CN116570517A - 一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜及其制备方法，包括锥形微结构层和多孔材料层，所述锥形微结构层上面设置有竖直向上的锥形微阵列，锥形微阵列为PDMS材料；锥形微结构层具有多个规则排列的锥形阵列，锥形阵列为圆锥形结构；锥形微结构层上具有小孔，可以将锥形微阵列收集到的水运输到多孔材料层；该聚合物复合薄膜，具有亲水性的多孔结构，可以将由超疏水的微阵列和孔结构吸收的水分进行长时间保存，贴合皮肤，为皮肤持久保湿。
Description
技术领域
本发明属于聚合物薄膜制备领域，具体涉及一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜制备方法。
背景技术
皮肤受到环境污染、气候变化、干燥、紫外线等因素的危害，容易出现干燥粗糙脱皮和皱纹等问题，严重影响人的身体健康和外貌形象。目前市场上的皮肤保湿产品主要以霜、乳液、面膜等形式存在，这些产品基本都是含有保湿剂的化妆品，其作用原理是通过保湿剂的吸水性、保水性和减少蒸发性，从而达到保湿的效果。然而，这些产品多是化学合成产品，需要频繁涂抹且效果难以持久，且还存在危害人体健康的化学物质。随着人们的外出旅行增多，经常会遇到低湿度、高温的环境(比如沙漠旅行中)，皮肤很容易因为水分蒸发而变干，甚至出现皲裂等问题，人们对补水保湿产品的需求进一步增加。因此更加安全，有效持久的皮肤保湿产品需要进一步发展。
鉴于微纳结构和多孔结构在水汽收集和保湿方面的优势，发展用于皮肤保湿的具有微纳和多孔结构的聚合物复合薄膜具有重要应用前景。目前，常见的聚合物材料薄膜制备方法，有原位聚合法、溶胶－凝胶法和挤压成型法。其中，原位聚合法，通过在基底表面进行聚合反应来制备聚合物薄膜，这种方法需要试剂在一定的条件下发生化学反应，条件要求较为苛刻，制备工艺较为复杂；溶胶－凝胶法将金属盐在适当的条件下发生水解反应以形成溶胶，然后通过挥发或者热处理等去除溶剂，在凝胶干燥处理的过程中水分及溶剂的挥发会使材料收缩形变，发生脆裂；挤压成型法利用预制的母模对聚合物材料在加热状态下挤压成型，该方法只能适用于热塑性的薄膜材料制备的制备。以上方法仅能适用于单一材质的薄膜材料的制备，而且不具备对多材料微纳结构的聚合物薄膜材料的制备，因此制备具有多种材料和微纳结构的复合物薄膜的方法需要进一步发展。
鉴于上述背景，提供一种用于多种材料和微纳结构的复合物薄膜的制备方法和应用，对皮肤保湿产品的进一步发展具有重要意义。
发明内容
为解决上述不足，本发明提出了一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，集成微阵列和多孔结构。其中，微阵列可对空气中的水汽微液滴进行有效收集并进行储存；多孔结构可以吸收和锁住水分，贴合皮肤用于皮肤保湿。该复合薄膜使用水凝胶复合材料，可以有效的保持水分，持续时间很长，满足人体皮肤的湿度要求，并降低皮肤表面温度，防止皮肤暴晒灼伤。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，包括锥形微结构层和多孔材料层，所述锥形微结构层上表面规则排列有多个锥形结构，每相邻四个锥形结构之间设置有小孔；多孔材料层上具有多孔结构。
进一步地，所述锥形结构为圆锥形结构。
进一步地，所述锥形结构的高度为1.5mm，单个锥底面半径为0.13mm，单个锥顶角为10°，锥与锥间中心距为0.5mm。
进一步地，锥形微结构层表面采用PDMS材料制成，多孔材料层的材质为光敏树脂材料。
一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜的制备方法：包括如下步骤：
S1.选用平整度较高的双面剖光的硅片为基底，并进行清洗；
S2.使用匀胶机在硅片表面旋涂SU8-2050光刻胶；
S3.对旋涂完光刻胶的硅片进行加热以使光刻胶固化，然后冷却至室温；
S4.使用掩模版和光刻机，对固化光刻胶的硅片进行光刻，以使透光部分的光刻胶发生交联反应；
S5.对硅片进行二次加热以增强光刻胶与基底的粘附性；
S6.将固化光刻胶的硅片进行显影处理，去除未交联的光刻胶部分，从而在硅片上加工成多个规则排列的锥形凹槽；
S7.对显影后的硅片进行坚膜处理，得到具有锥形凹槽的锥形微结构层的母模；
S8.在锥形微结构层的母模上面浇筑液态PDMS，加热固化并进行揭膜，得到锥形微结构层1；
S9.使用自动打孔机在锥形微结构层上打出小孔；
