CN105237792B - 一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，本超疏水涂层在实际应用中，水滴与表面接触角为150°‑165°，水滴在材料表面滚动角小于10°，具有良好的疏水性。本聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法采用超临界法，将聚四氟乙烯板及基板放入带有加热装置的反应釜中，向釜中通入气体，控制温度、压力，使通入的气体处于超临界状态，保压12‑120h，之后泄压冷却，得到超疏水的聚四氟乙烯板及超疏水基板。其中，泄压阀连接的金属管道内壁与容器内壁也为超疏水的。本超疏水涂层生产方法简单易行，制备过程中无溶剂，便于规模化生产。

Description

一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及超疏水技术领域，尤其涉及一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法。
背景技术
材料表面的浸润现象从本质上来说是一种界面现象，这无论在自然界以及人类的生产生活中都是及其普遍的。自然界中的生物为适应环境为自己寻求了各种各样的生存之道。而类似于荷叶表面的水珠自由滑落、蝴蝶翅膀不被雨水沾湿，水渑可挺立于水上这些动植物表面的超疏水现象无异于为自身适应环境所造成的结果。但这种优异的性质是可以被学习并借鉴的。人们通常认为水与表面的接触角达90°之上可认为它是疏水的表面，当水与表面的接触角达150°之上认为这是超疏水的表面。有了这样的量化范围，对这一自然现象进行仿生研究，会为人们的日常生活及工业生产带来极大的应用前景。例如，将这样的表面应用于沙漠，制成沙漠集水器，为干旱的地带节约水源；又如将高架线的表面涂覆超疏水涂层，可有效提高户外电线电缆的防水防冰性能，减少危险的同时，提高了电线的使用寿命；又如在防腐抗菌领域的应用，可以与生物医学相结合，开辟新的研究思路；流体的减阻，疏油管道的输送率的提高，一斤最为普遍的普通基材的表面自清洁等都是未来超疏水表面巨大的应用市场。就目前的研究而言，采用的方法大多也是根据增加表面粗糙度以及降低表面能为入手点进行改性，如模板法、刻蚀法、相分离法以及层间自组装等制备技术进行人工超疏水表面的制备。虽然制备超疏水表面的新技术、新方法日新月异、层出不穷，但他们或是材料价格昂贵，或是加工过程复杂，或是有机溶剂的使用等因素限制了大部分方法真正在工业上的大规模生产使用，只能停留在实验室的研究中。真正实现大规模的工业化生产依然是一个巨大的挑战。随着科技的发展及研究的深入，对于简单、经济、环保且可大面积制备超疏水表面的方法会成为越来越受关注的研究领域，超疏水表面的制备工业化亦是未来提高超疏水表面制备技术的重要目标之一。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有制备超疏水材料的不足，提供一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法。本质本方法具有工艺简单，制备过程中不使用溶剂，绿色环保，且可以制备大面积超疏水涂层，容易推广使用，且易于工业化，通过此方法制得的超疏水涂层具有疏水性好、耐磨、可修复重复使用的优点，而且次制备方法可以一举多得，不仅可以用于制备大面积的聚四氟乙烯超疏水板和超疏水玻璃板、金属板；而且可以用于空调管道内壁及热水器内胆壁的处理，减少水滴在其表面的停留时间，从而减少水垢、水锈的生成，提高其使用寿命。
为实现上述目的，本发明一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，包括如下步骤：
一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将聚四氟乙烯板及基板放入带有加热装置的反应釜中；
(2)通过高压泵向釜中通入气体，控制温度、压力，到达所设定温度后，饱和12h-120h；
(3)泄压，所释放气体可以通入金属管道或容器中；
(4)待反应釜及所连接管道及容器冷却后，将聚四氟乙烯板及基板取出，得到的聚四氟乙烯板、基板均为超疏水板。
其中，步骤(1)中所述聚四氟乙烯板为低分子量的，厚度在0.2mm-2mm之间；所述基板为玻璃板或金属板中的任一种。
