CN102311672B

CN102311672B - 一种超疏水导电涂层及其加工方法

Info

Publication number: CN102311672B
Application number: CN 201110278149
Authority: CN
Inventors: 杨得全
Original assignee: WUXI SHUNYE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shang Meng Technology Wuxi Co., Ltd.
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-09-16
Also published as: CN102311672A

Abstract

本发明提出了一种超疏水导电涂层及其加工方法，通过应用纳米管材料和聚合物(包括橡胶及其树脂等)特殊设计，加工成具有可调水接触特性，可在如电磁屏蔽装置或者建筑防静电电磁屏蔽防护的导电场合应用的纳米涂层。将纳米管直接分散在有机溶剂中后喷涂在工件表面形成涂层，再将高分子材料喷涂在涂层表面以固定纳米管涂层后而制成。这种涂层的水接触性能可以通过纳米管相对于聚合物的比例来调整，这种涂层的水接触性能也可以通过紫外臭氧处理而改变，并且，通过控制紫外臭氧的处理时间可以获得自恢复超疏水特性的表面，起到水接触特性的开关作用。

Description

一种超疏水导电涂层及其加工方法

技术领域

本发明属于涂层领域，更具体涉及一种可调超疏水到超亲水的导电涂层以及加工这种涂层的方法。

背景技术

目前超疏水处理多用氟化物或者纳米结构的聚合物经过特殊处理获得。这些超疏水的涂层一般不能导电，不能在导电应用的场合使用。虽然最近有报道用TiO₂纳米线处理(电化学处理)或者碳纳米管(或者TiO2)外加表面氟化处理，得到超疏水的表面，但这种方法的应用也有限制，主要的限制是(1)表面能够应用于导电金属表面；(2)电化学处理能够形成纳米线或者纳米管结构；(3)表面氟化处理。而且一般的全氟分子处理后直接影响了它的导电性，除非用非常昂贵的nafion(杜邦公司商业名称，为一种全氟化高分子聚合物磺酸盐阳离子交换剂)处理。所以对于工业应用来说这些都是不利的因素。

还有一种利用垂直生长的碳纳米管(多壁或者单壁)直接获得超疏水特性，这种垂直生长的碳纳米管是用化学相沉积在含有催化剂(如镍或铁等)表面。很显然，垂直生长的碳纳米管虽然具有很好的超疏水特性，但存在如下缺点：(1)由于是垂直生长，所以横向导电性很差；(2)生产成本很高，一般很难直接大面积的生长垂直平行排列的碳纳米管。

发明内容

本发明针对上述技术存在的不足之处，提供了一种可在导电场合应用而不受到限制的可调超疏水到超亲水的导电涂层技术，并提供该导电涂层的加工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超疏水导电涂层，由纳米管和聚合物制成，所述涂层的超疏水接触性能通过纳米管相对于聚合物的比例进行调整。

优选的，所述涂层的表观厚度在30-60微米之间，所述涂层对水的接触角在150度以上，所述涂层的方块电阻可达100欧姆。

优选的，所述纳米管具有导电性，使所述涂层用于导电应用的场合。

优选的，所述纳米管材料为碳纳米材料，浓度为0.1-5％。

优选的，所述聚合物为橡胶及其树脂，浓度为0-5％。

优选的，所述涂层对水接触性能的调整通过调制碳纳米管相对于聚合物的比例来实现，所述涂层疏水性的提高通过增加碳纳米管相对于聚合物的比例来实现，所述涂层亲水性的提高通过降低碳纳米管相对于聚合物的比例来实现。

优选的，所述涂层表面通过增加碳纳米管相对于聚合物的比例调整为水接触角大于150度的类“荷叶”结构，形成具有自清洁作用的超疏水特性。

优选的，将纳米管直接分散在有机溶剂中后喷涂在工件表面形成薄层，再将高分子材料喷涂在薄层表面，以固定纳米管薄层。

一种超疏水导电涂层的加工方法，所述涂层对水接触性能通过紫外臭氧辐照处理时间来调整。

优选的，所述涂层对水接触性能通过紫外臭氧辐照处理时间来调整。

本发明采用纳米管材料和聚合物(包括橡胶及其树脂等)制成超疏水的导电涂层，这种涂层的水接触性能可以通过纳米管相对于聚合物的比例来调整，当碳纳米管相对于聚合物的比例较大时，向超疏水方向发展，当碳纳米管相对于聚合物的比例较小时，向减小接触角的方向发展，但最小的接触角不会小于纯粹高分子材料的接触角。另外，这种涂层的接触性能还可以通过紫外臭氧辐照处理时间来调整，通过控制处理时间可获得从超疏水(静态水接触角小于10度)到超亲水(静态水接触角大于150度)的表面特性，这种特性可以是永久的，也可以是短期行为，对水接触性能具有开关作用。

