏威公司；
聚乙烯PE：FL8008，福建联合石油化工有限公司；
ABS：PA-757，中国台湾奇美。
实施例1
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构(如图3所示)，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为30°，垂直高度H为100μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为10000个 /平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为30°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在100℃并保温30min，设定牵引速度V为20mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物 5。
其中具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物的剥离过程如图1所示。
图2为柔性筛网的扫描电子显微镜照片，可以看出其具有规整、紧密分布的微孔洞，其直径约为25μm。
图3为热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。可见，热塑性聚合物表面的倾斜微米锥结构和垂直方向的夹角约为30°，倾斜微米锥结构的高度约为100μm。
图4为4μL水滴在本发明的热塑性聚合物表面润湿状态的照片。可见，制品表面上的微米结构可阻止水滴的进一步浸润，从而在顶部形成固-液-气三相复合润湿界面，这种复合润湿状态减少了固-液接触面积，从而呈现较大接触角。
实施例2
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为80°，垂直高度H 为100μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为10000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为80°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在130℃并保温30min，设定牵引速度V为20mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物5。
图6为热塑性聚合物表面倾斜微米锥结构的扫描电子显微镜照片。可见，热塑性聚合物表面的倾斜微米锥结构和垂直方向的夹角倾斜角λ为80°，倾斜微米锥结构的高度约为100μm。
实施例3
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为10°，垂直高度H 为40μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为1000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为50μm、金属丝的平均直径为800μm的柔性筛网2 浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为10°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在25℃并保温30min，设定牵引速度V为5mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物5。
实施例4
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为45°，垂直高度H 为450μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为10000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为45°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在150℃并保温30min，设定牵引速度V为50mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物5。
实施例5
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为30°，垂直高度H 为130μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为10000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网中的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为30°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在40℃并保温30min，设定牵引速度V为25mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物5。
实施例6
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为20°，垂直高度H 为900μm，热塑性聚合物为ABS，倾斜微米锥结构的密度为10000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为20°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在200℃并保温30min，设定牵引速度V为100mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物 5。
实施例7
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构(如图3所示)，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为30°，垂直高度H为20μm，热塑性聚合物为PP，倾斜微米锥结构的密度为10000个/ 平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法如下：
S1.将平均孔洞直径为25μm、金属丝的平均直径为20μm的柔性筛网2浸入无水乙醇中超声清洗20min后，置于烘箱中干燥。
将柔性筛网固定在模压机模腔内，加热模具，将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入柔性筛网的微孔中，冷却定型后，获得表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材3；
S2.将表面具有柔性筛网的热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为30°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在100℃并保温30min，设定牵引速度V为1mm/min，当柔性筛网被剥离时聚合物表面形成具有一定倾角的微锥结构，最后获得具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物5。
