CN112662209B - 一种超疏水自清洁喷剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种超疏水自清洁喷剂及其制备方法，包括：混合碳纳米管和无水乙醇，在超声波下分散处理20‑40min，得到碳纳米管分散体系；向碳纳米管分散体系中加入N,N‑二甲基乙酰胺和乙二醇，在40‑60℃下搅拌5‑10min，降温至20‑25℃，得到超疏水自清洁喷剂。采用本发明制备方法制备得到的喷剂，可以广泛应用于各种基材表面的疏水改性，同时具有良好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及表面材料技术领域，尤其涉及一种超疏水自清洁喷剂及其制备方法。
背景技术
材料表面性能的一个重要特征性能就是润湿性，润湿性是指液体低落在固体的表面上时，液体与固体表面的润湿性的高低，这一性能一般通过液滴低落在清洁平滑的固体表面上时，液体在固体表面的润湿性的高低，常规的表征指标为液体在固体表面上的接触角。
当水滴在固体材料的表面接触角大于150°时，表那改材料具有特殊的不亲水、自清洁性能，同时这类材料在防尘、抗氧化、减阻、防冰等许多性能上均表现优异，因此，若将这种超疏水的材料应用于生活以及各个领域汇中，则能够带来更多的有益效果和经济价值。但是目前对于超疏水材料的制备存在众多难点，常规的超疏水表面的处理方法主要包括化学蚀刻、电化学沉积、凝胶、气相沉积、模板法、光刻、相分离与自组装发、化学沉积法和纳米二氧化硅法等，这些处理方法一方面对材质具有一定的限制，另一方面，制备工艺复杂，成本高，适应材料和场景局限性高。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够针对多种材质表面的超疏水自清洁喷剂及其制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种超疏水自清洁喷剂的制备方法，其包括如下步骤：
步骤一、混合碳纳米管和无水乙醇，在超声波下分散处理20-40min，得到碳纳米管分散体系；
步骤二、向碳纳米管分散体系中加入N,N-二甲基乙酰胺和乙二醇，在40-60℃下搅拌5-10min，降温至20-25℃，得到超疏水自清洁喷剂。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤一中，所述碳纳米管：N,N-二甲基乙酰胺：乙二醇：无水乙醇的质量比为1：(0.01-0.1)：(0.2-0.4)：(1-3)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述步骤二还包括，向碳纳米管分散体系中加入氧化铝晶须。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述氧化铝晶须为θ-Al2O3晶须。
更进一步优选的，所述碳纳米管：氧化铝晶须的质量比为1：(0.1-0.2)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述氧化铝晶须经过改性处理，改性处理的方法包括：
步骤一、配置紫外线吸收剂的水溶液，向水中加入水溶性紫外线吸收剂，常温下搅拌至溶解，得到紫外线吸收剂水溶液；
步骤二、向紫外线吸收剂水溶液中加入氧化铝晶须，混合搅拌均匀后得到混合溶液，将混合溶液在γ-射线下进行辐照处理，处理完毕，将水分蒸发得到改性后的氧化铝晶须。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述氧化铝晶须：紫外吸收剂：水的质量比为1：(0.5-2)：(8-12)。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述γ-射线辐照处理时间为25-30min，γ-射线辐照强度为0.05-0.5W/cm2。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述紫外线吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮。
本发明还提供一种采用上述方案制备得到的超疏水自清洁喷剂。
本发明的超疏水自清洁喷剂相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的超疏水自清洁喷剂采用碳纳米管作为主要疏水材料，利用无水乙醇作为分散剂，喷涂后形成的碳纳米管膜层具有良好的疏水性能；
(2)本发明中还在喷剂中加入了θ-Al2O3晶须，晶须的加入可以与碳纳米管形成类似级配结构，喷涂的涂层更加均匀，同时θ-Al2O3晶须也具有良好的疏水性能；
(3)进一步的，还采用紫外线吸收剂对θ-Al2O3晶须进行改性，由于碳纳米晶须的稳定性较差，在紫外线作用下容易发生亲水转换，破坏原有的疏水性能，通过在θ-Al2O3晶须中接枝紫外线吸收剂，提高涂层的紫外吸收性能，有效保护碳纳米管的疏水性，θ-Al2O3晶须还起到了连接碳纳米管和基材的作用，防止在特定材料上，涂层的亲和性差，不利于涂层在基材表面固定。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1。
分别称取100g碳纳米管和100g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理20min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入1gN,N-二甲基乙酰胺和20g乙二醇，升温至40℃，保温搅拌5min，降温至20℃，得到喷剂。
实施例2
分别称取100g碳纳米管和200g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理30min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入5gN,N-二甲基乙酰胺和30g乙二醇，升温至50℃，保温搅拌8min，降温至22℃，得到喷剂。
实施例3
分别称取100g碳纳米管和300g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理40min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入10gN,N-二甲基乙酰胺和40g乙二醇，升温至60℃，保温搅拌10min，降温至25℃，得到喷剂。
实施例4
分别称取100g碳纳米管和200g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理30min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入3gN,N-二甲基乙酰胺、10gθ-Al2O3晶须和25g乙二醇，升温至45℃，保温搅拌6min，降温至20℃，得到喷剂。
实施例5
θ-Al2O3晶须改性处理：
称取50g的2，4-二羟基二苯甲酮和800g水，混合后搅拌，至2，4-二羟基二苯甲酮溶解，得到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液；
称取100g氧化铝晶须，加入到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液中，混合搅拌后，将混合体系置于γ-射线下进行辐照处理，所述辐照的强度为0.05W/cm2，辐照时间为25min，辐照处理完毕后，在80℃下蒸发所有水，得到改性的θ-Al2O3晶须。
