專利名稱：氟化碳改性超疏水材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用材料，尤其涉及超疏水材料，具體來說涉及一種表面具有超疏水功能的聚合物材料。
背景技術(shù)：
超疏水材料由于超疏水表面與水滴的接觸面積非常小，且水滴極易從表而滾落， 因此，超疏水表面不僅具有自清潔功能，而且還具有防電流傳導(dǎo)、防腐蝕、防水、防霧、防霉、 防雪、防霜凍、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服裝紡織、液體輸送、生物醫(yī)學(xué)、日用品與包裝、交通運(yùn)輸工具以及微觀分析等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然超疏水現(xiàn)象很早就被人關(guān)注，制備方法也層出不窮，申請中國專利的有 ZL200610011418.8號《利用軟模板和紫外光固化技術(shù)制備表面超疏水材料的方法》、 201010562917. 2號《銅鋅合金基超疏水材料的制備方法》和201010605599. 3號《金屬基超疏水材料的制備方法》。但是，其實(shí)際應(yīng)用一直受到很多限制，沒有實(shí)際性進(jìn)展。目前報道的超疏水表面的制備方法大多需用到特殊的設(shè)備和價格昂貴的氟硅化合物，不適于制備大面積超疏水表面涂層。從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，現(xiàn)在的超疏水表面的強(qiáng)度和持久性差，使得這種表面在許多場合的應(yīng)用受到限制，表面的微結(jié)構(gòu)也因機(jī)械強(qiáng)度差而易被外力破壞，導(dǎo)致超疏水性的喪失。由于現(xiàn)在世界范圍內(nèi)低碳環(huán)保的趨勢，迫切需要開發(fā)簡單可行、環(huán)保經(jīng)濟(jì)的超疏水材料的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種氟化碳改性超疏水材料，它不僅具有良好的超疏水效果，而且容易加工，制備方便。本發(fā)明的又一目的在于提供上述氟化碳改性超疏水材料的制備方法，使之能夠工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)明人提供的氟化碳改性超疏水材料，是由硅橡膠、硫化劑、氟化碳材料、聚丙烯及助劑為原料制備而成、其靜態(tài)接觸角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化劑是TMTD、PDM、過苯甲酸叔丁酯、叔辛基過氧酯等中的一種或幾種；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、碳納米管、石墨烯以及其它任何碳單質(zhì)材料中的一種或幾種；所述助劑是硬脂酸及其鹽硬脂酸鎂、硬脂酸鋅等中的一種或幾種。發(fā)明人提供的氟化碳改性超疏水材料的制備方法包括以下步驟
(1)將硅橡膠與硫化劑在雙輥開煉機(jī)上開煉，所得預(yù)混膠放置備用；
(2)將碳材料進(jìn)行氟化配制氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；將裝入反應(yīng)器中的碳材料，真空干燥，連續(xù)充氮?dú)?，抽真空，以使反?yīng)前保證無氧氣；將氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w引入到反應(yīng)器中進(jìn)行氟化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后抽真空換氮?dú)猓吹玫椒疾牧?；反?yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；
(3)將氟化碳、預(yù)混膠、聚丙烯以及助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，其中氟化碳、預(yù)混膠、聚丙烯以及助劑的質(zhì)量配比為(1-50) (1-10) (1-90) (1-10)；再用造粒機(jī)造粒，得到共混物顆粒；
(4)將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)壓制成板，并用冷壓機(jī)冷壓；
(5)將壓制的板材用砂紙打磨，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。上述第一步的開煉溫度為0 50°C，開煉時間為5 lOmin。上述第二步的氟氣濃度為 100% ；所述真空干燥的溫度為50°C，干燥時間為 5 Mh ；氟化反應(yīng)的時間為IOmin至48h，反應(yīng)溫度控制在_25°C 100°C ；所述抽真空換氮?dú)獾拇螖?shù)為5 10次。上述第三步的擠出溫度為160°C 220°C、轉(zhuǎn)速為20 300r/min。上述第四步的高溫壓制溫度為170°C 220°C，壓力低于lOMPa，保壓時間為1 15min ；冷壓的壓力低于lOMPa，保壓時間為1 15min。上述第五步砂紙打磨的時間為IOs IOmin。本發(fā)明的氟化碳改性超疏水材料經(jīng)過材料的疏水性測試，包括純水的靜態(tài)接觸角、純水的動態(tài)接觸角。結(jié)果表明，產(chǎn)品的靜態(tài)接觸角均大于150°，滑移角均小于10°，符合超疏水材料要求。本發(fā)明的超疏水材料的超疏水效果顯著，同時加工方法簡單，具有很好的應(yīng)用前景。而且產(chǎn)品基體內(nèi)部和表面具有相同成分，當(dāng)表面受損后，只要再次打磨，就又可以產(chǎn)生所需要的超疏水表面。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
①將硅橡膠與硫化劑過苯甲酸叔丁酯在雙輥開煉機(jī)上溫度為20°C的條件下開煉 5min，所得預(yù)混膠放置備用；其中過苯甲酸叔丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5% ；
