经表面结构化的聚合体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及聚合物化学领域并且涉及经表面结构化的聚合体，例如可用在太阳能电池中或用作医疗技术中的防污膜。本发明专利技术的目的是提供经表面结构化的聚合体，该聚合体在其表面的尺寸方面具有高精确度的结构化。该目的通过经表面结构化的聚合体实现，其中，聚合体以至少≥100cm2的尺寸存在，聚合体的表面至少部分地被至少一个纳米至微米厚度的层覆盖并且层以物理和/或化学方式与聚合体耦合并且聚合体的具有所述层的表面至少部分地变形，其中在一种变形方式之内的变形是周期性的并且聚合体上的多种不同变形方式的布置是各向异性的或各向同性的，并且聚合体的材料的E模量小于层材料的E模量。

Surface-structured polymers and their manufacturing methods

The present invention relates to the field of polymer chemistry and to surface structured polymers, such as antifouling films that can be used in solar cells or in medical technology. The object of the present invention is to provide a surface-structured polymer, which has a highly accurate structure in terms of the size of its surface. The purpose is achieved by a surface-structured polymer, in which the polymer exists in a size of at least 100 cm2, the surface of the polymer is at least partially covered by at least one layer of nano to micron thickness, and the layer is coupled with the polymer in a physical and/or chemical manner, and the surface of the polymer with the layer deforms at least partially, including changes within a deformation mode. The shape of the polymer is periodic and the arrangement of different deformation modes on the polymer is anisotropic or isotropic, and the E modulus of the polymer material is smaller than that of the layer material.

【技术实现步骤摘要】
经表面结构化的聚合体及其制造方法
本专利技术涉及聚合物化学领域并且涉及经表面结构化的聚合体，例如可用在太阳能电池中或用作医疗技术中的防污膜以防止病毒和/或细菌的粘附或改变摩擦学特性、例如可以用于工业制造工艺中的摩擦最小化，以及涉及其制造方法。
技术介绍
聚合物是多种多样的并且用于各种
对此，由这些聚合物制成的物体被表面结构化通常是有利的。这种结构化可以物理和/或化学方式完成。已知在纳米级和微米级的机械工艺中受控地且有针对性地形成褶皱。这由Bowden等人在1998年首次提出(Bowden,N等,1998；Nature，393-6681,146-9)。自此，多次报道了该系统的新方案和生产方法，对此几乎总是强调所谓的软光刻相对于传统的基于辐射的光刻的优点，机械起皱属于所述软光刻。在软光刻(SoftLithography)中实现了结构化的有序性和精确性，但是没有蚀刻和辐射。这几乎总是在机械拉伸和印刷工艺中使用软基板材料，因此称为软光刻(Y.Xia等，1998，Science，37-5,550-575)。两个最重要的优点尤其是时间消耗和金钱支出以及起皱系统的潜在可扩展性。前一点大多经受住检验，但后者尚未投入实际应用以及并未显示出来。起皱工艺的已知方案的缺点主要在于聚合物表面只能以较低的cm2尺寸褶皱。此外，DE102012010635A1公开了一种用于由硬的、脆的和光学材料制成的表面的3D结构化和成形的方法。为此，借助超短脉冲激光通过直接烧蚀实现材料的表面并且成形表面通过等离子体射流变平滑。从WO2012/031201A3中还已知一种用于制造具有微结构化或纳米结构化涂层的防污表面的方法。在此，拉伸基材，涂覆经拉伸的基材的表面并随后取消拉伸，从而经涂覆的表面被压缩。在这种情况下可以照射基板以进行改性并且仅通过初始化学气相沉积(iCVD)进行基板表面的涂覆。利用已知的制备表面结构化的聚合体的方法只能以增加的复杂性和不够高的结构化精度以及特别是仅以基本上各向同性的排列的结构化提供聚合体。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供经表面结构化的聚合体，该聚合体在其表面的尺寸方面具有高精确度的结构化，并且提供简单且较低成本的用于制造聚合物的方法。该目的通过在权利要求中给出的本专利技术实现。有利的设计方案是从属权利要求的内容。在根据本专利技术的经表面结构化的聚合体中，聚合体以至少≥100cm2的尺寸存在，聚合体的表面至少部分地被至少一个纳米至微米厚度的层覆盖并且层以物理和/或化学方式与聚合体耦合并且聚合体的具有所述层的表面至少部分地变形，其中在一种变形方式之内的变形是周期性的并且聚合体上的多种不同排列的变形方式是各向异性的或各向同性的，并且聚合体的材料的E模量小于层材料的E模量。有利地，聚合体以100cm2至100m2的尺寸存在。同样有利地，存在具有在10nm和100μm之间的层厚度的层。还有利的是，表面涂覆有由两个至10个层叠置地构成的复合层，其中，所有层的总厚度不大于100μm。还有利的是，聚合体的表面完全地或部分地涂覆有由不同层材料叠置和/或并排地构成的层或复合层。也有利的是，聚合体和层或复合层的物理耦合通过机械结合或通过范德瓦尔斯力实现并且聚合体和层或复合层的化学耦合通过化学共价键实现。此外有利的是，聚合体上的在一种变形方式之内的变形是周期性的以及各向异性的。同样有利的是，变形在聚合体上多种排列的变形方式情况下在一种排列之内设置成周期性的且各向同性的，不同变形方式之间彼此设置成各向异性的。也有利的是，聚合体具有多种变形方式，该多种变形方式在变形的周期性、尺寸和/或形状方面不同。也有利的是，聚合体的材料是弹性体、热塑性弹性体、热塑性塑料和/或热固性塑料或至少在聚合体的待涂覆的表面上存在或含有上述物质。此外有利的是，层或复合层由金属材料、聚合材料、聚合物复合材料、陶瓷材料或玻璃材料组成。同样有利的是，聚合体的材料的E模量比层材料的E模量小至少1个数量级。在根据本专利技术的用于制造经表面结构化的聚合体的方法中，具有至少≥100cm2的尺寸的聚合体在至少高于临界的起皱应力并且至多低于聚合体材料的断裂应力下经受在至少一个方向上的拉伸(Dehnung)，在拉伸阶段中，聚合体的表面借助于大气等离子体或借助于印刷或借助刮涂涂覆有至少一个纳米至微米厚度的层或复合层，并且随后至少部分地停止聚合体的拉伸，其中，使用的聚合体的材料的E模量小于涂覆的层材料的E模量，并且制造工艺连续地进行。有利地，聚合体的材料的临界的起皱应力根据以下公式得出：同样有利的是，层涂覆借助大气等离子体、例如借助等离子体射流、借助电晕放电或借助介质阻挡放电实施。也有利的是，使用层材料的前体材料。还有利的是，层涂覆借助等离子体射流实现，等离子体射流的等离子体有效横截面是射流形的、旋转圆形的和/或线性扁平的。借助根据本专利技术的方案可首次实现在聚合体的表面上具有结构化尺寸高度精确的经表面结构化的聚合体，且同样实现了简单且成本有利的用于制造该聚合体的方法。这通过这样的经表面结构化的聚合体实现，即，该聚合体例如是如注塑件的成型体或薄膜，其在二维中以至少≥100cm2尺寸存在。对此，使用的聚合体的材料具有至少作为最小拉伸的临界起皱应力。根据本专利技术只有这种聚合体材料可进行表面结构化且作为根据本专利技术的经表面结构化的聚合体。本专利技术尤其有利地应用于对长度和宽度相对于厚度尺寸很大的聚合体进行表面结构化，该尺寸应至少≥100cm2，但是有利的也可为100m2或更大。相对于现有技术的聚合体，这种大面积的已经按比例放大并且在连续工艺中生产的经表面结构化的聚合体至今还是未知的。根据本专利技术的聚合体的放大在本专利技术中是指，现有技术中已知的经表面结构化的聚合体可以通过根据本专利技术的方案以明显更大的长度和宽度存在以及制造，该聚合体的表面结构化相应于根据本专利技术的方案的变形。根据本专利技术的经表面结构化的聚合体至少部分地在其表面上具有至少一个纳米至微米厚度的层或复合层。层或复合层的层厚度有利地在10nm和100μm之间。层或复合层的长度和宽度的尺寸可以等于或小于聚合体的长度和宽度的最大尺寸，由此层或复合层的长度和宽度的尺寸也可以小于100cm2。在复合层的情况下，该复合层可以有利地由两层组成，但也可以由多达10或100或更多层叠置组成，其中所有层的总厚度至少比聚合体的厚度小一个数量级。聚合体的表面也可以完全或部分地覆盖有层或复合层，其中，在聚合体上也可布置由不同层材料叠置地和/或并排地构成的层或复合层。除了根据本专利技术的表面结构化之外，根据本专利技术的层或复合层也可以具有整个表面结构化的聚合体的功能特性，例如它们可以是防水和/或防油的、导电的或绝缘的、反射光的、吸收光的或透射光的。层或复合层以物理方式和/或化学方式与聚合体耦合。层材料与聚合体材料的耦合可以例如通过离子键合、范德华力、化学共价键或通过机械结合来实现。聚合体的表面结构化基本上通过聚合体的近表面区域和所涂覆的层或复合层的变形来进行。在此，聚合体的具有层的表面至少部分地变形。根据本专利技术，在一种变形方式之内的变形是周期性的以及有利的为各向异性的，但是也可为各向同性的。在本专利技术中各向同性的变形理解为，变形至少在至少一个方向上的变形尺寸方面表现出至少基本相同的变形。在本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种经表面结构化的聚合体，其中，聚合体以至少≥100cm

