本發(fā)明涉及涂料領(lǐng)域，具體涉及一種超疏水導(dǎo)電涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
空氣處理機(jī)組或熱泵在冬季制熱時，外機(jī)結(jié)霜是常常會出現(xiàn)的問題。結(jié)霜帶來的不利影響有：(1)堵塞翅片間通道，增加了空氣流動阻力；(2)影響了換熱器的傳熱，使換熱能力下降；(3)頻繁化霜，增加了能耗，空氣處理機(jī)組或熱泵運行性能惡化。
目前常用的除霜手段一種是停機(jī)除霜，讓霜自己融化，這種方式在溫度較低時是不可行的，且融化霜的時間較長，空氣處理機(jī)組一般不采用這種方法；另一種是制熱除霜，即四通閥將內(nèi)外機(jī)功能互換，外機(jī)內(nèi)冷媒為高溫高壓氟利昂，來融化冰層。一般來說定速空氣處理機(jī)組在冬季最短除霜周期為50分鐘，除霜時間為5-8分鐘，變頻空氣處理機(jī)組最短除霜周期為30分鐘，除霜時間為3-15分鐘。這不僅影響了制熱效果，也大大增加了能耗。
超疏水涂層在自清潔、防腐防污、油水分離、防冰雪等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。該技術(shù)應(yīng)用于如空氣處理機(jī)組、熱泵外機(jī)的除霜方面非常有優(yōu)勢，使用超疏水涂層既可以延長除霜周期，又可以減少除霜時間，有利于節(jié)能。利用超疏水涂層進(jìn)行抗結(jié)霜結(jié)冰的原理是：超疏水表面的微觀結(jié)構(gòu)使其表面與水滴的接觸面積非常小，可大大減小水滴在超疏水涂層表面的附著和冰成核的機(jī)會，從而使得結(jié)霜結(jié)冰的時間被延緩。
然而，在較為極端的環(huán)境下，超疏水涂層也不足以解決結(jié)霜結(jié)冰問題，則需要輔助以加熱除冰的方式?，F(xiàn)有技術(shù)中，輔以加熱除冰的方式主要有以下兩類：
(1)cn105032731a，其公開了一種超疏水涂層與加熱涂層復(fù)合的節(jié)能防除冰涂層，其在基材上依次包括隔熱涂層、加熱涂層、防護(hù)涂層和超疏水涂層。在該專利中，實質(zhì)發(fā)揮效果的有三層：超疏水涂層、防水導(dǎo)熱層和加熱層。一方面防水導(dǎo)熱層使得加熱無法直接作用于超疏水層，傳熱除霜效率不高；另一方面，多層的結(jié)構(gòu)很容易因為附著力不強(qiáng)和加熱不均勻而導(dǎo)致層的剝落，進(jìn)而導(dǎo)致涂層失效；多層結(jié)構(gòu)也增加了工藝的復(fù)雜性；
(2)cn103203938a，其公開了一種用于基材表面的自發(fā)熱涂層，所述涂層包括絕緣底層和自發(fā)熱層，所述自發(fā)熱層涂料原料含有電氣石粉體、疏水樹脂和有機(jī)溶劑，其中在絕緣底層與自發(fā)熱層之間設(shè)有碳纖維激發(fā)層。該專利使用碳纖維激發(fā)層和電氣石/疏水復(fù)合材料層用于機(jī)翼除冰。
該專利采用電氣石粉體作為自發(fā)熱涂層部分原料，但電氣石性質(zhì)為熱釋電，即受熱會產(chǎn)生電荷。從理論上來說該種材料并不具有自發(fā)熱功能，因此該專利中電氣石實質(zhì)與發(fā)熱無明顯關(guān)系，發(fā)熱實際是依靠碳纖維來進(jìn)行。在該專利中，碳纖維作為底層，與其他涂料成分不能均勻復(fù)合，長期加熱易因熱膨脹率不同而導(dǎo)致涂料脫落，使涂層失效。為此，本發(fā)明提供一種超疏水導(dǎo)電涂料來解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種集超疏水和發(fā)熱導(dǎo)熱于一體的涂料及其制備方法，該涂料既可以保證涂層具有抗結(jié)冰和易除冰的性能，又簡化了實際的操作步驟，易于施工。該涂料所形成的涂層整體發(fā)熱均勻，材料間結(jié)合力強(qiáng)，壽命長久。