②將碳材料粉末狀活性炭進(jìn)行氟化配制氟氣濃度為的氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w； 將裝入反應(yīng)器中的碳材料，在50°C真空干燥10h，連續(xù)充氮?dú)?，抽真空，以使反?yīng)前保證無氧氣；將氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w引入到反應(yīng)器中，氟化溫度為100°C，處理時間為3h，反應(yīng)完畢抽真空換氮?dú)?0次，取出即得氟化碳材料；反應(yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；
③將氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯以及硬脂酸助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為200°C、轉(zhuǎn)速為lOOr/min;其中氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯與助劑的質(zhì)量比為 5 10 75 10;之后用造粒機(jī)造粒，得到粒度為0.5mm的共混物顆粒；
④將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)在溫度為190°C、壓力為條件下壓制成板，保壓時間為5min，并用冷壓機(jī)在壓力為5MPa下冷壓，保壓時間為5min ；
⑤將壓制的板材用砂紙打磨10s，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。檢測產(chǎn)品的結(jié)果靜態(tài)接觸角為155°，滑移角為3. 4°，拉伸強(qiáng)度為15. IMPa，沖擊強(qiáng)度為21.3kJ/m2。實(shí)施例2①將硅橡膠與硫化劑TMTD在雙輥開煉機(jī)上溫度為20°C的條件下開煉5min，所得預(yù)混膠放置備用；其中TMTD的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1. 0% ；
②將碳材料粉末狀炭黑進(jìn)行氟化配制氟氣濃度為10%的氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w； 將裝入反應(yīng)器中的碳材料，在50°C真空干燥10h，連續(xù)充氮?dú)猓檎婵?，以使反?yīng)前保證無氧氣；將氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w引入到反應(yīng)器中，氟化溫度為10°C，處理時間為5h，反應(yīng)完畢抽真空換氮?dú)?0次，取出即得氟化碳材料；反應(yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；
③將氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯以及硬脂酸鎂助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為200°C、轉(zhuǎn)速為lOOr/min;其中氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯與助劑的質(zhì)量比為 15 10 74 1 ；之后用造粒機(jī)造粒，得到粒度為Imm的共混物顆粒；
④將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)在溫度為190°C、壓力為IOMI5a條件下壓制成板，保壓時間為5min，并用冷壓機(jī)在壓力為IOMPa下冷壓，保壓時間為5min ；
⑤將壓制的板材用砂紙打磨15s，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。檢測產(chǎn)品的結(jié)果產(chǎn)品的靜態(tài)接觸角為155°，滑移角為3.0°。實(shí)施例3
①將硅橡膠與硫化劑PDM在雙輥開煉機(jī)上溫度為20°C的條件下開煉lOmin，所得預(yù)混膠放置備用；其中硫化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 0% ；
②將碳材料皿進(jìn)行氟化配制氟氣濃度為10%的氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；將裝入反應(yīng)器中的碳材料，在50°C真空干燥10h，連續(xù)充氮?dú)?，抽真空，以使反?yīng)前保證無氧氣；將氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w引入到反應(yīng)器中，氟化溫度為-25°C，處理時間為10h，反應(yīng)完畢抽真空換氮?dú)?0次，取出即得氟化碳材料；反應(yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；
③將氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯以及硬脂酸鋅助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為200°C、轉(zhuǎn)速為lOOr/min;其中氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯與助劑的質(zhì)量比為 15 5 75 5 ；之后用造粒機(jī)造粒，得到粒度為2 mm的共混物顆粒；
④將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)在溫度為190°C、壓力為IOMI5a條件下壓制成板，保壓時間為lOmin，并用冷壓機(jī)在壓力為IOMPa下冷壓，保壓時間為5min ；
⑤將壓制的板材用砂紙打磨15s，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。檢測產(chǎn)品的結(jié)果產(chǎn)品的靜態(tài)接觸角為151°，滑移角為4.0°。實(shí)施例4
①將硅橡膠與硫化劑過苯甲酸叔丁酯在雙輥開煉機(jī)上溫度為20°C的條件下開煉 lOmin，所得預(yù)混膠放置備用；其中過苯甲酸叔丁酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0% ；
