制备具有表面微结构涂层的方法与流程

[0001]本发明属于材料表面处理领域，具体涉及一种制备具有表面微结构涂层的方法。背景技术：[0002]自然界中许多生物的表面具备各种特殊的微纳米复合结构，使得生物体的某些特定器官组织或者整个有机体具备一些特殊的功能，比如荷叶的自清洁性、水黾的水上行走能力、鱼鳞的防污能力等等。受生物界的启发，人为地在材料表面一维或多维方向上制造具有一定规则的微观结构，可以实现或增强材料在粘附、摩擦、浸润等方面的优异性能，在材料防污、防腐、自净等方面具有广泛的应用。[0003]在微结构表面构造技术中，模板法因其制备工具和材料简单、模板可重复利用、能极大降低制造成本等优点，获得广泛使用。但是，传统模板法仍需解决涂料难以充分填充至微结构模板微腔穴以及涂层与微结构模板之间结合力大难以脱模等问题。技术实现要素：[0004]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种制备具有表面微结构涂层的方法，采用该方法可以快速制备得到具有表面微结构涂层，并且该涂层与微结构模板微腔穴以及涂层与微结构模板之间结合力较小。[0005]在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备具有表面微结构涂层的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：[0006](1)将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中浸泡，然后取出所述透明模板进行干燥；[0007](2)将所述透明模板置于含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中浸泡，然后取出所述透明模板，去除多余聚四氟乙烯后进行干燥；[0008](3)将uv光固树脂喷涂到步骤(2)得到的干燥后透明模板表面，静置使所述uv光固树脂填充至所述干燥后透明模板表面的微结构内部，并用紫外灯照射进行预固化；[0009](4)在基底表面喷涂uv光固树脂，然后将步骤(3)得到的预固化后的透明模板压印到喷涂有uv光固树脂的基底上，并用紫外灯照射进行固化；[0010](5)去除所述透明模板，以便得到具有表面微结构涂层。[0011]根据本发明实施例的制备具有表面微结构涂层的方法，通过将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中浸泡，使得带聚二烯丙基二甲基氯化铵吸附在透明模板的纳米级粗糙表面及微结构内，然后取出透明模板进行干燥，再将干燥后的透明模板置于含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中浸泡，在静电引力的作用下，透明模板的纳米级粗糙表面的微结构会吸附聚四氟乙烯颗粒，即在透明模板的纳米级粗糙表面和微结构内形成聚四氟乙烯薄层，然后取出述透明模板，去除多余聚四氟乙烯后进行干燥，再将uv光固树脂喷涂到上述得到的干燥后透明模板表面，，再静置使uv光固树脂填充至干燥后透明模板表面的微结构内部且排除微结构内的空气，并用紫外灯照射进行预固化，引发化学活性的uv光固树脂发生聚合交联反应使其固化，即该uv光固树脂层形成在上述聚四氟乙烯薄层上，从而降低透明模板与uv光固树脂之间的结合力，降低后续揭膜工艺难度；然后在基底表面喷涂uv光固树脂，再将上述步骤得到的预固化后的透明模板压印到喷涂有uv光固树脂的基底上，并用紫外灯照射进行固化，使得基底表面上uv光固树脂与预固化后的透明模板微结构以及表面的涂层粘附，最后再去除透明模板，即可得到具有表面微结构涂层。由此，采用该方法可以快速制备得到具有表面微结构涂层，并且该涂层与微结构模板微腔穴以及涂层与微结构模板之间结合力较小。[0012]另外，根据本发明上述实施例的制备具有表面微结构涂层的方法还可以具有如下附加的技术特征：[0013]在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，在所述含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中，所述聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量分数为0.05％～0.50％，所述氯化钠的质量分数为0.1％～0.5％，所述乙醇的质量分数为1％～6％。[0014]在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，将所述具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中后超声振动1～7min，然后再静置5～15min。[0015]在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中，所述聚四氟乙烯的质量分数为3％～8％，所述乙醇的质量分数为1％～6％。[0016]在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述聚四氟乙烯的粒径为50～400nm。