分别称取100g碳纳米管和200g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理30min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入6gN,N-二甲基乙酰胺、15g改性θ-Al2O3晶须和30g乙二醇，升温至45℃，保温搅拌6min，降温至20℃，得到喷剂。
实施例6
θ-Al2O3晶须改性处理：
称取100g的2，4-二羟基二苯甲酮和1000g水，混合后搅拌，至2，4-二羟基二苯甲酮溶解，得到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液；
称取100g氧化铝晶须，加入到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液中，混合搅拌后，将混合体系置于γ-射线下进行辐照处理，所述辐照的强度为0.2W/cm2，辐照时间为27min，辐照处理完毕后，在80℃下蒸发所有水，得到改性的θ-Al2O3晶须。
分别称取100g碳纳米管和250g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理30min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入8gN,N-二甲基乙酰胺、18g改性θ-Al2O3晶须和35g乙二醇，升温至45℃，保温搅拌8min，降温至22℃，得到喷剂。
实施例7
θ-Al2O3晶须改性处理：
称取200g的2，4-二羟基二苯甲酮和1200g水，混合后搅拌，至2，4-二羟基二苯甲酮溶解，得到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液；
称取100g氧化铝晶须，加入到2，4-二羟基二苯甲酮水溶液中，混合搅拌后，将混合体系置于γ-射线下进行辐照处理，所述辐照的强度为0.5W/cm2，辐照时间为30min，辐照处理完毕后，在80℃下蒸发所有水，得到改性的θ-Al2O3晶须。
分别称取100g碳纳米管和250g无水乙醇，混合均匀后，在超声波下分散处理30min，得到碳纳米管分散液。
向碳纳米管分散液中加入10gN,N-二甲基乙酰胺、20g改性θ-Al2O3晶须和40g乙二醇，升温至45℃，保温搅拌8min，降温至22℃，得到喷剂。
分别将上述实施例1-7制备得到的喷剂用于木板、钢板、无纺布表面的喷涂处理，平均每平方米喷涂20ml喷剂，待干燥后进行接疏水测试，测试接触角，结果如下：
| 分组 | 木板 | 钢板 | 无纺布 |
| 实施例1 | 158° | 162° | 165° |
| 实施例2 | 158° | 161° | 164° |
| 实施例3 | 158° | 162° | 163° |
| 实施例4 | 159° | 164° | 165° |
| 实施例5 | 159° | 163° | 167° |
| 实施例6 | 160° | 164° | 166° |
| 实施例7 | 159° | 164° | 168° |
分别将上述经过喷涂处理后的基材进行紫外照射处理，用于模拟自然环境阳光暴晒，经过紫外照射处理3天后，再进行疏水测试，测试接触角，结果如下：
| 分组 | 木板 | 钢板 | 无纺布 |
| 实施例1 | 106° | 124° | 62° |
| 实施例2 | 104° | 125° | 66° |
| 实施例3 | 108° | 123° | 65° |
| 实施例4 | 144° | 145° | 142° |
| 实施例5 | 152° | 156° | 152° |
| 实施例6 | 152° | 156° | 153° |
| 实施例7 | 153° | 155° | 148° |
可以看出，采用了氧化铝晶须或者改性氧化铝晶须的喷剂在经过紫外照射处理后依然具有良好的疏水性能，通过紫外线吸收剂对氧化铝晶须进行改性，从而提高喷涂后的图层的紫外线吸收性能，避免紫外线对碳纳米管造成影响，改变其疏水性，同时辐照处理后可以对氧化铝晶须产生一定的磁性，使其在喷涂后的晶体排列有序，更容易形成纳米突起结构，有利于提高疏水性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、混合碳纳米管和无水乙醇，在超声波下分散处理20-40min，得到碳纳米管分散体系；
步骤二、向碳纳米管分散体系中加入N,N-二甲基乙酰胺、乙二醇和改性氧化铝晶须，在40-60℃下搅拌5-10min，降温至20-25℃，得到超疏水自清洁喷剂；
所述改性氧化铝晶须的改性处理的方法包括：
步骤一、配置紫外线吸收剂的水溶液：向水中加入水溶性紫外线吸收剂，常温下搅拌至溶解，得到紫外线吸收剂水溶液；
步骤二、向紫外线吸收剂水溶液中加入氧化铝晶须，混合搅拌均匀后得到混合溶液，将混合溶液在γ-射线下进行辐照处理，处理完毕，将水分蒸发得到改性后的氧化铝晶须。
2.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管：N,N-二甲基乙酰胺：乙二醇：无水乙醇的质量比为1：(0.01-0.1)：(0.2-0.4)：(1-3)。
3.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述氧化铝晶须为θ-Al2O3晶须。
4.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管：改性氧化铝晶须的质量比为1：(0.1-0.2)。
5.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述氧化铝晶须：紫外吸收剂：水的质量比为1：(0.5-2)：(8-12)。
6.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述γ-射线辐照处理时间为25-30min，γ-射线辐照强度为0.05-0.5W/cm2。
7.如权利要求1所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮。
8.如权利要求1-7中任一所述的超疏水自清洁喷剂的制备方法制备得到的超疏水自清洁喷剂。
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| CN102311672A (zh) * | 2011-09-16 | 2012-01-11 | 无锡市顺业科技有限公司 | 一种超疏水导电涂层及其加工方法 |
| CN107312365A (zh) * | 2016-04-27 | 2017-11-03 | 哈尔滨工业大学（威海） | 一种新型cnt-oh仿生疏水复合涂层及其制备方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 超疏水表面的喷涂法制备研究";凌菁;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技Ⅰ辑》;20160615;第4.2.3和4.3.3节 * |
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