一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，属于表面改性技术领域。本发明专利技术在塑料基材表面进行皮秒激光扫描，得到微纳表面。本发明专利技术采用皮秒激光扫描的方式，通过控制皮秒激光扫描的参数，能够在塑料基材表面获得微纳结构，赋予塑料基材超疏水、防污、自清洁性能，所得微纳表面的接触角≥150

【技术实现步骤摘要】
一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法


[0001]本专利技术涉及表面改性
，特别涉及一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法。

技术介绍

[0002]自然界中很多动植物具有自清洁功能，例如荷叶表面的滚珠效应，水黾能够在水面上穿梭自由的行走，蝉能保持翅膀的干爽而正常飞行。这些动植物与水接触的表面都具有超疏水非浸润、防粘附的功能，经研究发现，除了具有特定的辅助化学组分附着在这些表面，更关键的是组成这些表面的单元是微细的表面粗糙结构。
[0003]随着工业化的不断发展，塑料材料的应用领域逐渐增多，应用环境也越来越复杂，对其表面的使用性能如防污、疏水等也提出了更高的要求。若将自然界中动植物的超疏水、自清洁效应引入到塑料材料表面，将会大大提高塑料材料的使用价值。
[0004]目前，在塑料基材形成超疏水表面的方法主要是在塑料表面涂覆低表面能含氟涂层(例如CN200510135388.7公开的一种低表面能氟碳防污涂料)，或者在塑料基材表面负载纳米颗粒(例如CN201310094667.8公开的一种耐用性超疏水材料的制备方法)。然而，涂覆低表面能含氟涂层以造成环境污染，负载纳米颗粒的方法又过于繁琐。且含氟涂层、纳米颗粒受自然环境、外力的影响，易从塑料基材上脱落，使得疏水表面稳定性较差。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，本专利技术方法简单，绿色环保，所得微纳表面具有良好的稳定性，能够赋予塑料基材超疏水、自清洁性能。/>[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，包括以下步骤：
[0008]在塑料基材表面进行皮秒激光扫描，得到微纳表面；
[0009]所述皮秒激光扫描包括以下参数：
[0010]皮秒激光波长为532～1032nm；
[0011]脉冲宽度为5～15ps；
[0012]扫描速度为50～1000mm/s；
[0013]扫描间距为5～100μm；
[0014]重复频率为1Hz～2MHz；
[0015]脉冲能量为1～80μJ。
[0016]优选的，所述皮秒激光扫描的扫描次数为1～10次。
[0017]优选的，所述微纳表面为沟槽微纳结构和/或三维网状多孔微纳结构；
[0018]所述沟槽微纳结构为直线沟槽微纳结构或网格状沟槽微纳结构。
[0019]优选的，当所述微纳表面为沟槽微纳结构时，所述皮秒激光扫描的扫描间距独立
为20～100μm；
[0020]所述沟槽微纳结构的沟槽深度独立为5～30μm。
[0021]优选的，当所述微纳表面为三维网状多孔微纳时，所述皮秒激光扫描的扫描间距为0.1～15μm；
[0022]所述三维网状多孔微纳结构的孔径为200nm～20μm，孔隙率≥70％。
[0023]优选的，所述微纳表面的接触角≥150
°
，滚动角≤10
°
。
[0024]优选的，所述塑料基材的材质为聚乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯或聚丙烯；
[0025]所述塑料基材的品种为薄膜、板材或片材。
[0026]优选的，所述皮秒激光扫描前，还包括对塑料基材进行清洗和干燥。
[0027]优选的，所述皮秒激光扫描后，还包括对所得具有微纳表面的塑料基材进行吹扫、清洗和干燥。
[0028]优选的，所述清洗为超声清洗，所述超声清洗的时间为5～10min，频率为20～60kHz。
[0029]本专利技术提供了一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，包括以下步骤：在塑料基材表面进行皮秒激光扫描，得到微纳表面；所述皮秒激光扫描包括以下参数：皮秒激光波长为532～1032nm；脉冲宽度为10ps；扫描速度为50～1000mm/s；扫描间距为5～100μm；重复频率为1Hz～2MHz；脉冲能量为1～80μJ。本专利技术采用皮秒激光扫描的方式，通过控制皮秒激光扫描的参数，能够在塑料基材表面获得微纳结构，赋予塑料基材超疏水、防污、自清洁性能，所得微纳表面的接触角≥150
