CN102382366A - 氟化碳改性超疏水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
氟化碳改性超疏水材料，它是由硅橡胶、硫化剂、氟化碳材料、聚丙烯及助剂为原料制备而成、其静态接触角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化剂是TMTD、PDM、过苯甲酸叔丁酯、叔辛基过氧酯中的一种或几种；所述氟化碳材料由碳材料氟化制取得到，所用碳材料是炭黑、活性炭、焦炭、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种；所述助剂是硬脂酸、硬脂酸鎂、硬脂酸锌中的一种或几种。制备方法为：①开炼预混料；②碳材料氟化；③挤出、造粒；④热压、冷压；⑤打磨，去屑。本发明的超疏水材料的超疏水效果显著，同时加工方法简单，具有很好的应用前景。而且产品基体内部和表面具有相同成分，当表面受损后，只要再次打磨，就又可以产生所需要的超疏水表面。
Description
技术领域
本发明涉及应用材料，尤其涉及超疏水材料，具体来说涉及一种表面具有超疏水功能的聚合物材料。
背景技术
超疏水材料由于超疏水表面与水滴的接触面积非常小，且水滴极易从表而滚落，因此，超疏水表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防水、防雾、防霉、防雪、防霜冻、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服装纺织、液体输送、生物医学、日用品与包装、交通运输工具以及微观分析等领域都具有广泛的应用前景。
虽然超疏水现象很早就被人关注，制备方法也层出不穷，申请中国专利的有ZL200610011418.8 号《利用软模板和紫外光固化技术制备表面超疏水材料的方法》、201010562917.2号《铜锌合金基超疏水材料的制备方法》和201010605599.3号《金属基超疏水材料的制备方法》。但是，其实际应用一直受到很多限制，没有实际性进展。
目前报道的超疏水表面的制备方法大多需用到特殊的设备和价格昂贵的氟硅化合物，不适于制备大面积超疏水表面涂层。从实际应用角度考虑，现在的超疏水表面的强度和持久性差，使得这种表面在许多场合的应用受到限制，表面的微结构也因机械强度差而易被外力破坏，导致超疏水性的丧失。
由于现在世界范围内低碳环保的趋势，迫切需要开发简单可行、环保经济的超疏水材料的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氟化碳改性超疏水材料，它不仅具有良好的超疏水效果，而且容易加工，制备方便。
本发明的又一目的在于提供上述氟化碳改性超疏水材料的制备方法，使之能够工业化生产。
发明人提供的氟化碳改性超疏水材料，是由硅橡胶、硫化剂、氟化碳材料、聚丙烯及助剂为原料制备而成、其静态接触角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化剂是TMTD、PDM、过苯甲酸叔丁酯、叔辛基过氧酯等中的一种或几种；所述氟化碳材料由碳材料氟化制取得到，所用碳材料包括炭黑、活性炭、焦炭、碳纳米管、石墨烯以及其它任何碳单质材料中的一种或几种；所述助剂是硬脂酸及其盐硬脂酸鎂、硬脂酸锌等中的一种或几种。
发明人提供的氟化碳改性超疏水材料的制备方法包括以下步骤：
(1) 将硅橡胶与硫化剂在双辊开炼机上开炼，所得预混胶放置备用；
(2) 将碳材料进行氟化:配制氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，真空干燥，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中进行氟化反应，反应结束后抽真空换氮气，即得到氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
(3) 将氟化碳、预混胶、聚丙烯以及助剂用双螺杆挤出机挤出，其中氟化碳、预混胶、聚丙烯以及助剂的质量配比为 (1-50)∶(1-10)∶ (1-90)∶(1-10)；再用造粒机造粒，得到共混物颗粒；
(4) 将共混物颗粒用平板高温压机压制成板，并用冷压机冷压；
(5) 将压制的板材用砂纸打磨，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
上述第一步的开炼温度为0～50℃，开炼时间为5～10min。
上述第二步的氟气浓度为1％～100％；所述真空干燥的温度为50℃，干燥时间为5～24h；氟化反应的时间为10min至48h，反应温度控制在-25℃～100℃；所述抽真空换氮气的次数为5～10次。
上述第三步的挤出温度为160℃～220℃、转速为20～300r/min。
上述第四步的高温压制温度为170℃～220℃，压力低于10MPa，保压时间为1～15min；冷压的压力低于10MPa，保压时间为1～15min。
上述第五步砂纸打磨的时间为10s～10min。
本发明的氟化碳改性超疏水材料经过材料的疏水性测试，包括纯水的静态接触角、纯水的动态接触角。结果表明，产品的静态接触角均大于150°，滑移角均小于10°，符合超疏水材料要求。本发明的超疏水材料的超疏水效果显著，同时加工方法简单，具有很好的应用前景。而且产品基体内部和表面具有相同成分，当表面受损后，只要再次打磨，就又可以产生所需要的超疏水表面。
具体实施方式
实施例1
① 将硅橡胶与硫化剂过苯甲酸叔丁酯在双辊开炼机上温度为20℃的条件下开炼5min，所得预混胶放置备用；其中过苯甲酸叔丁酯的质量分数为0.5％；
② 将碳材料粉末状活性炭进行氟化：配制氟气浓度为1％的氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，在50℃真空干燥10h，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，氟化温度为100℃，处理时间为3h，反应完毕抽真空换氮气10次，取出即得氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
③ 将氟化碳材料、预混胶、聚丙烯以及硬脂酸助剂用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为200℃、转速为100r/min；其中氟化碳材料、预混胶、聚丙烯与助剂的质量比为5∶10∶75∶10；之后用造粒机造粒，得到粒度为0.5mm的共混物颗粒；
④ 将共混物颗粒用平板高温压机在温度为190℃、压力为5MPa条件下压制成板，保压时间为5min，并用冷压机在压力为5MPa下冷压，保压时间为5min；
⑤ 将压制的板材用砂纸打磨10s，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
检测产品的结果：静态接触角为155°，滑移角为3.4°，拉伸强度为15.1MPa，冲击强度为21.3kJ/m2。
实施例2
① 将硅橡胶与硫化剂TMTD在双辊开炼机上温度为20℃的条件下开炼5min，所得预混胶放置备用；其中TMTD的质量分数为1.0％；
