本發(fā)明涉及塑料表面改性
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及聚氯乙烯超疏水自清潔表面制備方法。
背景技術(shù)：
：聚氯乙烯pvc曾是世界上產(chǎn)量最大的通用塑料，應(yīng)用非常廣泛。在建筑材料、工業(yè)制品、日用品、地板革、地板磚、人造革、管材、電線電纜、包裝膜、瓶、發(fā)泡材料、密封材料、纖維等方面均有廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在許多小型的船體都是塑料材質(zhì)，其中有很大一部分是用的聚氯乙烯塑料制備的。借用金屬和木材等的加工方法，制造尺寸很精確或數(shù)量不多的塑料制品，也可作為成型的輔助工序，如擠出型材的鋸切。由于塑料的性能與金屬和木材不同,塑料的熱導(dǎo)性差，熱膨脹系數(shù)、彈性模量低,當(dāng)夾具或刀具加壓太大時，易于引起變形，切削時受熱易熔化，且易粘附在刀具上。因此，塑料進(jìn)行機(jī)械加工時，所用的刀具及相應(yīng)的切削速度等都要適應(yīng)塑料特點(diǎn)。常用的機(jī)械加工方法有鋸、剪、沖、車、刨、鉆、磨、拋光、螺紋加工等。此外，塑料也可用激光截斷、打孔和焊接。塑料的表面修飾目的是美化塑料制品表面，通常包括：機(jī)械修飾，即用銼、磨、拋光等工藝，去除制件上毛邊、毛刺，以及修正尺寸等；涂飾，包括用涂料涂敷制件表面，用溶劑使表面增亮，用帶花紋薄膜貼覆制品表面等；施彩，包括彩繪、印刷和燙?。诲兘饘?，包括真空鍍膜、電鍍以及化學(xué)法鍍銀等。其中燙印是在加熱、加壓下，將燙印膜上的彩色鋁箔層(或其他花紋膜層)轉(zhuǎn)移到制件上。許多家用電器及建筑制品、日用品等，都用此法獲得金屬光澤或木紋等圖案。本發(fā)明的目的是激光處理聚氯乙烯塑料表面使其產(chǎn)生超疏水效果,減少其對水的阻力和對水生物的附著。近年來，仿造生物體表的形態(tài)和結(jié)構(gòu)制備具有特殊功能表面的材料已成為現(xiàn)今多學(xué)科研究的熱點(diǎn)，涌現(xiàn)出眾多物理化學(xué)方法，成功實(shí)現(xiàn)了仿生表面的制備。但，為了適應(yīng)時代的發(fā)展，使用綠色無污染技術(shù)構(gòu)造仿生表面是必然趨勢。激光加工具有許多優(yōu)勢,激光加工材料表面相比其他的方法更加的靈活。激光微納加工作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的制備技術(shù)，其加工過程簡單、制備精度非常高、可加工的材料廣泛、并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微納制備。綜上所述，亟待開發(fā)出一種工藝簡單，制備效率高，適用于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，不產(chǎn)生任何環(huán)境污染且一次性實(shí)現(xiàn)塑料基材表面疏水性而無需經(jīng)過任何化學(xué)工藝處理的方法，是目前科研工作者亟待解決的技術(shù)問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種聚氯乙烯超疏水自清潔表面制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種聚氯乙烯超疏水自清潔表面制備方法，包括如下步驟：步驟1：將聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行拋光處理；步驟2：將拋光處理后的聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行清洗并晾干，得到潔凈的聚氯乙烯樣品表面；步驟3：采用脈沖激光對潔凈的聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，在聚氯乙烯樣品表面形成微結(jié)構(gòu)，制備得到聚氯乙烯超疏水自清潔表面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)利用本發(fā)明方法制備得到的聚氯乙烯塑料表面最大接觸角可達(dá)165°，最小滾動角為5.4°，因此具有非常好的疏水性能；(2)本發(fā)明的制備方法工藝簡單，操作方便，效率高，能耗少，成本低，完全克服了傳統(tǒng)使用化學(xué)試劑刻蝕聚氯乙烯塑料表面或者在激光加工完成后仍需再采用低表面能物質(zhì)進(jìn)一步修飾表面的缺陷，綠色環(huán)保，不采用任何化學(xué)試劑涂層，且本發(fā)明方法的工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用；(3)采用本發(fā)明方法制備得到的塑料表面超疏水性能穩(wěn)定，具備防水生物附著的功能。