新型高分子材料及利用该材料制得的空调接水盘
阅读说明：本技术 新型高分子材料及利用该材料制得的空调接水盘 (Novel high polymer material and air conditioner water pan prepared from same ) 是由 温博 李云蹊 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种新型高分子材料及利用该材料制得的空调接水盘,属于高分子疏水材料技术领域,能够解决现有的空调接水盘因冷凝水无法及时排除空调外,造成的灰尘积累和微生物富集的技术问题。该材料是通过激光器发射光线在普通塑料表面进行刻蚀后,得到的一种由微米级与纳米级的突起和凹陷组合形成的粗糙表面疏水材料。其中,激光器发射光线的的单脉冲能量密度为0.01～20J/cm～(2)。该新型高分子材料表面平整、均匀,具有疏水性能,其水滴接触角为100°～126°。本发明提供的新型高分子材料可应用于空调接水盘中,能够真正实现空调接水盘的自清洁。(The invention provides a novel high polymer material and an air conditioner water pan prepared from the material, belongs to the technical field of high polymer hydrophobic materials, and can solve the technical problems of dust accumulation and microorganism enrichment caused by the fact that condensed water cannot be discharged out of an air conditioner in time in the conventional air conditioner water pan. The material is a rough surface hydrophobic material formed by combining micro-scale and nano-scale protrusions and depressions after the light emitted by a laser is etched on the surface of common plastic. Wherein the single pulse energy density of the laser emitting light is 0.01-20J/cm 2 . The novel polymer material has a flat and uniform surface and hydrophobic property, and the contact angle of water drops is 100-126 degrees. The novel high polymer material provided by the invention can be applied to the water pan of the air conditioner, and can really realize self-cleaning of the water pan of the air conditioner.)
技术领域
本发明涉及一种新型高分子材料，尤其涉及一种具有疏水性能的新型高分子材料，及利用该材料制得的空调接水盘。
背景技术
在空调组件中，接水盘用于承接换热器器落下的冷凝水，并将冷凝水排出空调。行业内现用的接水盘无法将冷凝水及时排出空调外，极易造成灰尘的积累，导致微生物的富集，进而影响生活环境质量，损害人体健康。如果空调接水盘能具有自清洁功能，就能够解决灰尘堆积和微生物富集的问题，生活环境也能得到保障。
但是，目前空调的清洁方案多为空调蒸发器、冷凝器的双清洁技术方案，而针对接水盘的处理主要集中在防漏水、降噪等方面，对接水盘的清洁问题没有切实的解决方案。因此，开发出一种具有清洁能力的新型材料并利用该材料制备空调接水盘是十分必要的。
发明内容
本发明针对现有技术难以解决空调接水盘自清洁的问题，提出一种具有超强疏水性能的新型高分子材料及利用该材料制得的空调接水盘。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
新型高分子材料，所述新型高分子材料是通过激光器发射光线在普通塑料表面进行刻蚀后，得到的一种由微米级与纳米级的突起和凹陷组合形成的粗糙表面疏水材料；
所述激光器发射光线的的单脉冲能量密度为0.01～20J/cm2。
作为优选，所述激光器发射光线的激光型包括：连续激光型、纳秒脉冲激光型、皮秒脉冲激光型或飞秒脉冲激光型。
作为优选，所述激光器发射光线的单脉冲能量密度为0.02～0.20J/cm2。
作为优选，所述激光器发射光线的波长范围是190nm～10.6μm。
作为优选，所述激光器发射光线的波长范围是200nm～1.5μm。
作为优选，所述普通塑料选自ABS塑料、ASA塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚中的至少一种。
作为优选，上述任一技术方案所述的新型高分子材料表面平整、均匀，具有疏水性能，其水滴接触角为100°～126°。
本发明提供了一种空调接水盘，是利用上述任一项技术方案所述的新型高分子材料为主要原料制得的空调接水盘。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供了一种新型高分子材料，该材料是利用激光器发出光线刻蚀普通塑料，通过研究光线能量密度与塑料表面疏水性能的关系，最终制得一种具有微纳米粗糙表面结构的塑料，增大了材料的表面空气接触面积，减少固液接触面积，最终达到疏水性能以实现自清洁的效果。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的光刻蚀工艺原理图；
图2为本发明实施例所提供的疏水模型示意图；
图3为本发明实施例所提供的新型高分子材料的粗糙表面疏水结构示意图，其中包括；
图4为本发明实施例所提供的新型高分子材料的粗糙表面电镜图。
以上图中：1、纳米绒毛；2、水珠；3、纳米蜡质晶体；4、微米乳突。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种新型高分子材料，所述新型高分子材料是通过激光器发射光线在普通塑料表面进行刻蚀后，得到的一种由微米级与纳米级的突起和凹陷组合形成的粗糙表面疏水材料；
所述激光器发射光线的的单脉冲能量密度为0.01～20J/cm2。
在上述实施例中提到的新型高分子材料是利用激光器发出光线在塑料表面形成的微纳米粗糙结构，该结构增大了表面空气接触面积，减少了固液接触面积，最终达到超强疏水性能。
此外，还需要进一步说明的是，本发明在使用激光器进行塑料表面光刻蚀处理时，单脉冲能量密度的选择是十分重要的。本发明将单脉冲能量密度限定在0.01～20J/cm2的原因在于：如能量密度超过该范围，由于能量密度过大，将会灼烧塑料，进而破坏塑料本身的结构；如能量密度过低，经光刻蚀处理后的材料无法产生预期的疏水效果，因此对能量密度的选择是十分必要的。其中，上述单脉冲能量密度可选取0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.12、0.14、0.16、0.18、0.20、0.40、0.60、0.80、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0J/cm2或上述限定范围内的任一数值，均落在本发明的保护范围之内。
在一优选实施例中，所述激光器发射光线的激光型包括：连续激光型、纳秒脉冲激光型、皮秒脉冲激光型或飞秒脉冲激光型。
在一优选实施例中，所述激光器发射光线的单脉冲能量密度为0.02～0.20J/cm2。
在一优选实施例中，所述激光器发射光线的波长范围是190nm～10.6μm。
在一优选实施例中，所述激光器发射光线的波长范围是200nm～1.5μm。
在上述优选实施例中，激光器发射光线的波长范围可选取190、200、250、300、400、500、600、700、800、900、1000nm或上述限定范围内的任一数值，均落在本发明的保护范围之内。此外，将激光器发射光线的波长限定在上述范围内的原因在于：当波长低于190nm时，光线的穿透能力差，难以到达待处理塑料基材；当波长大于10.6μm时，光线的能量过低，难以被材料吸收。
在一优选实施例中，所述普通塑料选自ABS塑料、ASA塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚中的至少一种。
在一优选实施例中，上述任一优选实施例所述的新型高分子材料表面平整、均匀，具有疏水性能，其水滴接触角为100°～126°。
本发明实施例还提供了一种空调接水盘，是利用上述任一项优选实施例所述的新型高分子材料为主要原料制得的空调接水盘。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的新型高分子材料及利用该材料制得的空调接水盘，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
本实施例提供了一种新型高分子材料，其制备方法具体为：
·原料选择：聚苯乙烯(PS)；
·处理条件：纳秒脉冲激光(波长＝250nm)，发射光线的单脉冲能量密度为0.02～0.14J/cm2；