[0017]在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，在将所述uv光固树脂喷涂到步骤(2)得到的干燥后透明模板表面之后且进行所述静置之前，预先将喷涂uv光固树脂的透明模板置于真空箱中抽滤至气压不高于0.08mpa。[0018]在本发明的一些实施例中，在步骤(3)和(4)中，所述紫外光的波长为365nm，强度为0.1w/cm2～1.5w/cm2。[0019]在本发明的一些实施例中，在步骤(3)，所述预固化时间为1～5min。[0020]在本发明的一些实施例中，在步骤(4)中，所述基底表面上喷涂的uv光固树脂厚度为20～120μm。[0021]在本发明的一些实施例中，在步骤(4)，所述固化时间为6～12min。[0022]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明[0023]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：[0024]图1是根据本发明一个实施例的制备具有表面微结构涂层的方法流程示意图；[0025]图2为本发明中透明模板上规则排列的沟槽结构的示意图；[0026]图3为本发明中的压印后涂层表面的凸起结构的示意图；[0027]图4为本发明中所述的实施例1涂层微结构形貌的白光测试图；[0028]图5为本发明中所述的实施例1涂层微结构凸起的高度测试图；[0029]图6为本发明中所述的实施例2涂层微结构形貌的白光测试图；[0030]图7为本发明中所述的实施例2涂层微结构凸起的高度测试图；[0031]图8为本发明中所述的对比例涂层微结构形貌的白光测试图；[0032]图9为本发明中所述的对比例涂层微结构凸起的高度测试图。具体实施方式[0033]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0034]在本发明的一个方面，本发明提出了一种具有表面微结构涂层的方法。根据本发明的实施例，参考图1，该方法包括：[0035]s100：将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中浸泡，然后取出透明模板进行干燥[0036]该步骤中，将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中浸泡5～15min，其中，聚二烯丙基二甲基氯化铵为聚阳离子电解质，在溶液中，由于高分子链上所带电荷相同，相互之间会产生排斥作用，从而使得高分子链的构象非常舒展，尺寸较大，从而使得电荷密度不够集中，而添加氯化钠，氯化钠会电离出大量带电离子，可使聚电解质高分子链段之间电离基团部分屏蔽，从而减小其相互之间的电荷排斥作用，则高分子链扩展作用减弱，卷曲作用增强，使整体尺寸缩小，从而提高了电荷密度，乙醇的加入能够降低溶液的表面张力，增加溶液在透明模板表面的润湿性，使溶液更好的填充至微结构内部，即使得聚二烯丙基二甲基氯化铵吸附在透明模板的纳米级粗糙表面及微结构内，然后取出透明模板置于40～60℃烘箱中干燥5～20min。具体的，透明模板上的规则纳米级粗糙表面为规则排列的沟槽结构(参考图2)，将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中后超声振动1～7min，然后再静置5～15min。[0037]进一步地，在上述含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中，聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量分数为0.05％～0.50％，氯化钠的质量分数为0.1％～0.5％，乙醇的质量分数为1％～6％。发明人发现，若聚二烯丙基二甲基氯化铵和氯化钠浓度过高会导致聚二烯丙基二甲基氯化铵在透明模板表面覆盖过多，使后续聚四氟乙烯纳米颗粒覆盖过多甚至产生堆积现象，影响最终微结构的形貌，而若聚二烯丙基二甲基氯化铵和氯化钠浓度过低则会导致覆盖率不足，无法有效降低透明模板和光固树脂的结合力；同时若乙醇浓度过高会抑制水的电离，阻碍聚二烯丙基二甲基氯化铵水解，从而抑制阳离子的活性，而若乙醇浓度过低则无法有效改善溶液在模板表面的浸润性，导致溶液无法完全填充至微结构内部。[0038]s200：将透明模板置于含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中浸泡，然后取出透明模板，去除多余聚四氟乙烯后进行干燥[0039]该步骤中，将上述步骤s100得到的透明模板置于含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中浸泡10～30min，在静电引力的作用下，透明模板的纳米级粗糙表面的微结构会吸附聚四氟乙烯颗粒，乙醇能够降低溶液的表面张力，增加溶液在透明模板表面的润湿性，使溶液更好的填充至微结构内部，即在透明模板的纳米级粗糙表面和微结构内形成聚四氟乙烯薄层，然后取出透明模板，用超纯水去除多余聚四氟乙烯后将其置于40～60℃烘箱中干燥5～20min。