实施例8
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为20°，垂直高度H 为150μm，热塑性聚合物为PCL，倾斜微米锥结构的密度为9000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法同实施例1，其中柔性筛网的平均孔洞直径为 35μm、金属丝的平均直径为30μm，
牵引角度θ为20°，牵引速度V为30mm/min，剥离温度100℃。
具体形成的热塑性聚合物的表面的倾斜微米锥结构如图7所示。
实施例9
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为70°，垂直高度H 为250μm，热塑性聚合物为PE，倾斜微米锥结构的密度为11000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法同实施例1，其中柔性筛网的平均孔洞直径为 10μm、金属丝的平均直径为15μm，
牵引角度θ为70°，牵引速度V为40mm/min，剥离温度100℃。
具体形成的热塑性聚合物的表面的倾斜微米锥结构如图8所示。
实施例10
一种热塑性聚合物，热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，倾斜微米锥结构的倾斜角λ为3°，垂直高度H 为20μm，热塑性聚合物为ABS，倾斜微米锥结构的密度为5000个/平方英寸。
热塑性聚合物的具体制备方法同实施例1。
具体形成的热塑性聚合物的表面的倾斜微米锥结构如图9所示，其中柔性筛网的平均孔洞直径为45μm、金属丝的平均直径为50μm，
牵引角度θ为3°，牵引速度V为1mm/min，剥离温度200℃。
对比例1
一种热塑性聚合物，具体制备方法如下：
S1.将PP熔融、塑化成熔体，在压缩力的作用下，PP熔体被压入模具中，冷却定型后，获得热塑性聚合物板材3；
S2.将热塑性聚合物板材两端分别固定在上、下牵引夹具1上(牵引角度θ为180°)，开启恒温加热箱4使其剥离温度稳定在100℃并保温30min，设定牵引速度V为1mm/s，最后获得拉伸后的热塑性聚合物5。
结果检测
(1)疏水性检测
对实施例1～6的热塑性聚合物表面的疏水性进行测定，具体测定方法为：
疏水性通过接触角表示，接触角越大则材料的疏水性能越好。
接触角的具体测定方法如下：
采用接触角测量仪(JC2000，上海中晨有限公司，中国)测试样品表面的接触角，所用水滴体积为5μL，对同一个样品的五个位置进行测试，并求其平均值。
结果如下表1所示：
上述结果可以看出，本发明的热塑性聚合物表面上的微米结构可阻止水滴的进一步浸润，从而在顶部形成固-液-气三相复合润湿界面，这种复合润湿状态减少了固-液接触面积，从而呈现较大接触角。
(2)水滴定向反弹检测
通过4μL水滴在具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面上的反弹偏移的运动状态视频来检测水滴的定向反弹精准性。
从图5可以看出4μL水滴在实施例1～8的倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面上滴落反弹后产生了明显偏移运动，且运动方向和结构倾斜方向一致，说明本发明的具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物可以实现水滴的定向反弹。
图5(a)为4μL水滴在对比例1的不具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面的反弹运动状态视频截图；图5(b)是4μL水滴在本发明实施例1的倾斜微米锥结构的热塑性聚合物表面上的反弹偏移的运动状态视频截图。可见， 4μL水滴在滴落反弹后产生了明显偏移运动，且运动方向和结构倾斜方向一致，说明本发明的具有倾斜微米锥结构的热塑性聚合物可以实现水滴的定向反弹。
对比例1的热塑性聚合物的表面如图10所示，可以看出，其为平整的平面，并未形成相关的表面微结构。图11为对比例1的热塑性聚合物的水接触角测试润湿状态图，结合图10和图11可以看出，对比例1的热塑性聚合物并不能形成具有倾斜微米锥结构的微表面结构，拒水性变差，且无法实现水滴的定向反弹。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热塑性聚合物，其特征在于，所述热塑性聚合物的表面具有倾斜微米锥结构，所述倾斜微米锥结构阵列分布在聚合物表面，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ，0°<λ<90°，垂直高度H为0<H≤900μm。
2.如权利要求1所述热塑性聚合物，其特征在于，所述倾斜微米锥结构的倾斜角λ为20°≤λ≤70°，垂直高度H为100≤H≤500μm。
3.如权利要求1所述热塑性聚合物，其特征在于，所述倾斜微米锥结构的密度为9000～11000个/平方英寸。
4.如权利要求1所述热塑性聚合物，其特征在于，所述热塑性聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚己内酯、ABS中的一种或多种。
5.一种权利要求1～4任意一项所述热塑性聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.将热塑性聚合物熔体注入底部放置有柔性筛网的模具腔内，热塑性聚合物熔体完全填充柔性筛网的微孔后冷却定型得到表面具有柔性筛网的聚合物板材；
S2.将具有柔性筛网的聚合物板材的柔性筛网和聚合物板材分别夹持，在外力牵引下将柔性筛网从热塑性聚合物板材表面剥离，聚合物板材表面在剥离过程中形成倾斜微米锥结构，冷却定型后得到所述热塑性聚合物，
其中，S2中剥离温度为25～200℃，牵引角度为θ，0°<θ≤90°，牵引速度为1～100mm/min。
6.如权利要求5所述热塑性聚合物的制备方法，其特征在于，S2中剥离温度为40～150℃，牵引角度为θ为20°～70°，牵引速度为20～50mm/min。
7.如权利要求5所述热塑性聚合物的制备方法，其特征在于，S1中所述柔性筛网为平纹、斜纹或席形编织的金属丝筛网中的一种或几种。
8.如权利要求7所述热塑性聚合物的制备方法，其特征在于，所述金属丝的平均直径为15～800μm。
9.如权利要求7所述热塑性聚合物的制备方法，其特征在于，所述金属丝筛网的平均孔洞直径为10～50μm。
10.一种权利要求1～4任意一项所述热塑性聚合物在制备水滴势能捕捉设备表面、流体定向高效输送设备表面、药物释放控制设备表面、减阻设备表面和微流控设备表面中的应用。
CN202211261372.0A 2022-10-14 2022-10-14 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用 Pending CN115926284A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211261372.0A CN115926284A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用
PCT/CN2023/123782 WO2024078496A1 (zh) 2022-10-14 2023-10-10 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211261372.0A CN115926284A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115926284A true CN115926284A (zh) 2023-04-07