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：進(jìn)一步：所述脈沖激光的波長小于或等于1000nm，脈寬大于30fs，單脈沖能量小于0.1mj，重復(fù)頻率為10khz-200khz。進(jìn)一步：所述脈沖激光的波長為800-1000nm，脈寬為90fs-550fs。進(jìn)一步：所述脈沖激光的波長為800nm，脈寬為90fs-550fs，所述單脈沖能量為20μj-70μj。進(jìn)一步：所述脈沖激光的脈寬為90fs。進(jìn)一步：所述脈沖激光的脈寬為550fs。進(jìn)一步：采用振鏡掃描系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為0.1mm/s-30m/s，脈沖激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。進(jìn)一步：采用多棱鏡掃描系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為1m/s-800m/s，脈沖激光的通斷及多棱鏡掃描系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。進(jìn)一步：采用運(yùn)動平臺系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為0.1mm/s-3m/s，脈沖激光的通斷及平臺的運(yùn)動軌跡和速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。本發(fā)明還提供了一種如上述方法制備得到的聚氯乙烯超疏水自清潔表面，其特征在于：所述表面具有微米級顆粒狀結(jié)構(gòu)。附圖說明圖1中1a、1b分別為本發(fā)明實(shí)施例1利用脈沖激光制備得到的聚氯乙烯表面與水的接觸角和滾動角示意圖；圖2中2a、2b分別為本發(fā)明實(shí)施例2利用脈沖激光制備得到的聚氯乙烯表面與水的接觸角和滾動角示意圖；圖3中3a、3b分別為本發(fā)明實(shí)施例3利用脈沖激光制備得到的聚氯乙烯表面與水的接觸角和滾動角示意圖；圖4中4a、4b分別為本發(fā)明實(shí)施例4利用脈沖激光制備得到的聚氯乙烯表面與水的接觸角和滾動角示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。一種聚氯乙烯超疏水自清潔表面制備方法，包括如下步驟：步驟1：將聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行拋光處理；步驟2：對拋光處理后的聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行清洗并晾干，得到潔凈的聚氯乙烯樣品表面；步驟3：采用脈沖激光對潔凈的聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，在聚氯乙烯樣品表面形成微結(jié)構(gòu)，制備得到聚氯乙烯超疏水自清潔表面。本實(shí)施例中，所述步驟1中采用功率為370w、研磨盤轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/分、研磨盤直徑為230mm的金相試樣預(yù)磨機(jī)，拋光預(yù)處理過程需要輔助直徑為200mm、1000目的sic水砂紙在所述聚氯乙烯塑料表面進(jìn)行拋光處理，拋光范圍是100cm2，拋光時間10分鐘。本實(shí)施例中，所述步驟2中，將拋光處理后的聚氯乙烯樣品表面在盛有去離子水中用超聲波清洗儀進(jìn)行清洗，具體地，超聲清洗儀的超聲頻率為40khz，去離子水電阻率為18.25兆歐，去離子水應(yīng)將聚氯乙烯塑料樣品表面淹沒，在室溫下連續(xù)清洗30分鐘。清洗干凈后，用冷風(fēng)吹干，得到潔凈的聚氯乙烯塑料樣品表面。本實(shí)施例中，脈沖激光的波長小于或等于1000nm，脈寬大于30fs，單脈沖能量小于0.1mj，重復(fù)頻率為10khz-200khz。優(yōu)選地，所述脈沖激光的波長為800-1000nm，脈寬為90fs-550fs。優(yōu)選地，所述脈沖激光的波長為800nm，脈寬為90fs-550fs，所述單脈沖能量為20μj-70μj。優(yōu)選地，所述脈沖激光的脈寬為90fs。