[0040]进一步地，上述含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中，聚四氟乙烯的质量分数为3％～8％，乙醇的质量分数为1％～6％。发明人发现，若聚四氟乙烯浓度过高会覆盖过多甚至产生堆积，影响微结构形貌，而若聚四氟乙烯浓度过低则无法充分覆盖在模板表面及微结构内部。同时，上述使用的聚四氟乙烯的粒径为50～400nm。发明人发现，该粒径范围的聚四氟乙烯可以充分覆盖在透明模板的纳米级粗糙表面的微结构中。[0041]s300：将uv光固树脂喷涂到步骤s200得到的干燥后透明模板表面，静置使uv光固树脂填充至干燥后透明模板表面的微结构内部，并用紫外灯照射进行预固化[0042]该步骤中，将uv光固树脂喷涂到上述得到的干燥后的透明模板表面，即将该uv光固树脂喷涂到上述形成的聚四氟乙烯薄层上，静置5～10min使uv光固树脂填充至干燥后透明模板表面的微结构内部且排除微结构内的空气，并用紫外灯照射进行预固化，引发化学活性的uv光固树脂发生聚合交联反应使其固化，即该uv光固树脂层形成在上述聚四氟乙烯薄层上，从而降低透明模板与uv光固树脂之间的结合力，降低后续揭膜工艺难度。进一步地，在将uv光固树脂喷涂到步骤s200得到的干燥后透明模板表面之后且进行静置之前，预先将喷涂uv光固树脂的透明模板置于真空箱中抽滤至气压不高于0.08mpa，便于排出微结构内部的气体。具体的，该步骤中紫外光的波长为365nm，强度为0.1w/cm2～1.5w/cm2，并且预固化时间为1～5min。[0043]s400：在基底表面喷涂uv光固树脂，然后将步骤s300得到的预固化后的透明模板压印到喷涂有uv光固树脂的基底上，并用紫外灯照射进行固化[0044]该步骤中，在基底表面喷涂uv光固树脂，再将上述步骤得到的预固化后的透明模板压印到喷涂有uv光固树脂的基底上，并用紫外灯照射进行固化，使得基底表面上uv光固树脂与预固化后的透明模板微结构以及表面的涂层粘附。进一步地，基底表面的uv光固树脂涂层厚度为20～120μm，并且该紫外光的波长为365nm，强度为0.1w/cm2～1.5w/cm2，并且固化时间为6～12min。需要说明的是，基底可以为平面或曲面。[0045]s500：去除步骤s400中的透明模板[0046]该步骤中，去除步骤s400中的透明模板，填充在透明模板表面微结构内的光固树脂构成凸起与形成在基底表面上光固树脂粘合形成具有表面微结构涂层。需要说明的是，该步骤的去除透明模板的方式为本领域常规操作，此处不再赘述。[0047]根据本发明实施例的制备具有表面微结构涂层的方法，通过将具有规则纳米级粗糙表面的透明模板置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液中浸泡，使得聚二烯丙基二甲基氯化铵吸附在透明模板的纳米级粗糙表面及微结构内，然后取出透明模板进行干燥，再将干燥后的透明模板置于含有聚四氟乙烯和乙醇的水溶液中浸泡，在静电引力的作用下，透明模板的纳米级粗糙表面的微结构会吸附聚四氟乙烯颗粒，即在透明模板的纳米级粗糙表面和微结构内形成聚四氟乙烯薄层，然后取出述透明模板，去除多余聚四氟乙烯后进行干燥，再将uv光固树脂喷涂到上述得到的干燥后透明模板表面，再静置使uv光固树脂填充至干燥后透明模板表面的微结构内部且排除微结构内的空气，并用紫外灯照射进行预固化，引发化学活性的uv光固树脂发生聚合交联反应使其固化，即该uv光固树脂层形成在上述聚四氟乙烯薄层上，从而降低透明模板与uv光固树脂之间的结合力，降低后续揭膜工艺难度；然后在基底表面喷涂uv光固树脂，再将上述步骤得到的预固化后的透明模板压印到喷涂有uv光固树脂的基底上，并用紫外灯照射进行固化，使得基底表面上uv光固树脂与预固化后的透明模板微结构以及表面的涂层粘附，最后再去除透明模板，即可得到具有表面微结构涂层(参考图3)。由此，采用该方法可以快速制备得到具有表面微结构涂层，并且该涂层与微结构模板微腔穴以及涂层与微结构模板之间结合力较小。[0048]下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。[0049]实施例1[0050]使用砂纸对玻璃钢平板(规格15cm×15cm×5mm)表面进行抛光，用去离子水清洗后烘干备用；[0051]将具有规则排列沟槽结构的透明模板(沟槽结构的矩形底边长度a为10μm，沟槽深度h为10μm，相邻两个沟槽的间距值w为10μm)置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量分数为0.16％，氯化钠的质量分数为0.3％，乙醇的质量分数为3％)中，超声振动5min后浸泡10min，取出透明模板，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0052]将上述得到的透明模板其置于含有聚四氟乙烯(聚四氟乙烯的粒径为200nm)和乙醇的水溶液(聚四氟乙烯的质量浓度为6％，乙醇的质量浓度为3％)中浸泡25min，聚四氟乙烯纳米颗粒组装至透明模板的粗糙表面结构上；[0053]取出透明模板，用超纯水去除多余聚四氟乙烯溶液，