② 将碳材料粉末状炭黑进行氟化：配制氟气浓度为10％的氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，在50℃真空干燥10h，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，氟化温度为10℃，处理时间为5h，反应完毕抽真空换氮气10次，取出即得氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
③ 将氟化碳材料、预混胶、聚丙烯以及硬脂酸镁助剂用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为200℃、转速为100r/min；其中氟化碳材料、预混胶、聚丙烯与助剂的质量比为15∶10∶74∶1；之后用造粒机造粒，得到粒度为 1mm的共混物颗粒；
④ 将共混物颗粒用平板高温压机在温度为190℃、压力为10MPa条件下压制成板，保压时间为5min，并用冷压机在压力为10MPa下冷压，保压时间为5min；
⑤ 将压制的板材用砂纸打磨15s，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
检测产品的结果：产品的静态接触角为155°，滑移角为3.0°。
实施例3
① 将硅橡胶与硫化剂PDM在双辊开炼机上温度为20℃的条件下开炼10min，所得预混胶放置备用；其中硫化剂的质量分数为2.0％；
② 将碳材料焦炭进行氟化：配制氟气浓度为10％的氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，在50℃真空干燥10h，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，氟化温度为-25℃，处理时间为10h，反应完毕抽真空换氮气10次，取出即得氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
③ 将氟化碳材料、预混胶、聚丙烯以及硬脂酸锌助剂用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为200℃、转速为100r/min；其中氟化碳材料、预混胶、聚丙烯与助剂的质量比为15∶5∶75∶5 ；之后用造粒机造粒，得到粒度为 2 mm的共混物颗粒；
④ 将共混物颗粒用平板高温压机在温度为190℃、压力为10MPa条件下压制成板，保压时间为10min，并用冷压机在压力为10MPa下冷压，保压时间为5min；
⑤ 将压制的板材用砂纸打磨15s，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
检测产品的结果：产品的静态接触角为151°，滑移角为4.0°。
实施例4
① 将硅橡胶与硫化剂过苯甲酸叔丁酯在双辊开炼机上温度为20℃的条件下开炼10min，所得预混胶放置备用；其中过苯甲酸叔丁酯的质量分数为2.0％；
② 将碳材料石墨烯进行氟化：配制氟气浓度为10％的氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，在50℃真空干燥10h，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将100％氟气引入到反应器中，氟化温度为100℃，处理时间为240h，反应完毕抽真空换氮气10次，取出即得氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
③ 将氟化碳材料、预混胶、聚丙烯以及硬脂酸助剂用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为200℃、转速为100r/min；其中氟化碳材料、预混胶、聚丙烯与助剂的质量比为50∶10∶32∶3 ；之后用造粒机造粒，得到粒度为 1.5 mm的共混物颗粒；
④ 将共混物颗粒用平板高温压机在温度为190℃、压力为10MPa条件下压制成板，保压时间为10min，并用冷压机在压力为10MPa下冷压，保压时间为5min；
⑤ 将压制的板材用砂纸打磨20s，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
检测产品的结果：产品的静态接触角为156°，滑移角为5.0°。
Claims (7)
1.氟化碳改性超疏水材料，其特征在于它是由硅橡胶、硫化剂、氟化碳材料、聚丙烯及助剂为原料制备而成、其静态接触角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化剂是 TMTD、PDM、过苯甲酸叔丁酯、叔辛基过氧酯中的一种或几种；所述氟化碳材料由碳材料氟化制取得到，所用碳材料包括炭黑、活性炭、焦炭、碳纳米管、石墨烯材料中的一种或几种；所述助剂是硬脂酸、盐硬脂酸鎂、硬脂酸锌中的一种或几种。
2. 制备权利要求1所述氟化碳改性超疏水材料的方法，其特征包括以下步骤：
(1) 将硅橡胶与硫化剂在双辊开炼机上开炼，所得预混胶放置备用；
(2) 将碳材料进行氟化:配制氟气与氮气的混合气体；将装入反应器中的碳材料，真空干燥，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中进行氟化反应，反应结束后抽真空换氮气，即得到氟化碳材料；反应后抽出的气体通入碱水处理；
(3) 将氟化碳、预混胶、聚丙烯以及助剂用双螺杆挤出机挤出，其中氟化碳、预混胶、聚丙烯以及助剂的质量配比为(1-50)∶(1-10)∶ (1-90)∶(1-10)；再用造粒机造粒，得到共混物颗粒；
(4) 将共混物颗粒用平板高温压机压制成板，并用冷压机冷压；
(5) 将压制的板材用砂纸打磨，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第一步的开炼温度为0～50℃，开炼时间为5～10min。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第二步的氟气浓度为1％～100％；所述真空干燥的温度为50℃，干燥时间为5～24h；氟化反应的时间为10min至48h，反应温度控制在-25℃～100℃；所述抽真空换氮气的次数为5～10次。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第三步的挤出温度为160℃～220℃、转速为20～300r/min。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第四步的高温压制温度为170℃～220℃，压力低于10MPa，保压时间为1～15min；冷压的压力低于10MPa，保压时间为1～15min。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于所述第五步砂纸打磨的时间为10s～10min。
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