該超疏水導(dǎo)電涂料的制備方法，包括步驟：
(1)制備石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子：
將以質(zhì)量計85-99％的納米無機(jī)粒子、0.5-10％的石墨烯和0.5-5％的分散劑加入到介質(zhì)中濕法球磨2-12小時，使納米無機(jī)粒子表面包覆石墨烯；隨后干燥；獲得石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子；
(2)制備超疏水導(dǎo)電涂料：
將在有機(jī)溶劑中均勻混合功能性材料，獲得超疏水導(dǎo)電涂料，其中，以所述功能性材料的總質(zhì)量計，所述功能性材料包括40-79％的超疏水原料、1-10％的石墨烯以及20-50％的石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子。
其中，所述納米無機(jī)粒子的粒徑為1-200nm。
其中，所述納米無機(jī)粒子包含二氧化鈦、三氧化二鋁、二氧化硅、氧化鋅、氫氧化鈣、氫氧化鎂中的一種或幾種混合。
其中，所述分散劑包括聚乙二醇(peg)，優(yōu)選為peg-400。
其中，所述介質(zhì)包括乙醇，優(yōu)選為無水乙醇。
其中，所述超疏水原料包括全氟十八烷基三氯硅烷、全氟聚甲基酸丙烯酸酯、十七氟癸基三乙氧基硅烷、丙烯酸酯、聚碳酸酯、正硅酸乙酯、硅胺烷、硅氧烷中的一種或多種混合。
其中，所述有機(jī)溶劑包括丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲苯、乙酸乙酯、正己烷、三氟三氯乙烷、二氯甲烷、氯仿中的一種或幾種混合。
一種由上述方法所制得的超疏水導(dǎo)電涂料。
一種超疏水導(dǎo)電涂料，包括功能性材料和有機(jī)溶劑，其中以功能性材料的總質(zhì)量計，所述功能性材料包括40-79％的超疏水原料、1-10％的石墨烯以及20-50％的石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子，其中，所述石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子包括粒徑在1-200nm的無機(jī)粒子以及包覆該無機(jī)粒子的石墨烯。
一種由上述超疏水導(dǎo)電涂料所形成的超疏水導(dǎo)電涂層，包括將上述超疏水導(dǎo)電涂料涂覆于待涂覆物體表面并干燥。
一種空氣處理機(jī)組，其至少一部分表面上涂覆有上述超疏水導(dǎo)電涂層。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)本發(fā)明的涂料包括石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子，由此，通過石墨烯對納米粒子的預(yù)包覆，借助納米粒子這一載體實現(xiàn)石墨烯在整個體系中的均勻分散；進(jìn)而實現(xiàn)后續(xù)較高的導(dǎo)電性和加熱均勻性；盡管其它碳材料如碳纖維、碳納米管、石墨粉、炭黑等也具有與石墨烯類似的電發(fā)熱作用，但是這些碳材料不具有石墨烯的二維片狀結(jié)構(gòu)，從而不能包覆納米無機(jī)粒子，由此，這些碳材料在涂料中容易團(tuán)聚，難以均勻分散，從而不能獲得較高的導(dǎo)電性和加熱均勻性；
(2)本發(fā)明的涂料包括納米無機(jī)粒子、石墨烯和超疏水高分子聚合物，從而在納米無機(jī)粒子構(gòu)建的具有疏水功能的微納結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，藉由超疏水高分子聚合物和石墨烯進(jìn)一步提高了疏水性；即，將納米粒子構(gòu)建的仿生表面的疏水性、高分子聚合物超疏水材料、石墨烯疏水性三重結(jié)合，達(dá)到高疏水性的目的。