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0054]取出透明模板，用喷枪将uv光固树脂喷涂到透明模板表面，将透明模板真空箱中抽滤至0.02mpa，然后静置6min，使uv光固树脂充分填充至沟槽结构内部；[0055]将上述透明模板置于365nm波长的紫外光(紫外光强度保持在0.8w/cm2，)下8cm处固化3min，对表面的uv光固树脂进行预固化；[0056]用喷枪在玻璃钢基底表面喷涂uv光固树脂，静置6min，然后将透明模板压印到基底表面的油漆上；[0057]将基底置于365nm波长的紫外光下固化8min，紫外光强度保持在0.15w/cm2，去除透明模板，得到带有凸起结构的涂层表面，其中，凸起结构的矩形边长a为10μm，相邻两个凸起结构的间距w为10μm，凸起结构高度为11.2μm，涂层微结构形貌的白光测试图如图4所示，涂层微结构凸起的高度侧视图如图5所示。根据图4可知，样品形貌完整，微结构边缘较为整齐。根据图5可知，样品微结构高度符合预期。[0058]实施例2[0059]依次用300目砂纸和1000目砂纸对玻璃钢曲面(规格：外径300mm，厚5mm，宽15cm)表面进行抛光，用去离子水清洗后烘干备用；[0060]将具有规则排列沟槽结构的透明模板(沟槽结构的矩形底边长度a为10μm，沟槽深度h为10μm，相邻两个沟槽的间距值w为10μm)置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量分数为0.16％，氯化钠的质量分数为0.3％，乙醇的质量分数为3％)中，超声振动5min后浸泡10min，取出透明模板，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0061]将上述得到的透明模板其置于含有聚四氟乙烯(聚四氟乙烯的粒径为200nm)和乙醇的水溶液(聚四氟乙烯的质量浓度为6％，乙醇的质量浓度为3％)中浸泡25min，聚四氟乙烯纳米颗粒组装至透明模板的粗糙表面结构上；[0062]取出透明模板，用超纯水去除多余聚四氟乙烯溶液，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0063]取出透明模板，用喷枪将uv光固树脂喷涂到透明模板表面，将透明模板真空箱中抽滤至0.02mpa，然后静置6min，使uv光固树脂充分填充至沟槽结构内部；[0064]将上述透明模板置于365nm波长的紫外光(紫外光强度保持在0.8w/cm2，)下8cm处固化3min，对表面的uv光固树脂进行预固化；[0065]用喷枪在玻璃钢基底表面喷涂uv光固树脂，静置6min，然后将透明模板压印到基底表面的油漆上；[0066]将基底置于365nm波长的紫外光下固化8min，紫外光强度保持在0.15w/cm2，去除透明模板，得到带有凸起结构的涂层表面，其中，凸起结构的矩形边长a为10μm，相邻两个凸起结构的间距w为10μm，凸起结构高度为10.6μm，涂层微结构形貌的白光测试图如图6所示，涂层微结构凸起的高度侧视图如图7所示。[0067]对比例[0068]使用砂纸对玻璃钢平板(规格15cm×15cm×5mm)表面进行抛光，用去离子水清洗后烘干备用；[0069]将具有规则排列沟槽结构的透明模板(沟槽结构的矩形底边长度a为10μm，沟槽深度h为10μm，相邻两个沟槽的间距值w为10μm)置于含有聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯化钠和乙醇的水溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的质量分数为0.16％，氯化钠的质量分数为0.3％，乙醇的质量分数为3％)中，超声振动5min后浸泡10min，取出透明模板，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0070]将上述得到的透明模板其置于含有聚四氟乙烯(聚四氟乙烯的粒径为200nm)和乙醇的水溶液(聚四氟乙烯的质量浓度为6％，乙醇的质量浓度为3％)中浸泡25min，聚四氟乙烯纳米颗粒组装至透明模板的粗糙表面结构上；[0071]取出透明模板，用超纯水去除多余聚四氟乙烯溶液，将其置于60℃烘箱中干燥15min；[0072]用喷枪在玻璃钢基底表面喷涂uv光固树脂，静置6min，然后将透明模板压印到基底表面的油漆上；[0073]将基底置于365nm波长的紫外光下固化8min，紫外光强度保持在0.15w/cm2，去除透明模板，得到带有凸起结构的涂层表面，其中，凸起结构的矩形边长a为10μm，相邻两个凸起结构的间距w为10μm，凸起结构高度为10.9μm，涂层微结构形貌的白光测试图如图8所示，涂层微结构凸起的高度侧视图如图9所示。根据图8可知，样品微结构形貌存在缺陷，微结构边缘位置有固化胶缺失。根据图9可知，样品微结构高度符合预期。[0074]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0075]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。