優(yōu)選地，所述脈沖激光的脈寬為550fs。優(yōu)選地，采用振鏡掃描系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為0.1mm/s-30m/s，直至對聚氯乙烯樣品表面掃描完畢，脈沖激光的通斷及振鏡系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。優(yōu)選地，采用多棱鏡掃描系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為1m/s-800m/s，直至對聚氯乙烯樣品表面掃描完畢，脈沖激光的通斷及多棱鏡掃描系統(tǒng)的掃描范圍、掃描軌跡和加工速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。優(yōu)選地，采用運(yùn)動平臺系統(tǒng)對聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描處理，掃描速度范圍為0.1mm/s-3m/s，直至對聚氯乙烯樣品表面掃描完畢，脈沖激光的通斷及平臺的運(yùn)動軌跡和速度均由計算機(jī)程序控制和設(shè)定。實(shí)施例1采用超快激光器，激光器波長為800nm，對步驟2所述得到的潔凈聚氯乙烯樣品表面進(jìn)行激光掃描加工，在樣品表面加工出無數(shù)的微結(jié)構(gòu)；所述激光器脈寬為90fs，單脈沖能量為50μj，重復(fù)頻率為10khz，所述激光掃描利用x-y掃描振鏡系統(tǒng)，使激光束以80mm/s的速度逐行逐列燒蝕所述塑料樣品表面；所述振鏡系統(tǒng)由x-y光學(xué)掃描頭、電子驅(qū)動放大器、光學(xué)反射鏡片和場鏡組成，所述振鏡系統(tǒng)的掃描范圍和速度、線掃描和面掃描路徑均由電腦進(jìn)行控制和設(shè)定，所述電腦提供的信號通過驅(qū)動放大電路驅(qū)動光學(xué)掃描頭，從而在x-y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)，樣品相對于激光光束沿x方向移動，通過控制移動速度和激光脈沖重復(fù)頻率，使其脈沖重合度達(dá)到1％-99％，完成移動后，再沿y方向單步步進(jìn)，通過控制步進(jìn)距離，使其光束重合度在y方向達(dá)到1％-99％，工作臺反轉(zhuǎn)，所述樣品加工范圍為126mmx126mm。采用電阻率為18.25兆歐的去離子水，利用光學(xué)接觸角表面界面張力測量儀測試所述得到的塑料表面的接觸角、滾動角：采用接取法測量，在加液針頭下形成所需體積的懸掛液滴，調(diào)節(jié)樣品平臺的z軸使樣品表面上升，當(dāng)樣品表面與加液針頭下懸掛的液滴底部接觸時，液滴就從加液針頭轉(zhuǎn)移到樣品表面，然后再通過調(diào)節(jié)樣品臺z軸使樣品表面下降到原來的位置進(jìn)行測量，由于制備得到的塑料表面性能優(yōu)異，3-8微升的水滴無法附著，所述水滴體積為9微升，測試溫度為25.5℃，濕度為19.5％rh。本實(shí)施例制備得到的塑料疏水表面與水的接觸角示意圖如圖1a所示，滾動角示意圖如圖1b所示。本實(shí)施例制備得到的塑料疏水表面與水的接觸角為169.1°，滾動角為6.2°，測試結(jié)果見表1。實(shí)施例2采用超快激光器，激光器波長為800nm，對步驟二所述得到的潔凈塑料樣品表面進(jìn)行激光掃描加工，在樣品表面加工出無數(shù)的微結(jié)構(gòu)，所述激光器脈寬為90fs，單脈沖能量為50μj，重復(fù)頻率為10khz，所述激光掃描配合運(yùn)動工作平臺，將步驟二所述得到的潔凈塑料樣品固定于運(yùn)動工作平臺上，利用透鏡將激光光束聚焦在所述樣品上，使樣品的表面相對于所述超快激光器光束的聚焦刻蝕光斑沿x、y、z三維方向移動，速度為80mm/s，通過逐行逐列燒蝕所述塑料樣品表面，實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的刻蝕；所述運(yùn)動平臺單元為三維伺服精密移動平臺，所述平臺移動的范圍、速度、方向均由計算機(jī)控制，可沿x、y、z三維方向移動，樣品加工范圍為150mmx150mm；采用上述實(shí)施例1相同的測試方法測試所述得到的聚氯乙烯樣品表面的接觸角、滾動角。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品超疏水自清潔表面，其表面與水的接觸角示意圖如圖2a所示，其表面與水的滾動角示意圖如圖2b所示。