其中，步骤(2)中所述的反应釜中通入的气体为二氧化碳或者氮气中的任一种。反应釜中温度控制范围为260℃-340℃，压力控制范围为20Mpa-60Mpa。
其中，步骤(3)中所述的泄压时间为10-300s。
其中，步骤(3)中所述释放气体时，泄压阀可以连接金属管及容器，通过反复的升温-充压-饱和-泄压步骤得到具有超疏水内壁的金属管和容器。其中金属管可以为铜管、不锈钢管、钛管中的任一种，容器可以是热水器内胆。
其中，用该制备的聚四氟乙烯超疏水板表面、基板表面以及金属管和容器的内壁与水滴接触角为150°-165°，水滴在材料表面滚动角小于10°。
本发明的有益效果是，通过此法可以一次制备大面积的聚四氟乙烯超疏水板和不同材质的超疏水基板，而且本生产方法简单易行，制备过程中无溶剂，便于规模化生产
附图说明
图1本发明制备方法的装置图；
图2本发明制备方法中，实施例一的超疏水聚四氟乙烯板的接触角测试图；
图3本发明制备方法中，实施例一的超疏水玻璃基板的接触角测试图；
图4本发明制备方法中，实施例一的超疏水聚四氟乙烯板的扫描电镜图；
图5本发明制备方法中，实施例一的超疏水玻璃基板的扫描电镜图；
图6本发明制备方法中，实施例二的超疏水金属板的扫描电镜图；
图7本发明制备方法中，实施例二的超疏水金属铜管道内壁的扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
(1)将0.2mm厚的聚四氟乙烯板及玻璃基板放入带有加热装置的反应釜中；
(2)通过高压泵向釜中通入二氧化碳气体，控制温度为260℃、压力为25Mpa，饱和36h；
(3)泄压，泄压时间为30s；
(4)待装置冷却后，取出聚四氟乙烯板及玻璃基板，得到超疏水聚四氟乙烯板及超疏水玻璃板。
实施例2
(1)将0.6mm厚的聚四氟乙烯板及金属基板放入带有加热装置的反应釜中；
(2)通过高压泵向釜中通入二氧化碳气体，控制温度为300℃、压力为30Mpa，饱和12h；
(3)泄压，泄压时间为100s，其中泄压阀与金属铜管相连接，然后排空；
(4)在300℃温度下，继续通过高压泵向釜中通入二氧化碳气体，保持压力为30Mpa，饱和10h，然后泄压；
(5)再重复步骤(4)两次；
(6)待装置冷却后，取出聚四氟乙烯板及金属基板，卸下泄压阀连接的金属铜管，并测试其接触角。
将上述实施例1和实施例2所制得的各种超疏水材料进行裁剪，制样，并对其进行物性进行接触角测试，其结果见表1。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将聚四氟乙烯板及基板放入带有加热装置的反应釜中；
(2)通过高压泵向釜中通入气体，控制温度、压力，到达所设定温度后，饱和12h-120h；反应釜中温度控制范围为260℃-340℃，压力控制范围为20Mpa-60Mpa；
(3)泄压，所释放气体可以通入金属管道或容器中；
(4)待反应釜及所连接管道及容器冷却后，将聚四氟乙烯板及基板取出，得到的聚四氟乙烯板、基板均为超疏水板。
2.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯板为低分子量的，厚度在0.2mm-2mm之间；所述基板为玻璃板或金属板中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，反应釜中通入的气体为二氧化碳或者氮气中的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，泄压时间为10-300s。
5.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，释放气体时，泄压阀可以连接金属管及容器，通过反复的升温-充压-饱和-泄压步骤得到具有超疏水内壁的金属管和容器；其中金属管可以为铜管、不锈钢管、钛管中的任一种，容器可以是热水器内胆。
6.根据权利要求1所述的一种聚四氟乙烯超疏水涂层的制备方法，其特征在于，用该方法制备的聚四氟乙烯超疏水板表面、基板表面以及金属管和容器的内壁与水滴接触角为150°-165°，水滴在材料表面滚动角小于10°。
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