°
，滚动角≤10
°
。同时，本专利技术方法操作简单，避免有毒化学试剂的使用，绿色环保；微纳结构在塑料基材表面原位生成，使用寿命高，稳定性好。实施例结果表明，本专利技术所得塑料基材微纳表面经厨余垃圾清洁测试后，具有良好的防污、自清洁功能。
附图说明
[0030]图1为实施例1所得高密度聚乙烯微纳表面的微观结构图；
[0031]图2为实施例1所得高密度聚乙烯微纳表面的水接触角、滚动角测试结果；
[0032]图3为粉尘颗粒自清洁效果的测试过程；
[0033]图4为厨余垃圾自清洁效果的测试过程；
[0034]图5为实施例2所得高密度聚乙烯微纳表面的微观结构图；
[0035]图6为实施例2所得高密度聚乙烯微纳表面的水接触角、滚动角测试结果；
[0036]图7为实施例3所得高密度聚乙烯微纳表面的微观结构图；
[0037]图8为实施例3所得高密度聚乙烯微纳表面的水接触角、滚动角测试结果。
具体实施方式
[0038]本专利技术提供了一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，包括以下步骤：
[0039]在塑料基材表面进行皮秒激光扫描，得到微纳表面；
[0040]所述皮秒激光扫描包括以下参数：
[0041]皮秒激光波长为532～1032nm，优选为532～800nm；
[0042]脉冲宽度为5～15ps，更优选为10ps；
[0043]扫描速度为50～1000mm/s，优选为100～800mm/s，更优选为300～500mm/s；
[0044]扫描间距为5～100μm，优选为10～80μm，更优选为30～50μm；
[0045]重复频率为1Hz～2MHz，优选为500Hz～1MHz，更优选为1000～5000Hz；
[0046]脉冲能量为1～80μJ，优选为5～50μJ，更优选为10～30μJ。
[0047]在本专利技术中，所述塑料基材的材质优选为聚乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯或聚丙烯。在本专利技术中，所述聚乙烯优选为高密度聚乙烯，所述高密度聚乙烯的分子量优选为30万～150万Da，更优选为50万～100万Da。
[0048]在本专利技术中，所述塑料基材的品种优选为薄膜、板材或片材。在本专利技术中，所述塑料基材为薄膜时，所述薄膜的厚度优选为0.3～0.5mm，更优选为0.4mm。
[0049]在本专利技术中，当所述塑料基材为板材或片材时，本专利技术对所述板材或片材的具体尺寸规格没有特殊的要求。
[0050]在本专利技术中，所述皮秒激光扫描前，本专利技术还优选包括对塑料基材进行清洗和干燥。在本专利技术中，所述清洗优选为超声清洗，所述超声清洗的清洗液优选依次为去离子水和无水乙醇。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用皮秒激光制备塑料基材微纳表面的方法，包括以下步骤：在塑料基材表面进行皮秒激光扫描，得到微纳表面；所述皮秒激光扫描包括以下参数：皮秒激光波长为532～1032nm；脉冲宽度为5～15ps；扫描速度为50～1000mm/s；扫描间距为5～100μm；重复频率为1Hz～2MHz；脉冲能量为1～80μJ。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述皮秒激光扫描的扫描次数为1～10次。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微纳表面为沟槽微纳结构和/或三维网状多孔微纳结构；所述沟槽微纳结构为直线沟槽微纳结构或网格状沟槽微纳结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述微纳表面为沟槽微纳结构时，所述皮秒激光扫描的扫描间距独立为20～100μm；所述沟槽微纳结构的沟槽深度独立为5～30μm。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述微纳表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骅，孙超，王兴盛，朱雪茹，李超，耿春雷，冯学斌，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：