CN113334956A - 静电射流柔性转移印刷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于印刷技术领域，具体涉及一种静电射流柔性转移印刷方法。即利用静电射流制备结构可控柔性承印物的同时，实现基底图案的转移印刷。本发明的方法可实现但不限于抗腐蚀、透气、柔性的异质图案化纳米纤维膜材料的制备、荧光图案的印刷。静电射流柔性转移印刷方法工艺简单、成本低。
Description
技术领域
本发明属于印刷技术领域，具体涉及一种静电射流柔性转移印刷方法。
背景技术
柔性转移印刷技术指利用柔性图章，将基底上的图案转移到柔性承印物的过程。柔性转移印刷技术在现代个性化、智能化复合材料制备方面有着广泛的应用。目前，人们用到的图章材料包括聚二甲基硅氧烷、柔性胶带等，柔性承印物包括纸张、织物、PET等。传统转印技术，通常是基于结构既定的柔性承印物材料，很难实现对承印物结构的设计和调控。
随着纳米纤维膜等新型材料的迅速发展，采用静电射流原理制备多孔微/纳米膜材料成为研究热点之一。静电射流过程中，在高分子聚合物液喷头与接收器间建立一个高压静电场，当电场的强度超过临界值时，喷头处流出的聚合物液或熔体在电场力作用下克服自身的表面张力而形成一股带电喷射细流。在静电排斥作用下，带电射流会发生高速弯曲或鞭动，并随着溶剂的挥发或熔体的冷却，最终落在接收器上形成柔性多孔微/纳米纤维膜或具有高比表面积的粒子簇。根据射流在接收器上形成的产物形貌的区别，可将静电射流分为静电喷雾(简称电喷)和静电纺丝(简称电纺)两种形式。电喷或电纺通过聚合物液、静电射流设备的工艺参数及环境控制等多方面的协同调控和参数设计，能便捷实现柔性膜材料的低成本、高度可控制备。在一些实际应用中或出于器件组装的需要，需对膜材料进行图案化设计。目前，对电纺纤维膜的同质图案化的研究比较多，通常是采用化学刻蚀、光刻胶或设计特殊的接收器等方法制备。当前对电纺纤维进行异质图案化方面的研究较少。比如，中科院北京纳米能源与***研究所李从举研究员和胥伟华研究员课题组结合丝网印刷，制备了阵列化的纳米纤维透气型压力传感器（Yang W, Li N, Zhao S, 等. AdvancedMaterials Technologies. 2017, 3）。Hu等通过光刻设备将电纺纳米纤维毡制成了具有亲水区和疏水区的图案化印版，水性油墨可选择性地透过亲水性图案区，据此在超薄的电纺纳米纤维毡上构筑了pH传感器和葡萄糖传感器（Hu H, Buddingh J, Wang Z,等. Journalof Materials Chemistry C. 2018, 6:808-813）。此外，Yuan等采用喷墨打印直接在电纺纤维上打印水，实现了彩色图案、各种字母及快速反应代码的灵活地设计与印刷制备（YuanS, Meng W, Du A,等. Chinese Journal of Polymer Science. 2019, 37:729-736）。
上述这些异质图案化方法对开发基于电纺纤维的功能复合材料和器件有重要意义。然而，电纺技术结合上述图案化方法都需要配备额外的设备，光刻工艺也十分复杂，设备成本及其昂贵，丝网印刷还需要特制的模板。因此传统柔性转移印刷技术，存在承印物结构固定、材料选择受限的缺点。实现柔性薄膜材料的低成本、异质图案化设计是一个挑战，具有重要研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的柔性印刷方法，利用静电射流制备结构可高度调控柔性承印膜的同时，实现基底图案的柔性转移印刷。本技术方案制备过程简便、成本低，在图案化功能薄膜、功能及特种印刷、柔性电子器件、气体传感器、能源器件等方面有着广泛的应用前景。
为实现上述目的，采取以下技术方案：
一种静电射流柔性转移印刷方法，具体是利用基底/图案/承印物多相界面沾湿、浸润、粘附、吸附或扩散作用，实现图案从基底到柔性承印膜的转移印刷。
进一步，所述静电射流柔性转移印刷方法包括如下步骤:
（1）在基底上制备墨水图案；
（2）将墨水图案干燥；
（3）用静电喷雾或静电纺丝或二者联用的方法在基底图案上沉积柔性承印膜；
（4）将所述柔性承印膜与基底分开，基底图案即被转印到承印膜上。
所述墨水图案为采用色素或功能物质溶液或悬浊液制备；
其中，功能物质为荧光物质、磁性颗粒、导电物质、生物高分子、活性分子、微纳米粒子或团簇中的任意一种；
其中，所述墨水图案的在基底上的制备方法包括但不限于手工书写或绘画，写字机写，毛笔刷或滴注。
其中，所述承印膜采用有机高分子、聚合物溶液或混悬液中的任意一种或几种作为原料制备得到。