由此，本發(fā)明獲得了如下有益技術(shù)效果：
(1)本發(fā)明涂料將超疏水與導(dǎo)電相結(jié)合，可在同一層涂層中實現(xiàn)超疏水和發(fā)熱導(dǎo)熱功能；簡化了后續(xù)操作工藝，也提高了涂層穩(wěn)定性和壽命；
(2)本發(fā)明的涂層的水接觸角為135°-160°，可在較低電壓(12-24v)下發(fā)熱至20-40℃。
附圖說明
圖1示出了本發(fā)明的石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子的典型斷面掃描電鏡照片。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種超疏水涂料及其制備方法。具體的：
該超疏水導(dǎo)電涂料的制備方法，包括步驟：
(1)制備石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子：
將85-99％的粒徑在1-200nm的納米無機(jī)粒子、0.5-10％的石墨烯和0.5-5％的分散劑加入到無水乙醇中通過濕法球磨進(jìn)行充分混合2-12小時，使納米粒子表面包覆片狀石墨烯；隨后進(jìn)行充分干燥和過500目篩；獲得石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子；該石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子典型掃描電鏡照片如圖1所示，可觀察到在粒子表面包覆了一層薄膜狀的石墨烯；
(2)制備超疏水導(dǎo)電涂料：
在一定溫度和/或氣氛保護(hù)條件下，將40-79％的超疏水原料、1-10％的石墨烯以及20-50％的石墨烯包覆的納米無機(jī)粒子在有機(jī)溶劑中混合均勻獲得超疏水導(dǎo)電涂料。
實施例1
(1)將90％的粒徑200nm的tio2，與5％石墨烯、5％peg-400加入到無水乙醇溶劑中，隨后進(jìn)行4小時球磨；球磨后的漿料放置于60℃烘箱中干燥8小時，隨后進(jìn)行研磨和過500目篩；獲得石墨烯包覆的二氧化鈦粒子。
(2)將40％上述石墨烯包覆的二氧化鈦粒子、10％石墨烯與50％全氟十八烷基三氯硅烷溶于正己烷中進(jìn)行充分混合；獲得超疏水導(dǎo)電涂料。
該涂料噴涂干燥后所得涂層對水接觸角可達(dá)150°，接入24v電壓可發(fā)熱至38℃。
實施例2
(1)將95％的粒徑100nm的al2o3，與3％石墨烯、2％peg-400加入到無水乙醇溶劑中，隨后進(jìn)行8小時球磨；球磨后的漿料放置于60℃烘箱中干燥8小時，隨后進(jìn)行研磨和過500目篩；獲得石墨烯包覆的氧化鋁粒子。
(2)將30％上述石墨烯包覆的氧化鋁粒子、5％石墨烯與65％全氟聚甲基酸丙烯酸酯溶于三氟三氯乙烷中進(jìn)行充分混合；獲得超疏水導(dǎo)電涂料。
該涂料噴涂干燥后所得涂層對水接觸角可達(dá)157°，接入24v電壓可發(fā)熱至25℃
實施例3
(1)將93％的粒徑50nm的sio2，與6％石墨烯、1％peg-400加入到無水乙醇溶劑中，隨后進(jìn)行12小時球磨；球磨后的漿料放置于60℃烘箱中干燥8小時，隨后進(jìn)行研磨和過500目篩；獲得石墨烯包覆的二氧化硅粒子。
(2)將60％上述石墨烯包覆的二氧化硅粒子、10％石墨烯與30％六甲基二硅胺烷混合并在氮氣保護(hù)下油浴加熱至100℃，保溫12小時；再將該混合物、石墨烯、聚碳酸酯按照6:1:3的比例混合并分散于二氯甲烷中，獲得超疏水導(dǎo)電涂料。
該涂料噴涂干燥后所得涂層對水接觸角可達(dá)137°，接入24v電壓可發(fā)熱至35℃
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。