②將碳材料石墨烯進(jìn)行氟化配制氟氣濃度為10%的氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；將裝入反應(yīng)器中的碳材料，在50°C真空干燥10h，連續(xù)充氮?dú)?，抽真空，以使反?yīng)前保證無氧氣； 將100%氟氣引入到反應(yīng)器中，氟化溫度為100°C，處理時間為240h，反應(yīng)完畢抽真空換氮?dú)?0次，取出即得氟化碳材料；反應(yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；
③將氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯以及硬脂酸助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，擠出溫度為200°C、轉(zhuǎn)速為lOOr/min;其中氟化碳材料、預(yù)混膠、聚丙烯與助劑的質(zhì)量比為 50 10 32 3 ；之后用造粒機(jī)造粒，得到粒度為1.5 mm的共混物顆粒；④將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)在溫度為190°C、壓力為IOMI5a條件下壓制成板，保壓時間為lOmin，并用冷壓機(jī)在壓力為IOMPa下冷壓，保壓時間為5min ；
⑤將壓制的板材用砂紙打磨20s，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。 檢測產(chǎn)品的結(jié)果產(chǎn)品的靜態(tài)接觸角為156°，滑移角為5.0°。
權(quán)利要求
1.氟化碳改性超疏水材料，其特征在于它是由硅橡膠、硫化劑、氟化碳材料、聚丙烯及助劑為原料制備而成、其靜態(tài)接觸角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化劑是TMTD、PDM、過苯甲酸叔丁酯、叔辛基過氧酯中的一種或幾種；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、碳納米管、石墨烯材料中的一種或幾種；所述助劑是硬脂酸、鹽硬脂酸鎂、硬脂酸鋅中的一種或幾種。
2.制備權(quán)利要求1所述氟化碳改性超疏水材料的方法，其特征包括以下步驟(1)將硅橡膠與硫化劑在雙輥開煉機(jī)上開煉，所得預(yù)混膠放置備用；(2)將碳材料進(jìn)行氟化配制氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；將裝入反應(yīng)器中的碳材料，真空干燥，連續(xù)充氮?dú)猓檎婵?，以使反?yīng)前保證無氧氣；將氟氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w引入到反應(yīng)器中進(jìn)行氟化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后抽真空換氮?dú)?，即得到氟化碳材料；反?yīng)后抽出的氣體通入堿水處理；(3)將氟化碳、預(yù)混膠、聚丙烯以及助劑用雙螺桿擠出機(jī)擠出，其中氟化碳、預(yù)混膠、聚丙烯以及助劑的質(zhì)量配比為(1-50) (1-10) (1-90) (1-10)；再用造粒機(jī)造粒，得到共混物顆粒；(4)將共混物顆粒用平板高溫壓機(jī)壓制成板，并用冷壓機(jī)冷壓；(5)將壓制的板材用砂紙打磨，用鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)去除表面碎屑，即得到所需的超疏水材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第一步的開煉溫度為0 50°C，開煉時間為5 IOmin。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第二步的氟氣濃度為 100%；所述真空干燥的溫度為50°C，干燥時間為5 Mh ；氟化反應(yīng)的時間為IOmin至48h，反應(yīng)溫度控制在_25°C 100°C ；所述抽真空換氮?dú)獾拇螖?shù)為5 10次。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第三步的擠出溫度為160°C 220°C、轉(zhuǎn)速為 20 300r/min。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第四步的高溫壓制溫度為170°C 220°C，壓力低于lOMPa，保壓時間為1 15min ；冷壓的壓力低于lOMPa，保壓時間為1 15min。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第五步砂紙打磨的時間為IOs lOmin。
全文摘要
氟化碳改性超疏水材料，它是由硅橡膠、硫化劑、氟化碳材料、聚丙烯及助劑為原料制備而成、其靜態(tài)接觸角均大于150°，滑移角均小于10°的材料，所述硫化劑是TMTD、PDM、過苯甲酸叔丁酯、叔辛基過氧酯中的一種或幾種；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、碳納米管、石墨烯中的一種或幾種；所述助劑是硬脂酸、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅中的一種或幾種。制備方法為①開煉預(yù)混料；②碳材料氟化；③擠出、造粒；④熱壓、冷壓；⑤打磨，去屑。本發(fā)明的超疏水材料的超疏水效果顯著，同時加工方法簡單，具有很好的應(yīng)用前景。而且產(chǎn)品基體內(nèi)部和表面具有相同成分，當(dāng)表面受損后，只要再次打磨，就又可以產(chǎn)生所需要的超疏水表面。
文檔編號B29B7/56GK102382366SQ20111023962
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者周濤, 楊三可, 楊先金, 王江平, 解田, 陳冠龍, 高磊 申請人:華東理工大學(xué), 甕福(集團(tuán))有限責(zé)任公司