一种压电雾化喷印设备及制备亲水性涂层的方法技术

一种压电雾化喷印设备及制备亲水性涂层的方法，使用的喷印平台包括雾化喷头和三轴运动平台，雾化喷头中组装有二次雾化结构，在第一压电换能器和变幅杆的作用下，将PVA基聚合物溶液一次雾化；在第二压电换能器和微孔网的作用下，将雾化后的液滴进一步雾化；雾化喷头安装在三维运动平台上，实现涂层形状的可定制；使用加热平台，将喷印的水凝胶微液滴固化形成亲水性涂层，并通过多次喷印实现一定厚度涂层的成型，可以实现对于涂层外形参数的柔性控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种压电雾化喷印设备及制备亲水性涂层的方法


[0001]本专利技术涉及亲水性涂层制备领域，特别涉及一种基于压电雾化喷印的亲水性涂层制备方法。

技术介绍

[0002]涂层是新材料功能实现的关键。例如，在金属网表面制备亲水疏油性涂层，可以用来实现油水混合物的分离；在玻璃表面制备一层超疏水涂层，可使玻璃达到自清洁效果；在低纬度地区，表面拥有超疏水涂层可以提升物体抗结冰性。在传感领域，可以将涂层制成电子皮肤，来识别手部动作或是识别触摸物体的形状。其中，对亲水性的材料表面进行疏水性涂层处理技术，目前已发展较为成熟，但针对疏水材料进行亲水处理还鲜有研究。
[0003]目前，单层或多层二维涂层材料的制备方法有溶液沉积法、机械剥离法、液相剥离法和化学气相沉积法。其中，机械剥离法利用胶带的粘性来克服材料层与层之间的范德华力，通过胶带粘连反复剥离得到涂层结构，但该方法对涂层的厚度无法实现有效控制；液相剥离法利用超声振荡得到悬浊液，经过多步的清洗、离心最终得到单层的涂层，该方法成本较低，但存在尺寸不可控的问题，且基底选择范围受限；化学气相沉积法利用一种或几种气相化合物，在基底上进行化学反应形成涂层，该方法能够产生大尺寸的涂层，但成本较高且制备过程耗时较长，基底选择也比较有限；溶液沉积法通过在晶圆基片上高速匀胶制备厚度可控的涂层，但对于非圆形基片来说，该方法不能保证边角处的涂覆均匀性。因此制备涂层的方法需要进一步发展。
[0004]涂层制备的关键在于溶液的均匀化涂布和控制，压电雾化可以基于压电换能器的逆压电效应，将水溶性溶液快速雾化成微纳米级的小液滴，在实现粘度较高的高聚物溶液雾化和涂层制备方面具有很大的应用潜力。