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品表面與水的接觸角為165.4°，滾動角為為7.6°，測試結(jié)果見表1。實(shí)施例3采用超快激光器，激光器波長為800nm，對步驟二所述得到的潔凈塑料樣品表面進(jìn)行激光掃描加工，在樣品表面加工出無數(shù)的微結(jié)構(gòu)，所述激光器的脈寬為550fs，單脈沖能量為70μj，重復(fù)頻率為10khz，所述激光掃描利用x-y掃描振鏡系統(tǒng)，使激光束以80mm/s的速度逐行逐列燒蝕所述塑料樣品表面；所述振鏡系統(tǒng)由x-y光學(xué)掃描頭、電子驅(qū)動放大器、光學(xué)反射鏡片和場鏡組成，所述振鏡系統(tǒng)的掃描范圍和速度、線掃描和面掃描路徑均由電腦進(jìn)行控制和設(shè)定，所述電腦提供的信號通過驅(qū)動放大電路驅(qū)動光學(xué)掃描頭，從而在x-y平面控制激光束的偏轉(zhuǎn)，樣品相對于激光光束沿x方向移動，通過控制移動速度和激光脈沖重復(fù)頻率，使其脈沖重合度達(dá)到1％-99％，完成移動后，再沿y方向單步步進(jìn)，通過控制步進(jìn)距離，使其光束重合度在y方向達(dá)到1％-99％，工作臺反轉(zhuǎn)，所述樣品加工范圍為126mmx126mm；采用上述實(shí)施例1相同的測試方法測試所述得到的聚氯乙烯樣品表面的接觸角、滾動角。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品超疏水自清潔表面，其表面與水的接觸角示意圖如圖3a所示，其表面與水的滾動角示意圖如圖3b所示。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品表面與水的接觸角為164.4°，滾動角為為4.7°，測試結(jié)果見表1。實(shí)施例4采用超快激光器，激光器波長為800nm，對步驟二所述得到的潔凈塑料樣品表面進(jìn)行激光加工，在樣品表面加工出無數(shù)的微結(jié)構(gòu)，所述激光器的脈寬為550fs，單脈沖能量為60μj，重復(fù)頻率為10khz，所述激光掃描配合運(yùn)動工作平臺，將步驟二所述得到的潔凈塑料樣品固定于運(yùn)動工作平臺上，利用透鏡將激光光束聚焦在所述樣品上，使樣品的表面相對于所述超快激光器光束的聚焦刻蝕光斑沿x、y、z三維方向移動，速度為80mm/s，通過逐行逐列燒蝕所述塑料樣品表面，實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的刻蝕；所述運(yùn)動平臺單元為三維伺服精密移動平臺，所述平臺移動的范圍、速度、方向均由計算機(jī)控制，可沿x、y、z三維方向移動，樣品加工范圍為150mmx150mm。采用上述實(shí)施例1相同的測試方法測試所述得到的聚氯乙烯樣品表面的接觸角、滾動角。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品超疏水自清潔表面，其表面與水的接觸角示意圖如圖4a所示，其表面與水的滾動角示意圖如圖4b所示。本實(shí)施例制備得到的聚氯乙烯樣品表面與水的接觸角為170.5°，滾動角為3.8°，測試結(jié)果見表1。表1為本發(fā)明各實(shí)施例制備得到的塑料表面的接觸角、滾動角的測試結(jié)果。表1實(shí)施例接觸角/°滾動角/°實(shí)施例11638.2實(shí)施例2157.55.4實(shí)施例3152.47.2實(shí)施例4165.18.1與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)利用本發(fā)明方法制備得到的聚氯乙烯塑料表面最大接觸角可達(dá)165°，最小滾動角為5.4°，因此具有非常好的疏水性能；(2)本發(fā)明的制備方法工藝簡單，操作方便，效率高，能耗少，成本低，完全克服了傳統(tǒng)使用化學(xué)試劑刻蝕聚氯乙烯塑料表面或者在激光加工完成后仍需再采用低表面能物質(zhì)進(jìn)一步修飾表面的缺陷，綠色環(huán)保，不采用任何化學(xué)試劑涂層，且本發(fā)明方法的工藝參數(shù)容易控制，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用；(3)采用本發(fā)明方法制備得到的塑料表面超疏水性能穩(wěn)定，具備防水生物附著的功能。本發(fā)明還提供了一種如上述方法制備得到的聚氯乙烯超疏水自清潔表面，所述表面具有微米級顆粒狀結(jié)構(gòu)，所述表面具有微米級顆粒狀結(jié)構(gòu)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12