其中，将所述承印膜与基底分离，包括但不限于自分离，揭开，撕开，或者吸走方式。
本发明所述静电射流柔性转移印刷基本原理如图1所示。
同现有技术相比较，本发明的显著技术效果在于：
（1）本发明静电射流柔性转移印刷可进行但不限于抗腐蚀、透气、柔性的异质图案化柔性复合膜材料的制备、荧光图案的印刷。静电射流柔性转移印刷工艺简单、成本低。
（2）本发明利用静电射流制备结构可控柔性承印物的同时，实现基底图案的转移印刷，能实现柔性膜材料的异质图案化、个性化可控制备，在图案化功能薄膜、功能及特种印刷、柔性电子器件、气体传感器、能源器件等方面有着广泛的应用前景。
（3）本发明方法可转移具有不同物化性质的墨水并存的图案，为满足不同的应用要求提供更广阔的空间。
附图说明
图1 静电射流柔性转移印刷基本原理图。
图2 静电喷雾聚偏氟乙烯柔性承印膜。
图3 印刷的复杂图案及其卷曲图。
图4 印刷的交叉线条图案。
图5 印刷品腐蚀前后形貌变化图。
图6 电喷-电纺联用印刷彩色图案。
图7 静电纺丝聚偏氟乙烯柔性承印膜。
图8 印刷荧光图案。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1 静电喷雾图案化柔性多孔薄膜
结合图1的静电射流柔性转移印刷基本原理图，制备步骤如下：
（1）采用水性墨水笔在铝箔基底表面通过写字机绘制预设图案。
（2）将基底图案置于60摄氏度烘箱中干燥2h，使墨水溶剂挥干。
（3）以N,N-二甲基乙酰胺DMAC /丙酮为溶剂，配制低浓度聚偏氟乙烯（PVDF，分子量60万至150万）溶液。用静电喷雾的方法在干燥后的图案上沉积的PVDF承印膜。上述承印膜实物图如图2所示。
（4）将承印膜与基底分离，基底图案被转移到承印膜上，得到图案化柔性薄膜印刷品。图3为印刷的复杂图案及其卷曲照片，显示了印刷品的优良柔性。图4为印刷的交叉线条图案，膜厚度可低至12微米。印刷品的耐腐蚀性能通过全浸泡腐蚀试验进行考察，包括浸泡100g/L的NaCl溶液、1M的HCl溶液及1M的NaOH溶液。通过显微镜观察腐蚀前及腐蚀7d后印刷品表面形貌的变化。实验结果如图5所示，可以看出印刷字母的线条经酸、碱、盐腐蚀后形貌均未发生明显变化，说明静电射流柔性转移印刷品具有优异的耐腐蚀性能。
实施例2：电喷-电纺联合印刷不同物化性质的墨水并存的图案
结合图1的静电射流柔性转移印刷基本原理图，制备步骤如下：
（1）采用市售黑色记号笔（醇溶性色素墨水）在铝箔基底表面绘制花瓣的轮廓，用市售粉色水彩笔（水性色素墨水）对花瓣进填充上色，用市售蓝色及黄色水彩笔（水性色素墨水）对花心部位填充涂色。
（2）将基底图案置于60摄氏度烘箱中干燥2h，使墨水溶剂挥干。
（3）以DMAC /丙酮为溶剂，配制低浓度和高浓度PVDF溶液。使用低浓度PVDF溶液通过静电喷雾的方法在基底图案上沉积的一层承印膜，接着用高浓度PVDF溶液，即转换成静电纺丝的方式继续沉积PVDF承印膜。
（4）将PVDF承印膜与基底分离，基底图案被转移到承印膜上，如图6所示，得到具有彩色图案的柔性薄膜印刷品。
实施例3：印刷荧光图案
（1）用荧光笔在铝箔基底表面绘制图案；
（2）用静电纺丝的方法在图案上沉积PVDF多孔承印膜。
（3）将承印膜与基底分离，基底上的图案即被转移到承印膜上，得到印刷荧光图案。图7显示了上述柔性多孔承印膜的实物图及表面扫描电镜图。图8显示了在上述柔性多孔承印膜上印刷的蝴蝶图案在紫外灯下的显色情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (4)
1.一种静电射流柔性转移印刷方法，其特征在于，利用静电射流，即静电纺丝或静电喷雾，实现基底图案在柔性承印膜上的印刷；所述柔性转移印刷方法包括如下步骤:
（1）在基底上制备墨水图案；
（2）将墨水图案干燥；
（3）用静电喷雾或静电纺丝或二者联用的方法在基底图案上沉积柔性承印膜；
（4）将所述柔性承印膜与基底分开，基底图案即被转印到承印膜上。
2.如权利要求1所述静电射流柔性转移印刷方法，其特征在于，墨水图案为采用色素或功能物质溶液或悬浊液制备。
3.如权利要求2所述静电射流柔性转移印刷方法，其特征在于，功能物质为荧光物质、磁性颗粒、导电物质、生物高分子、活性分子、微纳米粒子或团簇中的任意一种。
4.如权利要求1所述静电射流柔性转移印刷方法，其特征在于，所述柔性承印膜采用有机高分子、聚合物溶液、混悬液中的任意一种或几种作为原料制备得到。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |
|
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