Family

ID=86698123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211261372.0A Pending CN115926284A (zh) 2022-10-14 2022-10-14 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115926284A (zh)
WO (1) WO2024078496A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024078496A1 (zh) * 2022-10-14 2024-04-18 金发科技股份有限公司 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033273B1 (ko) * 2008-03-27 2011-05-09 서울대학교산학협력단 초소수성 폴리머 구조물의 제조
CN111906994B (zh) * 2020-06-01 2022-03-25 华南理工大学 具有纳米结构的防冰自移除冷凝水滴表面的制造方法及其应用
CN115926284A (zh) * 2022-10-14 2023-04-07 金发科技股份有限公司 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
袁志平: "液滴自发弹跳机理及调控研究", 中国博士学位论文全文数据库基础科学辑, vol. 2022, no. 7, pages 004 - 2 *
谢恒: "微注压成型表面仿生蝉翼纳米结构的设计及润湿和陷光性能研究", 中国博士学位论文全文数据库工程科技I辑, vol. 2018, no. 12, pages 020 - 227 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024078496A1 (zh) * 2022-10-14 2024-04-18 金发科技股份有限公司 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024078496A1 (zh) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Christiyan et al. A study on the influence of process parameters on the Mechanical Properties of 3D printed ABS composite
CN104552947B (zh) 一种石墨烯熔融沉积3d打印方法及其应用
Li et al. Bonding quality and fracture analysis of polyamide 12 parts fabricated by fused deposition modeling
CN115926284A (zh) 一种热塑性聚合物及其制备方法和应用
Hao et al. Water droplet impact on superhydrophobic surfaces with microstructures and hierarchical roughness
CN1379837A (zh) 带有成一整体的丝网的模具、制造这种模具的方法和使用该模具的设备和方法
Feilden Additive manufacturing of ceramics and ceramic composites via robocasting
Fu et al. Injection molding, debinding and sintering of 316L stainless steel microstructures
JPWO2013031860A1 (ja) 立ち面を有する成形体、およびその製造方法
Hu et al. Nanofillers can be used to enhance the thermal conductivity of commercially available SLA resins
Wang et al. Effects of nozzle-bed distance on the surface quality and mechanical properties of fused filament fabrication parts
Hasan et al. Impact of aging effect and heat treatment on the tensile properties of PLA (poly lactic acid) printed parts
Li et al. Analysis of morphology and electrical insulation of 3d printing parts
Maidin et al. Effect of vacuum assisted fused deposition modeling on 3D printed ABS microstructure
CN106832885B (zh) 含聚多巴胺粒子的聚合物复合材料及其应用
CN103434127A (zh) 基于机械力拉伸的大深宽比纳米纤维结构及其制备方法
CN111549453B (zh) 一种静电直写规整孔结构全氟聚合物多孔膜的制备方法
Ecker et al. Additive manufacturing of steel and copper using fused layer modelling: material and process development
Zhao et al. 3D printing of ZrO2 ceramic using nano-zirconia suspension as a binder
CN107053579A (zh) 一种注塑成型装置和注塑成型方法
Jiang et al. Fabrication of directional nanopillars with high-aspect-ratio using a stretching imprint process with a microcavity mold
CN108357042A (zh) 一种高分子复合材料表面微纳结构的制备方法
Mosaddegh et al. Micron and sub-micron feature replication of amorphous polymers at elevated mold temperature without externally applied pressure
Sahli et al. Development and characterization of polymers‐metallic hot embossing process for manufacturing metallic micro‐parts
CN116376252B (zh) 一种3d打印用高介电聚乳酸复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination