一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法；碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括涂覆溶液的制备、涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力的提升；本发明专利技术运用溶胶‑凝胶法和化学偶联反应，在泡沫碳化硅填料片表面构建了疏水涂层，并疏水涂层基础上引入一层聚(偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯)聚合物的溶液，从而能够获得稳定的碳化硅材料的表面疏水性，该方法操作简单，通过该方法获得的疏水表面性能均匀、热稳定性好、抗冲击性能好等优点，而且能够降低碳化硅材料制成元件的压降，经水力学性能测实验结果表明压降可以降低10％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法
本专利技术涉及一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法。
技术介绍
多孔碳化硅泡沫陶瓷具有强度高、抗氧化性、耐磨蚀、耐化学腐蚀、热膨胀系数低、抗热震好、比重小、热导率高、孔隙率高、比表面积大、孔径均匀可控及强度高等一系列优良特性。而泡沫碳化硅材料是一种具有均匀三维网状结构的特殊多孔材料，这种三维网状骨架结构使得流体透过性好，流通阻力小，其孔道分布均匀、气孔率高、相对密度小、比表面积大、对液体和气体介质有选择透过性。碳化硅泡沫材料由于其独特的多孔结构，可以作为液相中气体分布的材料，在最大限度提高开孔率的同时，提供尺寸均匀可控、气液相接触面积大的气泡，并能克服传统气体分布装置气液接触效果较差、容易漏液、等缺点。但在某些应用的场合中，由于液体浸入碳化硅泡沫的孔内，造成气相流动空间减小，从而增加了多孔碳化硅泡沫分布元件的压降。
技术实现思路
为了减少液体中碳化硅泡沫材料多孔内的进入，本专利技术提供一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法，提高其疏水性，从而其应用过程中的压降。静态接触角可以用来判断固体表面的疏水性，若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ≥90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。本专利技术的技术方案如下：碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括涂覆溶液的制备、涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力的提升；具体步骤如下：(1)涂覆溶液的制备在水浴条件下，以1:5～20的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯溶液滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后搅拌确保粒子悬浮状；室温条件下老化12-48h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理配制十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将步骤2)得到的涂覆完成的碳化硅泡沫材料在十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液中浸涂，进行表面化学修饰；表面化学修饰后，在干燥箱中烘干，使溶剂挥发及有机长链发生反应交联；(4)涂层附着力的提升聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯聚合物颗粒，加入二甲基甲酰胺，配制成5-50g/L的聚合物溶液；将涂层之后的碳化硅泡沫材料在聚合物溶液中浸涂10-50s，并提拉碳化硅泡沫材料使聚合物中涂层上成膜均匀；在干燥箱中烘干。所述步骤(1)中水浴温度10-50℃。所述步骤(1)中正硅酸乙酯溶液滴加速度是0.05-0.3ml/min。所述步骤(1)中滴加完成后继续搅拌1-5h。所述步骤(2)中将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中一次浸涂10-60s。所述步骤(2)中共浸涂5-20次。所述步骤(3)中配制1-10mmol/L十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液。所述步骤(3)中在50-150℃干燥箱中烘1-5h。所述步骤(4)干燥箱中烘干条件是在100-160℃的干燥箱中烘0.5-5h。本专利技术运用溶胶-凝胶法和化学偶联反应，在泡沫碳化硅填料片表面构建了疏水涂层，并疏水涂层基础上引入一层聚(偏二氟乙烯-co-六氟丙烯)聚合物的溶液，从而能够获得稳定的碳化硅材料的表面疏水性，该方法操作简单，通过该方法获得的疏水表面性能均匀、热稳定性好、抗冲击性能好等优点，而且能够降低碳化硅材料制成元件的压降，经水力学性能测实验结果表明压降可以降低10％以上。具体实施方式一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括超硅溶胶的制备、硅溶胶的涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力。具体步骤如下：碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括涂覆溶液的制备、涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力的提升。具体步骤如下：(1)涂覆溶液的制备在10-50℃水浴温度下，以1:5～20的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯(TEOS)溶液以0.05-0.3ml/min的进料速度滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后继续搅拌1-5h以确保粒子悬浮状；室温条件下老化12-48h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂10-60s，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，共浸涂5-20次，得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理首先配制1-10mmol/L十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将步骤2得到的涂覆完成的碳化硅泡沫材料在十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液中浸涂1-5h，进行表面化学修饰；表面化学修饰后，在50-150℃干燥箱中烘1-5h，使溶剂挥发及有机长链发生反应交联；(4)涂层附着力的提升聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯(PVDF-HFP)聚合物颗粒，加入二甲基甲酰胺(DMF)，配制成5-50g/L的PVDF-HFP/DMF聚合物溶液。将涂层之后的碳化硅泡沫材料在PVDF-HFP/DMF聚合物溶液中浸涂10-50s，并提拉碳化硅泡沫材料使聚合物中涂层上成膜均匀；在100-160℃的干燥箱中烘0.5-5h。典型实例如下：实施例1：碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括涂覆溶液的制备、涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力的提升。具体步骤如下：(1)涂覆溶液的制备：在25℃水浴温度下，以1：17的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯(TEOS)溶液以0.1ml/min的进料速度滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后继续搅拌2h以确保粒子悬浮状；室温条件下老化24h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂30s，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，共浸涂12次；得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理首先配制5mmol/L十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将涂覆过硅溶胶和聚合物溶液的碳化硅泡沫材料在化学偶联剂中浸涂2h，进行表面化学修饰。涂覆完成后，样品在100℃左右干燥箱中烘2h，使溶剂挥发及有机长链发生反应交联；(4)涂层附着力的提升聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯(PVDF-HFP)聚合物颗粒，加入DMF，搅拌混合约2h，配制成均匀的20g/LPVDF-HFP/DMF聚合物溶液。将涂层之后的碳化硅泡沫材料在PVDF-HFP/DMF聚合物溶液中浸涂30s，并提拉碳化硅泡沫材料使聚合物中涂层上成膜均匀；在130℃的干燥箱中烘1h。本专利技术应用的碳化硅泡沫材料经过改性后，表面静态接触角为165°，水力学性能测试实验结果显示元件压降降低50％。实施例2：碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法主要包括涂覆溶液的制备、涂覆、涂层的疏水改性和涂层附着力的提升。具体步骤如下：(1)涂覆溶液的制备：在10℃水浴温度下，以1:5的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯(TEOS)溶液以0.05ml/min的进料速度滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后继续搅拌1h以确保粒子悬浮状；室温条件下老化12h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂10s，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，共浸涂5次，得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理首先配制1mmol/L十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将涂覆过硅溶胶和聚合物溶液的碳化硅泡沫材料在化学偶联剂中浸涂1h，进行表面化学修饰。涂覆完成后，样品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法；其特征是包括如下步骤：(1)涂覆溶液的制备在水浴条件下，以1:5～20的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯溶液滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后搅拌确保粒子悬浮状；室温条件下老化12‑48h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理配制十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将步骤2得到的涂覆完成的碳化硅泡沫材料在十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液中浸涂，进行表面化学修饰；表面化学修饰后，在干燥箱中烘干，使溶剂挥发及有机长链发生反应交联；(4)涂层附着力的提升聚偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯聚合物颗粒，加入二甲基甲酰胺，配制成5‑50g/L的聚合物溶液；将涂层之后的碳化硅泡沫材料在聚合物溶液中浸涂10‑50s，并提拉碳化硅泡沫材料使聚合物中涂层上成膜均匀；在干燥箱中烘干。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅泡沫元件表面疏水改性的方法；其特征是包括如下步骤：(1)涂覆溶液的制备在水浴条件下，以1:5～20的量混合25w％氨水和乙醇溶液；使正硅酸乙酯溶液滴加到乙醇与氨水的混合溶液中；滴加完成后搅拌确保粒子悬浮状；室温条件下老化12-48h；(2)涂覆将碳化硅泡沫材料在涂覆溶液中浸涂，并提拉碳化硅材料使溶胶成膜均匀，待表面溶剂挥发完全后进行下一次浸涂，得到涂覆完成的碳化硅泡沫材料；(3)涂层的疏水改性处理配制十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液，将步骤2得到的涂覆完成的碳化硅泡沫材料在十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液中浸涂，进行表面化学修饰；表面化学修饰后，在干燥箱中烘干，使溶剂挥发及有机长链发生反应交联；(4)涂层附着力的提升聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯聚合物颗粒，加入二甲基甲酰胺，配制成5-50g/L的聚合物溶液；将涂层之后的碳化硅泡沫材料在聚合物溶液中浸涂10-50s，并提拉碳化...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鑫，李洪，李鑫钢，闫鹏，郭家园，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12