技术实现思路

[0005]为解决上述不足，提升亲水性水凝胶涂层的制备能力，本专利技术提供一种基于雾化喷印的水凝胶涂层制备方法，使用变幅杆结构，通过变幅杆将压电换能器产生的振动振幅放大，并在变幅杆的雾化面上达到最大，提高振动效率，将超声能量集中，实现雾化增强；使用微孔网将一次雾化后小液滴二次雾化，实现雾化增强；通过两次压电雾化过程实现高粘性水凝胶溶液的雾化；然后通过精密三维运动平台实现大幅面涂层的有效制备。
[0006]本专利技术的目的是以下述方式实现的：
[0007]一种压电雾化喷印设备，包括底座，底座上固定安装有支撑座和支撑臂；支撑座上设置有第一滑槽，所述第一滑槽沿Y轴设置，所述第一滑槽上滑动安装有第一滑块，加热平台通过调平螺栓与第一滑块连接，支撑臂上设置第二滑槽，所述第二滑槽沿X轴设置，移动板通过第二滑块与第二滑槽滑动连接，所述移动板远离第二滑块的表面设置有第三滑槽，所述第三滑槽沿Z轴设置，喷头夹具与所述第三滑槽滑动连接，雾化喷头通过十字螺栓与六角螺母固定在所述喷头夹具的前端。
[0008]进一步地，所述雾化喷头包括上壳体、下壳体、变幅杆和聚焦喷嘴，所述上壳体和下壳体通过四个M4螺栓固定连接，所述变幅杆从上至下依次为圆柱部、法兰部和圆锥部，所述变幅杆的内部形成有供液通道；所述上壳体和下壳体之间形成圆柱形空腔，所述空腔内从下至上依次安装有第二压电换能器、垫片、微孔网和变幅杆套筒，所述变幅杆套筒的内部开设有锥形腔，所述变幅杆的圆锥部与所述锥形腔配合，所述变幅杆的法兰部上表面安装有第一压电换能器，所述变幅杆的圆柱部从上壳体中伸出；聚焦喷嘴设置在所述下壳体下方。
[0009]一种基于压电雾化喷印设备制备亲水性涂层的方法，包括以下步骤：
[0010]A0.配置聚乙烯醇水溶液，将配置好的聚乙烯醇水溶液装入储液瓶中；
[0011]A1.使用氧等离子体对疏水性的基底材料表面进行短暂亲水性处理；
[0012]A2.喷涂聚乙烯醇涂层：
[0013]将聚乙烯醇水溶液均匀喷涂到基底材料表面；通过加热烘干，将喷涂到基底表面的聚乙烯醇水溶液固化；
[0014]A3.多次执行A2步骤，最终在疏水性的基底材料表面得到预期厚度的亲水性聚乙烯醇涂层。
[0015]进一步地，所述步骤A0中配置聚乙烯醇水溶液的具体操作过程为：将聚乙烯醇粉末和去离子水按比例加入磁力搅拌水域锅中，将温度加热至100℃，使用磁力搅拌子搅拌2.5小时，使粉末状的聚乙烯醇快速溶解，然后静置使温度降低至常温，装入储液瓶中，得到所需的聚乙烯醇水溶液。
[0016]进一步地，聚乙烯醇的分子量为63800
‑
72600，但不限于该分子量的聚乙烯醇，质量分数为1％，其质量分数是相对于去离子水质量而言，以100克去离子水为例，需加入1克聚乙烯醇。
[0017]进一步地，所述步骤A2中喷涂聚乙烯醇涂层的具体操作步骤为：
[0018]A21：通过控制器控制加热平台移动到合适位置，将经过A1步骤处理的基底材料放置在加热平台上；设置加热平台的温度为90℃；
[0019]A22：使用特氟龙软管和将储液瓶和供液通道10的入口连接；通过控制器控制雾化喷头沿着X轴和Z轴移动，直至雾化喷头移至基底材料上面；
[0020]A23:开启加热平台开关，等待加热平台加热至90℃；开启交流电源，给第一压电换能器及第二压电换能器供给正弦交流电压，第一压电换能器通电后将振动传递给变幅杆，第二压电换能器通电后将振动传递给微孔网；
[0021]A23开启注射泵，持续向供液通道泵入聚乙烯醇水溶液；然后聚乙烯醇水溶液被压入变幅杆的腔体中，变幅杆振动使聚乙烯醇水溶液第一次雾化；第一次雾化后的聚乙烯醇水溶液经过微孔网，被微孔网的振动二次雾化；二次雾化后的雾化微液滴经锥形聚焦喷嘴喷出，并附着在基底材料上；
[0022]A24：通过控制器控制加热平台沿Y轴移动，控制雾化喷头沿着X轴移动，从而实现雾化喷头沿基底材料表面作覆盖反复式运动，使整个基底材料表面被均匀的覆盖聚乙烯醇微液滴；
[0023]A25：待基底材料表面的聚乙烯醇微液滴被完全烘干固化后，关闭加热平台，制备得到固化的亲水性聚乙烯醇水凝胶涂层。
[0024]所述基底材料为表面疏水的硅片或者聚二甲基硅氧烷。
[0025]相对于现有技术，本专利技术具有以下技术效果：
[0026]1.先配置聚乙烯醇水溶液，将配置好的聚乙烯醇水溶液装入储液瓶中；使用氧等离子体对疏水性的基底材料表面进行短暂亲水性处理；将聚乙烯醇水溶液均匀喷涂到基底材料表面；通过加热烘干，将喷涂到基底表面的聚乙烯醇水溶液固化；最终在疏水性的基底材料表面得到预期厚度的亲水性聚乙烯醇涂层。本方法可以有效实现疏水材料表面的亲水改性；
[0027]2.由于配置的聚乙烯醇水溶液存在较大的粘性，通过在雾化喷头内设置变幅杆、变幅杆套筒、微孔网、第一压电换能器和第二压电换能器，第一压电换能器通电后将振动传递给变幅杆，第二压电换能器通电后将振动传递给微孔网，两次压电雾化过程实现高粘性水凝胶溶液的雾化；
[0028]3.底座上固定安装有第一滑轨和支撑臂；所述第一滑轨沿Y轴设置，第一滑轨上滑动安装有第一滑块，加热平台通过调平螺栓与第一滑块块连接，支撑臂上设置第二滑轨，第二滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电雾化喷印设备，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)上固定安装有支撑座(2)和支撑臂(5)；支撑座(2)上设置有第一滑槽(2
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1)，所述第一滑槽(2
‑
1)沿Y轴设置，所述第一滑槽(2
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1)上滑动安装有第一滑块(3)，加热平台(4)通过调平螺栓与第一滑块(3)连接，支撑臂(5)上设置第二滑槽(6)，所述第二滑槽(6)沿X轴设置，移动板(7)通过第二滑块(7
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1)与第二滑槽(6)滑动连接，所述移动板(7)远离第二滑块(7
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1)的表面设置有第三滑槽(7
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2)，所述第三滑槽沿Z轴设置，喷头夹具(8)与所述第三滑槽(7
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2)滑动连接，雾化喷头(9)通过十字螺栓与六角螺母固定在所述喷头夹具(8)的前端。2.如权利要求1所述的一种压电雾化喷印设备，其特征在于，所述雾化喷头(9)包括上壳体(11)、下壳体(14)、变幅杆(15)和聚焦喷嘴(19)，所述上壳体(11)和下壳体(14)通过四个M4螺栓固定连接，所述变幅杆(15)从上至下依次为圆柱部、法兰部和圆锥部，所述变幅杆(15)的内部形成有供液通道(10)；所述上壳体(11)和下壳体(14)之间形成圆柱形空腔，所述空腔内从下至上依次安装有第二压电换能器(18)、垫片(17)、微孔网(16)和变幅杆套筒(13)，所述变幅杆套筒(13)的内部开设有锥形腔，所述变幅杆(15)的圆锥部与所述锥形腔配合，所述变幅杆(15)的法兰部上表面安装有第一压电换能器(12)，所述变幅杆(15)的圆柱部从上壳体(11)中伸出；聚焦喷嘴(19)设置在所述下壳体(14)下方。3.一种基于权利要求2所述的压电雾化喷印设备制备亲水性涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：A0.配置聚乙烯醇水溶液，将配置好的聚乙烯醇水溶液装入储液瓶中；A1.使用氧等离子体对疏水性的基底材料表面进行短暂亲水性处理；A2.喷涂聚乙烯醇涂层：将聚乙烯醇水溶液均匀喷涂到基底材料表面；通过加热烘干，将喷涂到基底表面的聚乙烯醇水溶液固化；A3...

【专利技术属性】
技术研发人员：金少搏，叶国永，王鹏鹏，王通，曹娜，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：