Технології та інжиніринг
Технології та інжиніринг
ISSN 2786-5371 e-ISSN 2786-538X
DOI: 10.30857/2786-5371
Подати статтю

Стаття

Завантажити статтю

Формування мікротекстур полімерних поверхонь методом переносу з металевих шаблонів

Олексій Миронюк, Денис Баклан, Анна Білоусова, Володимир Страшенко

Отримано 02.05.2025, Доопрацьовано 25.08.2025, Прийнято 17.09.2025

Анотація

Масштабування технологій створення рельєфних поверхонь з контрольованими властивостями змочування є актуальним завданням для розвитку функціональних полімерних матеріалів. Існує необхідність вивчення закономірностей перенесення мікро- та нанотекстур з металевих шаблонів на полімерні підкладки. Метою роботи було визначення впливу методу реплікації та властивостей полімеру на точність відтворення рельєфу та формування водовідштовхувальних характеристик поверхні. Для цього було використано три методи реплікації: отримання полікарбонатної плівки з розчину, реакційне формування з використанням еластомеру полідиметилсилоксану та термоформування поліетиленових плівок. Отримані негативні копії використовували як проміжні форми (полікарбонат) для створення позитивних реплік з поліетилену та полісилоксану. Гідрофобність матеріалів оцінювали шляхом вимірювання кутів контакту в напрямках, паралельних і перпендикулярних до орієнтації текстури. Результати показали, що всі методи забезпечують відтворення періодичних структур. Однак рівень точності залежить від в’язкості середовища та температурних умов, причому найнижчий рівень точності спостерігається для полікарбонату, а найвищий – для поліетилену. Полікарбонатні негативи характеризувалися високою деталізацією мікродефектів (до 5  мкм), тоді як поліетиленові плівки демонстрували згладжування рельєфу. Силіконові позитиви найбільш повно зберігають геометрію оригінальних текстур з дефектами. Дослідження гідрофобності поверхні показало значне збільшення кутів контакту на структурованих поверхнях порівняно з гладкими, особливо при паралельній орієнтації. Максимальні кути контакту досягали 140  °C для полісилоксану і 139 °C для поліетиленових реплік структури з регулярними канавками. Практична цінність роботи полягала у визначенні оптимальних матеріалів і методів для створення полімерних поверхонь з підвищеною водовідштовхувальною здатністю. Полікарбонат підходить для використання як проміжний матеріал для точного копіювання текстури, тоді як силікон і поліетилен мають потенціал для використання як функціональні поверхні в захисних покриттях і пористих поверхнях, просочених рідиною


Ключові слова:

кут змочування; полікарбонат; силікон; поліетилен; гідрофобність

https://doi.org/10.30857/2786-5371.2025.4.4

Взято з Т. 26, № 4, 2025

Сторінки 44-53

Використані джерела ЦИТУВАТИ

Використані джерела

  1. Adera, S., Naworski, L., Davitt, A., Mandsberg, N.K., Shneidman, A.V., Alvarenga, J., & Aizenberg, J. (2021). Enhanced condensation heat transfer using porous silica inverse opal coatings on copper tubes. Scientific Reports, 11, article number 10675. doi: 10.1038/s41598-021-90015-x.
  2. Bai, J., Wang, X., Zhang, M., Yang, Z., & Zhang, J. (2024). Turning non-sticking surface into sticky surface: Correlation between surface topography and contact angle hysteresis. Materials, 17(9), article number 2006. doi: 10.3390/ma17092006.
  3. Basile, V., Modica, F., Surace, R., & Fassi, I. (2022). Micro-texturing of molds via Stereolithography for the fabrication of medical components. Procedia CIRP, 110, 93-98. doi: 10.1016/j.procir.2022.06.019.
  4. Bonse, J., Kirner, S.V., & Krüger, J. (2021). Laser-induced periodic surface structures (LIPSS). In K. Sugioka (Ed.), Handbook of laser micro- and nano-engineering (pp. 879-936). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-63647-0_17.
  5. Cai, Q., Xu, J., Yu, Z., Dong, L., Li, J., Lian, Z., & Yu, H. (2023). Fabrication of slippery liquid-infused porous surfaces on magnesium alloys with durable anti-corrosion and anti-tribocorrosion properties. Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects, 670, article number 131549. doi: 10.1016/j.colsurfa.2023.131549.
  6. Chatenet, Y.B., & Valette, S. (2024). Elucidating the lotus and rose-petal effects on hierarchical surfaces: Study of the effect of topographical scales on the contact angle hysteresis. Journal of Colloid and Interface Science, 676, 355-367. doi: 10.1016/j.jcis.2024.07.114.
  7. Du, B., Zhou, X., Li, Q., Liu, J., Liu, Y., Zeng, X., Cheng, X., & Hu, H. (2023). Surface treat method to improve the adhesion between stainless steel and resin: A review. ACS Omega, 8(43), 39984-40004. doi: 10.1021/acsomega.3c05728.
  8. Etim, I.N., Zhang, R., Wang, C., Khan, S., Mathivanan, K., & Duan, J. (2025). New insights on slippery lubricant-infused porous surfaces technique in mitigating microbial corrosion. Npj Materials Degradation, 9, article number 34. doi: 10.1038/s41529-025-00581-y.
  9. Gao, P., MacKay, I., Gruber, A., Krantz, J., Piccolo, L., Lucchetta, G., Pelaccia, R., Orazi, L., & Masato, D. (2023). Wetting characteristics of laser-ablated hierarchical textures replicated by micro injection molding. Micromachines, 14(4), article number 863. doi: 10.3390/mi14040863.
  10. Krantz, J., Caiado, A., Piccolo, L., Gao, P., Sorgato, M., Lucchetta, G., & Masato, D. (2022). Dynamic wetting characteristics of submicron‐structured injection molded parts. Polymer Engineering and Science, 62(7), 2093-2101. doi: 10.1002/pen.25983.
  11. Legrand, Q., Benayoun, S., & Valette, S. (2022). Quantification and modeling of anisotropic wetting of textured surfaces. Applied Surface Science, 611(B), article number 155606. doi: 10.1016/j.apsusc.2022.155606.
  12. Lysenkov, E., & Strutkyi, O. (2022). Electrical properties of polymer nanocomposites based on polyethylene oxide and silver nanoparticles in the area of low filler concentrations. Bulletin of Cherkasy State Technological University, 27(3), 94-101. doi: 10.24025/2306-4412.3.2022.262507.
  13. Ma, D., Liu, Z., Li, Y., & Luo, L. (2024). Experiment of droplet anisotropic wetting behavior on micro-grooved PDMS membranes. Scientific Reports, 14, article number 28011. doi: 10.1038/s41598-024-78681-z.
  14. Masato, D., Piccolo, L., Lucchetta, G., & Sorgato, M. (2022). Texturing technologies for plastics injection molding: A review. Micromachines, 13(8), article number 1211. doi: 10.3390/mi13081211.
  15. McHale, G., Ledesma-Aguilar, R., & Neto, C. (2023). Cassie’s law reformulated: Composite surfaces from superspreading to superhydrophobic. Langmuir, 39(31), 11028-11035. doi: 10.1021/acs.langmuir.3c01313.
  16. Meng, Y., Xu, K., Li, S., Cao, H., Chen, C., Wei, Y., Wei, Y., & Tian, J. (2025). Slippery liquid-infused porous surfaces with long-term durable antifouling and anti-corrosion performance via bimodal structure design. Surface and Coatings Technology, 498, article number 131850. doi: 10.1016/j.surfcoat.2025.131850.
  17. Myronyuk, O., Baklan, D., & Rodin, A.M. (2023). UV resistance of super-hydrophobic stainless steel surfaces textured by femtosecond laser pulses. Photonics, 10(9), article number 1005. doi: 10.3390/photonics10091005.
  18. Myronyuk, O., Vanagas, E., Rodin, A.M., & Wesolowski, M. (2024). Estimation of the structure of hydrophobic surfaces using the Cassie-Baxter equation. Materials, 17(17), article number 4322. doi: 10.3390/ma17174322.
  19. Park, I.W., Ribe, J.M., Fernandino, M., & Dorao, C.A. (2023). The criterion of the Cassie-Baxter and Wenzel wetting modes and the effect of elastic substrates on it. Advanced Materials Interfaces, 10(12), article number 2202439. doi: 10.1002/admi.202202439.
  20. Peppou-Chapman, S., Hong, J.K., Waterhouse, A., & Neto, C. (2020). Life and death of liquid-infused surfaces: A review on the choice, analysis and fate of the infused liquid layer. Chemical Society Reviews, 49(11), 3688-3715. doi: 10.1039/d0cs00036a.
  21. Ramos, I., Gonçalves, M., Gonçalves, I.M., Carvalho, V., Fernandes, E., Lima, R., & Pinho, D. (2025). PDMS surface wettability modification and its applications: A systematic review. Journal of Molecular Liquids, 434, article number 127978. doi: 10.1016/j.molliq.2025.127978.
  22. Rungruangkitkrai, N., Phromphen, P., Chartvivatpornchai, N., Srisa, A., Laorenza, Y., Wongphan, P., & Harnkarnsujarit, N. (2024). Water repellent coating in textile, paper and bioplastic polymers: A comprehensive review. Polymers, 16(19), article number 2790. doi: 10.3390/polym16192790.
  23. Sáez-Comet, C., Fontdecaba, E., Cuadrado, N., & Puiggali, J. (2022). Injection molding and characterization of microtextures on polycarbonate using laser textured inserts. Materials and Manufacturing Processes, 38(5), 618-628. doi: 10.1080/10426914.2022.2075888.
  24. Tripathi, D., Ray, P., Singh, A.V., Kishore, V., & Singh, S.L. (2023). Durability of slippery liquid-infused surfaces: Challenges and advances. Coatings, 13(6), article number 1095. doi: 10.3390/coatings13061095.
  25. Xie, H., & Huang, H. (2020). Gradient wetting transition from the Wenzel to robust Cassie-Baxter states along nanopillared cicada wing and underlying mechanism. Journal of Bionic Engineering, 17, 1009-1018. doi: 10.1007/s42235-020-0080-x.

ЦИТУВАТИ

Myronyuk, O., Baklan, D., Bilousova, A., & Strashenko, V. (2025). Development of microtextures on polymer surfaces using the transfer method from metal templates. Technologies and Engineering, 26(4), 44-53. https://doi.org/10.30857/2786-5371.2025.4.4