【技术特征摘要】
2017.10.13 DE 102017218363.21.一种经表面结构化的聚合体，其中，聚合体以至少≥100cm2的尺寸存在，所述聚合体的表面至少部分地被至少一个纳米至微米厚度的层覆盖并且所述层以物理和/或化学方式与所述聚合体耦合并且所述聚合体的具有所述层的表面至少部分地变形，其中，所述变形是以一种变形方式周期性的并且所述聚合体上的多种不同变形方式的布置是各向异性的或各向同性的，并且所述聚合体的材料的E模量小于层材料的E模量。2.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，所述聚合体以100cm2至100m2的尺寸存在。3.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，存在具有10nm和100μm之间的层厚度的层。4.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，所述表面涂覆有由两个至10个层叠置地构成的复合层，其中，所有层的总厚度不大于100μm。5.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，聚合体的表面完全地或部分地涂覆有由不同层材料叠置和/或并排地构成的层或者复合层。6.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，聚合体和层或复合层的物理耦合通过机械形状啮合或通过范德瓦尔斯力实现并且聚合体和层或复合层的化学耦合通过化学共价键实现。7.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，聚合体上的在一种变形方式之内的变形是周期性的以及各向异性的。8.根据权利要求1所述的经表面结构化的聚合体，其中，变形在聚合体上多种排列变形方式的情况下在一种排列之内的方向设置成周期性的且各向同性的，不同变形方式之间的方向彼此设...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·加拉茨，A·纳普，A·费里，
申请(专利权)人：德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所，
类型：发明
国别省市：德国,DE