附图说明

图1是0.3％的碳纳米管和0.3％的聚异戊二烯的涂层断面电镜照片；

图2是0.3％的碳纳米管和0.3％的丁基橡胶在玻璃上的涂层俯视图；

图3是碳纳米管的相对浓度的变化对水接触角和滚动角的影响。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将浓度为0.3％的碳钠米管直接分散在酒精中后直接喷涂于工件表面，然后用浓度为0.3％聚异戊二烯再喷涂到已经喷涂好的碳纳米管上面，对其进行固化，制成超疏水的纳米涂层。图1为该涂层断面电镜照片，其静态水接触角为160度，滑动角约为3度，表面方块电阻为110欧姆。在图1中，左图为涂层的截面的低分辨情况，右图是表面形貌的高倍图像。对涂层表面进行紫外臭氧处理，发现短时间(如7分钟)的处理，得到涂层表面的水接触角由160度下降为100度，但3日后又恢复为152度，仍然具有超疏水特性。而对涂层表面处理时间15分钟后，静态水接触角下降为10度，变为完全亲水。X-射线光电子谱(XPS)的测试结果说明，辐照处理导致水接触角减小是由于碳纳米管部分氧化的缘故。1周后甚至1个月后接触角为100度，失去超疏水作用。所以，紫外臭氧处理具有改变表面水接触的开关作用。

实施例2

将浓度为0.3％的碳钠米管直接分散在酒精中后直接喷涂于工件表面，然后用浓度为0.3％丁基橡胶再喷涂到已经喷涂好的碳纳米管上面，对其进行固化，制成超疏水的纳米涂层。图2为该涂层在玻璃上的俯视图。在图2中，左图为涂层表面，右图为涂层表面滴上水滴后的俯视图(水滴大小约35微升)。涂层表面的水静态接触角为158度，滑动角为3度，薄层为半透明状态，表面方块电阻为150欧姆。制成涂层时所采用的碳纳米管中的纳米结构，结合团聚的纳米管形成的微米结构，形成三维的“荷叶”结构导致涂层的超疏水特性，而纳米管的导电性则提供了导电性能，这使得多孔的碳纳米管不但具有超疏水特性，而且具有导电性能。丁基橡胶作为粘结剂，很好的联接碳纳米管，提高纳米管的机械强度。

实施例3

图3表示了碳纳米管浓度(相对于高分子材料)对水接触特性和滚动角的影响。当纳米涂层中不含有碳纳米管时，涂层的水接触角为90度，滚动角为50度，此时，纳米涂层的表面处于润湿与否的分界线状态，随着碳纳米管浓度的提高，纳米涂层表面的水接触角在不断的提高，同时滚动角在不断的下降，当碳纳米管浓度为86％，纳米涂层的水接触角为160度，滚动角接近0度，此时纳米涂层具有超疏水的特性。

实施例4

将超声分散好的0.1％的碳纳米管喷涂于工件表面，室温干燥1个小时后，再喷涂0.2％的环氧树脂，室温下干燥6个小时，制成涂层，测试其涂层的方块电阻为325欧姆，静态水接触角为165度。

实施例5

将超声分散好的0.1％的碳纳米管喷涂于工件表面，室温干燥1个小时后，再喷涂3.5％的环氧树脂，室温下干燥6个小时，制成涂层，测试其涂层的方块电阻为375欧姆，静态水接触角为153度。

实施例6

将超声分散的3.0％的碳纳米管分散液直接喷涂于工件表面，室温干燥1个小时，再喷涂0.2％环氧树脂，室温下干燥6个小时，制成涂层，测试其涂层的方块电阻110欧姆，静态水接触角在170度。

实施例7

将超声分散的3.0％的碳纳米管分散液直接喷涂于工件表面，室温干燥1个小时，再喷涂4.0％环氧树脂，室温下干燥6个小时，制成涂层，测试其涂层的方块电阻130欧姆，静态水接触角为152度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超疏水导电涂层的制备方法，其特征在于，先将碳纳米管直接分散在有机溶剂中后喷涂在工件表面形成薄层，再将高分子材料喷涂在薄层表面以固定碳纳米管薄层，从而得到超疏水导电涂层，最后，通过紫外臭氧辐照处理的时间来调整涂层对水接触性能；

所述的有机溶剂是酒精，所述的高分子材料是聚异戊二烯，所述的碳纳米管分散在有机溶剂中后的浓度为0.3%，所述的高分子材料的浓度为0.3%，所述的涂层对水的静态接触角为160度、滑动角为3度，所述的涂层的表面方块电阻为110欧姆。

2.一种超疏水导电涂层的制备方法，其特征在于，先将碳纳米管直接分散在有机溶剂中后喷涂在工件表面形成薄层，再将高分子材料喷涂在薄层表面以固定碳纳米管薄层，从而得到超疏水导电涂层，最后，通过紫外臭氧辐照处理的时间来调整涂层对水接触性能；

所述的有机溶剂是酒精，所述的高分子材料是丁基橡胶，所述的碳纳米管分散在有机溶剂中后的浓度为0.3%，所述的高分子材料的浓度为0.3%，所述的涂层对水的静态接触角为158度、滑动角为3度，所述的涂层的表面方块电阻为150欧姆。