一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法及产品

摘要

本发明属于固体材料表面改性的技术领域，并公开了一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法及产品。该方法包括下列步骤：(a)将待处理PET薄膜贴附在基底上，在PET薄膜上采用溅射的方式制备金属有色层；(b)采用激光聚焦到有色层，有色层吸收激光的能量，并使其作用在与有色层交界处的PET薄膜表面上，以此使得PET薄膜表面形成亲水表面层；(c)采用溶液法腐蚀亲水表面层，以此改变亲水表面层的形貌形成超亲水表面层，由此完成待处理PET薄膜的超亲水层的制备。本方法所制备的结构具有超亲水性和高耐用性等特点。工艺简单，成本低廉。

说明书

技术领域

本发明属于固体材料表面改性的技术领域，更具体地，涉及一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法及产品。

背景技术

PET是一种常用的柔性基底，在工业生产中得到广泛的应用。通常，PET在室温下的表面润湿性呈现出一定的疏水性。对PET表面改性的方法主要有涂覆润湿性材料层。然而涂覆润湿性材料的稳定性较差，且涂覆工艺受限于大面积生产和费时。

目前对PET薄膜改性为超亲水的简易制备方法目前未见报道，而在疏水PET基底上制备超亲水图案在水气收集、微流控、医药生产等领域有着广泛的应用。因此，开发一种简易的工艺对PET材料表面制备超亲水结构至关重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法及产品，通过在PET薄膜表面形成有色层金属层，然后采用激光聚焦到有色层，通过该有色层对激光能量的吸收和聚集使得激光能量作用于PET薄膜的上表面，从而改变PET薄膜表面的理化特性，进而改变其润湿性，该方法步骤简单，生产成本低。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)将待处理PET薄膜贴附在基底上，在所述PET薄膜上采用溅射的方式制备金属有色层；

(b)采用激光聚焦到所述有色层，该有色层吸收所述激光的能量，并使其作用在与所述有色层交界处的所述PET薄膜表面上，以此使得所述PET薄膜表面形成亲水表面层；

(c)采用溶液法腐蚀所述亲水表面层，以此改变所述亲水表面层的形貌形成超亲水表面层，由此完成所述待处理PET薄膜的超亲水层的制备。

进一步优选地，所述有色层的厚度优选为0.03～3μm，当金属层厚度低于0.03μm时，其颜色不明显，呈现透明状态，激光能够透过该金属层并穿过透明的PET薄膜，导致其加工表面变为PET与基底的粘合界面或者基底底部，当金属层厚度高于3μm时，由于金属层较厚，需要激光的能量急剧上升才能烧蚀PET薄膜表面。

进一步优选地，所述激光的脉冲重复频率10～100kHz，脉冲宽度0.1～0.2，激光光斑速度50～500mm/s，当激光脉冲频率低于10kHz，脉冲宽度低于0.1，激光光斑速度低于50mm/s时，激光提供的能量无法一次性烧蚀PET表面为亲水结构，而当激光脉冲频率高于100kHz，脉冲宽度高于0.2，激光光斑速度高于500mm/s时，由于能量过高将直接熔化PET薄膜。

进一步优选地，所述采用溶液法腐蚀所述亲水表面层优选采用pH为8～14的碱性溶液，腐蚀时间为1～30min，腐蚀时间低于1min时，PET受腐蚀的程度较小，无法保持长期的超亲水稳定性，而当腐蚀时间高于30min时，由于受腐蚀时间过长，PET薄膜表面则会失去原有激光加工的粗糙结构，无法实现优异的超亲水特性。

进一步优选地，所述待处理PET薄膜贴附在基底上时，优选在所述基底上涂覆无水乙醇作为润湿剂，以便所述待处理PET薄膜贴附在所述基底上时更加平整。由于激光的聚焦点为同一平面水平移动加工，如果表面不平整，则会出现加工不均匀的亲水PET表面。

进一步优选地，所述待处理PET薄膜的厚度优选采用大于0.1mm。当PET厚度低于0.1mm时，由于激光加工的热效应会使得加工表面发生变形。

按照本发明的另一方面，提供了一种如上述所述的方法制备获得的产品。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过在PET薄膜表面形成有色层金属层，然后采用激光聚焦到有色层，通过该有色层对激光能量的吸收和聚集使得激光能量作用于PET薄膜的上表面，从而改变PET薄膜表面的理化特性，进而提高其亲水性，该方法步骤简单，生产成本低；

2、本发明通过采用溅射的工艺在PET薄膜表面形成有色层，可以精确控制有色层的厚度，从而控制激光加工对PET表面的烧蚀形貌，使制备的PET表面具有高耐用性和超亲水性；

3、本发明通过采用激光作用诱导PET薄膜表面产生超亲水层，充分利用激光诱导加工所产生的理化特性，使得疏水PET可以一次性加工制备超亲水结构，而采用碱性溶液腐蚀修饰PET材料表面，得到高耐用性的超亲水PET表面。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的PET贴附于玻璃示意图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的溅射有色层示意图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的激光加工示意图；

图4是按照本发明的优选实施例所构建的溶液腐蚀示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-基底 2-无水乙醇溶液 3-PET薄膜 4-有色层 5-亲水层 6-超亲水层

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种基于激光诱导的超亲水PET表面的制备方法，该方法包括下列步骤：

第1步，PET贴附于玻璃表面

采用在玻璃表面旋涂无水乙醇溶液2的方法制备贴附基底1，使得PET薄膜3更为平整的贴附于基底表面1；

第2步，有色层制备

采用溅射的方式在上述样品表面沉积一层厚度为0.03～3μm的有色种子层4；

第3步，激光诱导加工

采用激光打标机对PET薄膜表面进行扫描加工得到粗糙表面5，即亲水层，脉冲重复频率10～100kHz，脉冲宽度0.1～0.2，激光光斑速度50～500mm/s；

第4步，碱性溶液腐蚀

采用溶液法腐蚀加工表面，碱性溶液调至pH＝8～14，腐蚀时间为1～30min，得到超亲水PET表面6，将该PET薄膜从基底上剥离即为所需的具备超亲水表面的PET薄膜。

下面将结合具体的实施例进一步说明本发明。

实施例1

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为2μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率50kHz，脉冲宽度0.15，激光光斑速度300mm/s；采用pH为10的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为10min，得到超亲水PET表面。

实施例2

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为3μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率100kHz，脉冲宽度0.2，激光光斑速度500mm/s；采用pH为14的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为30min，得到超亲水PET表面。

实施例3

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为0.03μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率10kHz，脉冲宽度0.1，激光光斑速度500mm/s；采用pH为8的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为1min，得到超亲水PET表面。

实施例4

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为3μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率100kHz，脉冲宽度0.2，激光光斑速度50mm/s；采用pH为10的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为5min，得到超亲水PET表面。

实施例5

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为1μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率50kHz，脉冲宽度0.2，激光光斑速度100mm/s；采用pH为10的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为10min，得到超亲水PET表面。

实施例6

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为0.03μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率10kHz，脉冲宽度0.15，激光光斑速度500mm/s；采用pH为10的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为8min，得到超亲水PET表面。

实施例7

在玻璃基底表面旋涂无水乙醇溶液，然后将PET薄膜贴附在玻璃基底上；采用溅射的方式在PET薄膜表面沉积一层厚度为2μm的有色层；采用激光扫描有色层，脉冲重复频率80kHz，脉冲宽度0.1，激光光斑速度200mm/s；采用pH为12的碱性溶液腐蚀PET薄膜表面的亲水层，腐蚀时间为20min，得到超亲水PET表面。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。