S10.配置含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油，将锥形微结构层浸入在50℃的含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油里12小时，对锥形微结构层进行疏水增强处理，获得超疏水的锥形微结构层；
S11.通过机械搅拌破碎的方式制备光固化体系液态聚合物；
S12.在制得的锥形微结构层远离锥形结构的表面浇筑液态的光固化体系液态聚合物泡沫；
S13.使用365nm波长，1W的UV紫外光照射液态聚合物泡沫，液态聚合物泡沫发生交联反应，在锥形微结构层远离锥形结构的的表面上形成多孔材料层，制得光刻机聚合物复合薄膜；
进一步地，所述步骤S2中匀胶机先低速500转/秒持续10秒，再高速2500转/秒持续30秒；
进一步地，所述S3中对旋涂完光刻胶的硅片进行加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高到95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温。
进一步地，所述S4中的所采用的曝光时间为170秒；
进一步地，所述S5中对硅片进行二次加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高至95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温。
进一步地，所述S6中显影处理的具体步骤为：将光刻后的硅片放入盛SU8-2050专用显影液的培养皿中，用镊子反复拨动硅片使硅片表面充分接触显影液。5min后用去离子水冲洗硅片表面，观察微流道是否清晰显现，同时观察非流道部分是否已经冲洗干净，如有残留光刻胶，则继续显影，直至流道清晰，硅片表面清洁为止。
进一步地，所述S7中坚膜处理的具体步骤为，在150℃加热台上烘烤以除去残留的显影液和水分，然后冷却到室温。
进一步地，所述S8中液态PDMS的制备方法为：将PDMS和固化剂按照质量分数10：1配比搅拌均匀，利用真空箱将液态PDMS中的气体抽出，重复这一过程直到混合溶液完全透明清澈，得到液态PDMS。
进一步地，所述S11中光固化体系液态聚合物由质量分数35％的聚乙二醇二丙烯酸酯，1％的光引发剂，2％表面活性剂Tween 80和62％去离子水组成，
进一步地，所述S11中液态的光固化体系液态聚合物泡沫采用机械搅拌或微流控方式进行制备。
相对于现有技术，本发明的有益效果：
(1)本发明提出一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，具有超疏水的微阵列和孔结构，可以实现对空气中水汽的收集和输送；
(2)本发明提出的聚合物复合薄膜，具有亲水性的多孔结构，可以将由超疏水的微阵列和孔结构吸收的水分进行长时间保存，贴合皮肤，为皮肤持久保湿；
(3)本发明提出的聚合物复合薄膜，材质具有很好的生物兼容性，对皮肤无害，制备过程环保无污染。
附图说明
图1为本发明聚合物复合薄膜的结构示意图；
图2为本发明聚合物复合薄膜的结构局部放大图；
图3为本发明聚合物复合薄膜的多孔结构示意图；
图4为本发明聚合物复合薄膜的制备流程图；
图5为本发明聚合物复合薄膜的集水原理示意图。
具体实施方式
本发明所述一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，集成微阵列和多孔结构，可对空气中的水汽进行有效收集并进行储存；该复合薄膜使用水凝胶复合材料，可以有效的保持水分，满足人体皮肤的湿度要求，降低皮肤表面温度。
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，包括锥形微结构层1和多孔材料层2，所述锥形微结构层1上表面规则排列有多个锥形结构1-1，每相邻四个锥形结构之间设置有小孔1-2；多孔材料层2上具有多孔结构，可以将水分进行长时间保存。
所述锥形结构为圆锥形结构。
如图5所示，锥形微结构层1上表面规则排列有多个锥形结构1-1，所述锥形结构1-1类似于仙人掌上的刺，含有雾水的空气被锥形结构1-1尖端捕获收集，凝聚成微液滴，随着微液滴逐渐增大，微液滴受到普拉斯压力差和表面能梯度共同作用下驱动，沿着锥形结构1-1的侧面滑下，进入到小孔1-2中，进而进入到多孔材料层2中被收集起来。多孔材料层2可以将水分进行长时间保存，贴合皮肤，为皮肤持久保湿。
所述锥形结构的高度为1.5mm，单个锥底面半径为0.13mm，单个锥顶角为10°，锥与锥间中心距为0.5mm。