·处理方法：
利用波长为250nm的纳秒脉冲激光刻蚀改性聚苯乙烯，得到了一种具有超强疏水性能的新型高分子材料；同时也分析了能量密度在0.02～0.14J/cm2范围内时，聚苯乙烯表面疏水性随能量密度的变化关系，结果如下表所示：
表1激光能量密度与材料表面疏水性变化统计
由上表可知，随着能量密度的不断增加，在聚苯乙烯表面形成的微观峰结构的尺寸和间距均有所增大，接触角也逐渐增大。当激光能量密度达到0.07J/cm2时，聚苯乙烯表面的水接触角最大，可达到126°，而与未改性的聚苯乙烯材料相比(疏水角约为84°)，改性后的聚苯乙烯材料疏水性能大幅提升。
实施例2
本实施例提供了一种新型高分子材料，其制备方法具体为：
·原料选择：聚苯乙烯(PS)；
·处理条件：纳秒脉冲激光(波长＝800nm)，发射光线的单脉冲能量密度为0.04～0.20J/cm2；
·处理方法：
利用波长为800nm的飞秒激光光刻蚀改性聚苯乙烯，得到了一种具有超强疏水性能的新型高分子材料；同时也分析了能量密度在0.04～0.20J/cm2范围内，聚苯乙烯表面疏水性随能量密度的变化关系，结果如下表所示：
表2激光能量密度与材料表面疏水性变化统计
激光波长(nm)
激光能量密度(J/cm<sup>2</sup>)
水滴接触角/°
800
0
84
800
0.04
89
800
0.08
95
800
0.12
103
800
0.16
92
800
0.20
86
随着能量密度的增加，在聚苯乙烯表面形成微观峰结构的尺寸和间距均有所增大，接触角也逐渐增大，当激光能量密度达到0.12J/cm2时，聚苯乙烯表面的水接触角最大，可以达到103°。而与未改性的聚苯乙烯相比(疏水角约84°)，疏水性能得到明显提升，液滴更不易在表面停留。
实施例3
本实施例提供了一种新型高分子材料，其制备方法具体为：
·原料选择：ABS塑料；
·处理条件：纳秒脉冲激光(波长＝250nm)，发射光线的单脉冲能量密度为0.02～0.14J/cm2；
·处理方法：
利用波长为250nm的纳秒脉冲激光刻蚀改性ABS，得到了一种具有超强疏水性能的新型高分子材料；同时也分析了能量密度在0.02～0.14J/cm2范围内时，ABS表面疏水性随能量密度的变化关系，结果如下表所示：
表3激光能量密度与材料表面疏水性变化统计
激光波长(nm)
激光能量密度(J/cm<sup>2</sup>)
水滴接触角/°
250
0
82
250
0.02
89
250
0.05
119
250
0.07
108
250
0.10
96
250
0.12
85
由上表可知，随着能量密度的不断增加，在ABS表面的水滴接触角也逐渐增大；当激光能量密度达到0.05J/cm2时，ABS表面的水接触角最大，可达到119°，而与未改性的ABS材料相比(疏水角约为82°)，改性后的ABS材料疏水性能大幅提升。
对比例1
本对比例提供了一种新型高分子材料，其制备方法具体为：
·原料选择：聚苯乙烯(PS)；
·处理条件：纳秒脉冲激光(波长＝800nm)，发射光线的单脉冲能量密度为0.0005J/cm2；
·处理方法：
利用波长为800nm的飞秒激光光刻蚀改性聚苯乙烯，水滴接触角仍然为84°，处理前后无明显变化。
对比例2
本对比例提供了一种新型高分子材料，其制备方法具体为：
·原料选择：聚苯乙烯(PS)；
·实验条件：纳秒脉冲激光(波长＝800nm)，发射光线的单脉冲能量密度为21J/cm2；
·处理方法：
利用波长为800nm的飞秒激光光刻蚀改性聚苯乙烯，聚苯乙烯表面出现肉眼可见的蚀坑，材料被破坏，水滴易在材料凹坑残留。
由上述实施例与对比例所示的疏水性能测试结果可知，对比例1提供了一种新型高分子材料的制备方法，其中发射光线的单脉冲能量密度为0.0005J/cm2，所得材料的疏水效果差(水滴接触角为84°)，处理前后并无差别；对比例2提供了一种新型高分子材料的制备方法，其中发射光线的单脉冲能量密度为21J/cm2，导致材料被破坏，表面出现了肉眼可见的蚀坑，水滴易在材料凹坑残留，难以起到疏水效果。而实施例1-3均提供了一种新型高分子材料的制备方法，其激光能量密度、波长等参数均在本发明所限定的范围之内，最终所得材料的水滴接触角约为100°～126°，疏水效果佳。
此外，还需补充的是，虽然本发明实施例中仅选用了聚苯乙烯和ABS塑料两种塑料基材进行高分子材料的制备，但在实际应用时所选基材不仅局限于此，其它材料如ASA塑料、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚等均可，所得材料也均具有良好的疏水效果。
由此可见，本发明提供的新型高分子材料具有较好的疏水性能，且该材料在空调接水盘领域具有十分广阔的应用前景，能有效解决空调接水盘的自清洁问题。
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