进一步的，锥形微结构层1采用PDMS材料制成，多孔材料层2的材质为光敏树脂材料。
实施例2
一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜的制备方法：
其中，S1-S8为锥形微结构层1的母模制备过程；
S1.选用平整度较高的双面剖光的硅片为基底，并进行清洗；
S2.使用匀胶机在硅片表面旋涂SU8-2050光刻胶；
S3.对旋涂完光刻胶的硅片进行加热以使光刻胶固化，然后冷却至室温；
S4.使用掩模版和光刻机，对固化光刻胶的硅片进行光刻，以使透光部分的光刻胶发生交联反应；
S5.对硅片进行二次加热以增强光刻胶与基底的粘附性；
S6.将固化光刻胶的硅片进行显影处理，去除未交联的光刻胶部分，从而在硅片上加工成多个规则排列的锥形凹槽；
S7.对显影后的硅片进行坚膜处理，得到具有锥形凹槽的锥形微结构层1的母模；
S8.在锥形微结构层1的母模上面浇筑液态PDMS，加热固化并进行揭膜，得到锥形微结构层1；
S9.使用自动打孔机在锥形微结构层1上打出小孔1-2；
S10.配置含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油，将锥形微结构层1浸入在50℃的含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油里12小时，对的锥形微结构层1进行疏水增强处理，获得超疏水的锥形微结构层1；
S11.通过机械搅拌破碎的方式制备光固化体系液态聚合物；
S12.在制得的锥形微结构层1远离锥形结构的表面浇筑液态的光固化体系液态聚合物泡沫；
S13.使用365nm波长，1W的UV紫外光照射液态聚合物泡沫，液态聚合物泡沫发生交联反应，在锥形微结构层1远离锥形结构的表面上形成多孔材料层2，制得用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜。
所述S2中匀胶机先低速500转/秒持续10秒，再高速2500转/秒持续30秒；所述S3中对旋涂完光刻胶的硅片进行加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高到95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温；所述S4中的所采用的光刻机曝光时间为170秒。
所述S5中对硅片进行二次加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高至95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温。
进一步的，所述S4中的所采用的曝光时间为170秒；
进一步的，所述S5中对硅片进行二次加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高至95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温。
进一步的，所述S6中显影处理的具体步骤为：将光刻后的硅片放入盛SU8-2050专用显影液的培养皿中，用镊子反复拨动硅片使硅片表面充分接触显影液。5min后用去离子水冲洗硅片表面，观察微流道是否清晰显现，同时观察非流道部分是否已经冲洗干净，如有残留光刻胶，则继续显影，直至流道清晰，硅片表面清洁为止。
进一步的，所述S7中坚膜处理的具体步骤为，在150℃加热台上烘烤以除去残留的显影液和水分，然后冷却到室温。
进一步的，所述S8中液态PDMS的制备方法为：将PDMS和固化剂按照质量分数10：1配比搅拌均匀，利用真空箱将液态PDMS中的气体抽出，重复这一过程直到混合溶液完全透明清澈，得到液态PDMS。
进一步的，所述S11中光固化体系液态聚合物由质量分数35％的聚乙二醇二丙烯酸酯，1％的光引发剂，2％表面活性剂Tween 80和62％去离子水组成，
进一步的，所述S11中液态的光固化体系液态聚合物泡沫采用机械搅拌或微流控方式进行制备。
以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，其特征在于，包括锥形微结构层(1)和多孔材料层(2)，所述锥形微结构层(1)上表面规则排列有多个锥形结构(1-1)，每相邻四个锥形结构之间设置有小孔(1-2)；多孔材料层(2)上具有多孔结构。
2.如权利要求1所述的一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，其特征在于，所述锥形结构的高度为1.5mm，单个锥底面半径为0.13mm，锥与锥间中心距为0.5mm。
3.如权利要求2所述的一种用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜，其特征在于，锥形微结构层(1)表面采用PDMS材料制成，多孔材料层(2)的材质为光敏树脂材料。
4.一种制备如权利要求3所述的聚合物复合薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.选用平整度较高的双面剖光的硅片为基底，并进行清洗；
S2.使用匀胶机在硅片表面旋涂SU8-2050光刻胶；
S3.对旋涂完光刻胶的硅片进行加热以使光刻胶固化，然后冷却至室温；
S4.使用掩模版和光刻机，对固化光刻胶的硅片进行光刻，以使透光部分的光刻胶发生交联反应；
S5.对硅片进行二次加热以增强光刻胶与基底的粘附性；
S6.将固化光刻胶的硅片进行显影处理，去除未交联的光刻胶部分，从而在硅片上加工成多个规则排列的锥形凹槽；
S7.对显影后的硅片进行坚膜处理，得到具有锥形凹槽的锥形微结构层(1)的母模；
S8.在锥形微结构层(1)的母模上面浇筑液态PDMS，加热固化并进行揭膜，得到锥形微结构层(1)；
S9.使用自动打孔机在锥形微结构层(1)上打出小孔(1-2)；
S10.配置含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油，将锥形微结构层(1)浸入在50℃的含有质量分数为0.5％三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷的电子氟化油里12小时，对锥形微结构层(1)进行疏水增强处理，获得超疏水的锥形微结构层(1)；
S11.通过机械搅拌破碎的方式制备光固化体系液态聚合物；
S12.在制得的锥形微结构层(1)远离锥形结构的表面浇筑液态的光固化体系液态聚合物泡沫；
S13.使用365nm波长，1W的UV紫外光照射液态聚合物泡沫，液态聚合物泡沫发生交联反应，在锥形微结构层(1)远离锥形结构的表面上形成多孔材料层(2)，制得用于皮肤保湿的聚合物复合薄膜。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S2中匀胶机先低速500转/秒持续10秒，再高速2500转/秒持续30秒；所述S3中对旋涂完光刻胶的硅片进行加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高到95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温；所述S4中的所采用的光刻机曝光时间为170秒。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S5中对硅片进行二次加热具体为：在65℃温度时加热3min，然后将温度升高至95℃加热20min，最后关闭加热台电源，使光刻胶随加热台自然冷却至室温。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S6中显影处理的具体步骤为：将光刻后的硅片放入盛SU8-2050专用显影液的培养皿中，用镊子反复拨动硅片使硅片表面充分接触显影液，5min后用去离子水冲洗硅片表面，观察微流道是否清晰显现，同时观察非流道部分是否已经冲洗干净，如有残留光刻胶，则继续显影，直至流道清晰，硅片表面清洁为止。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S7中坚膜处理的具体步骤为，在150℃加热台上烘烤以除去残留的显影液和水分，然后冷却到室温；所述S8中液态PDMS的制备方法为：将PDMS和固化剂按照质量分数10：1配比搅拌均匀，利用真空箱将液态PDMS中的气体抽出，重复这一过程直到混合溶液完全透明清澈，得到液态PDMS。
9.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述S11中光固化体系液态聚合物由质量分数35％的聚乙二醇二丙烯酸酯，1％的光引发剂，2％表面活性剂Tween 80和62％去离子水组成；所述S11中液态的光固化体系液态聚合物泡沫采用机械搅拌或微流控方式进行制备。
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