一种碳纳米管陶瓷涂料及其使用方法技术

本发明专利技术属于疏水陶瓷涂料领域，具体涉及一种碳纳米管陶瓷涂料及其使用方法。本发明专利技术对碳纳米管进行物理及疏水改性处理，解决了碳纳米管具有亲水性，分散均匀性及在有机溶剂中的溶解度较差的问题，再使其与疏水剂、有机溶剂充分混合制成涂层，能在基底形成一种均匀的微纳结构，提供疏水所需要的粗糙度，从而产生大的疏水角。同时由于纳米级尺寸，粉末易被充足的有机溶剂及树脂覆盖，提供粗糙度的同时也能保持良好的结合力，制备的涂层兼具疏水、高结合力、持久防冰的优异性能。本发明专利技术的材料成本低廉，使用工艺简单，能大规模量产，对疏水涂料的实际应用具有指导性的意义。实际应用具有指导性的意义。实际应用具有指导性的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管陶瓷涂料及其使用方法


[0001]本专利技术属于疏水陶瓷涂料领域，具体涉及一种碳纳米管陶瓷涂料及其使用方法，该碳纳米管陶瓷涂料制备的涂层兼具疏水、高结合力、持久防冰的优异性能。

技术介绍

[0002]疏水表面在自然界中随处可见，如荷叶、果蝇翅膀、沙漠甲虫。近年以来，疏水表面在防冰、防腐蚀、自清洁、油水分离等领域应用广泛。
[0003]常见构建疏水表面的方式主要有两种：其一是在基底构建一定的粗糙度(微纳结构)；其二是利用低表面能物质修饰基底。在现有的技术中，疏水涂层通常都含有无机纳米颗粒，如二氧化硅、碳酸钙、氧化钛等，一定量的纳米颗粒相互堆积在基底表面，能够形成一种粗糙的微纳结构，其表面能低，疏水性好。然而，对于大多疏水性较好的涂层，纳米颗粒会从有机溶剂及疏水剂表面溢出，颗粒容易脱落，结合力较差，一段时间后，由于微纳结构破坏，涂层的疏水防冰性能大打折扣。同时，当处于结露、结霜等外界环境时，涂层表面的微纳结构和低表面能物质易被霜或露覆盖，失去原本的疏水和防冰特性。这些问题限制了其在疏水领域中的广泛应用。
[0004]此外，随着对疏水涂层的深入研究，发现疏水性好的涂层，防冰性并非一定好。对于结合力较差的涂层，随着时间推移，由于表面纳米颗粒的脱落，涂层表面会产生更多凹槽缺陷，当液滴有足够的动能去撞击涂层表面时，可能被固定在粗糙表面的凹槽处，导致更多的非均匀成核，从而发生结冰现象，而结合力好的涂层，可以有效避免这一现象发生。

技术实现思路

[0005]针对上述存在问题或不足，为解决现有疏水涂层的结合力和疏水性难以兼顾，疏水防冰性难以持久的问题，本专利技术提供了一种碳纳米管陶瓷涂料及其使用方法。本专利技术制备的涂层兼具疏水、高结合力、持久防冰的优异性能，可应用于各种常见的基材。
[0006]一种碳纳米管陶瓷涂料，包括A、B两种组分。
[0007]其中A组分按质量比计为：碳纳米管粉末0～1wt％(0不取)，聚二甲基硅氧烷3～10wt％，环氧树脂5～15wt％和乙酸乙酯60～90wt％，A组分当中各组分的质量之和为100％。
[0008]所述碳纳米管粉末经RF等离子体法，和1:1～5:1混合的浓硫酸和浓硝酸中改性处理过，长度为10～50nm。
[0009]B组分按质量比计为：钛酸酯10～40wt％和间苯二甲胺60～90wt％，B组分当中各组分的质量之和为100％。
[0010]进一步的，所述聚二甲基硅氧烷粘度为2000～5000mPa.s。
[0011]进一步的，所述碳纳米管粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1、待等离子体弧运行稳定后，将原始多壁碳纳米管通过载气喷入等离子体弧中，待无序碳纳米管全部进入等离子体弧内部后，输入边气和中心气，经过1～10小时，碳纳
米管被工作气体带出等离子体弧，并收集。
[0013]步骤2、将步骤1制备得到的碳纳米管干燥后研磨处理。
[0014]步骤3、将步骤2得到的碳纳米管放入1:1～5:1混合的浓硫酸和浓硝酸中，酸处理1到10小时，即得碳纳米管粉末。
[0015]进一步的，所述步骤1中载气、边气、中心气和工作气体为氮气、空气、氩气和氧气中的一种或多种，流量为1～5m3/h，无序碳纳米加料速率为5到15g/min。
[0016]进一步的，所述步骤2干燥的方式为常温干燥1～7天或30～100摄氏度烘干。
[0017]进一步的，所述步骤3的浓硫酸浓度为15mol/L～20mol/L，浓硝酸浓度为15mol/L～20mol/L。
[0018]上述碳纳米管陶瓷涂料的使用方法，具体步骤如下：
[0019]步骤1、将涂料A组分和涂料B组分，按质量比A:B＝1:1～10:1的比例分散混匀，得混合液。
[0020]步骤2、将步骤1所得混合液涂覆于基材表面，待其干燥即可形成碳纳米管陶瓷涂层。
[0021]进一步的，所述步骤1分散的方式为超声分散2～10分钟。
[0022]进一步的，所述步骤2干燥的方式为常温干燥1～7天或30～100摄氏度烘干。
[0023]进一步的，所述步骤2涂覆的方式为喷涂或旋涂；其中喷涂时的距离10～40cm，空气压力20～40psi。
[0024]碳纳米管作为一维纳米粉末，具有重量轻，力学性能好等优势，容易悬浮在有机溶剂表面，形成一种表面能低、坚硬的微纳结构。但由于其具有亲水性，且分散均匀性及在有机溶剂中的溶解度较差，因此无法直接用于疏水涂料。
[0025]本专利技术将碳纳米管粉末经物理及疏水改性处理：通过RF等离子体法处理降低碳纳米管的长径比，提高其在有机溶剂中的溶解度；并经酸处理使得碳纳米管表面携带羧基和羟基，能与乙酸乙酯发生取代反应，使其在有机溶剂中铺展的更加均匀；最终将改性后的碳纳米管与疏水剂混合用作疏水涂料的组分，使得具备疏水性。由这种改性碳纳米管制备的涂层能在基底形成一种低表面能的微纳结构，提供疏水所需要的粗糙度，产生大的疏水角。同时粉末被充足的有机溶剂及疏水剂覆盖，提供粗糙度的同时也能保持良好的结合力，粉末不易脱落和被破坏，涂层耐久性好。此外，由于纳米级尺度，使得涂层的表面平整度变好，表面不易形成大的凹槽缺陷，能够明显减少非均相成核，抑制结冰的发生。
[0026]综上所述，本专利技术提供的碳纳米管陶瓷涂料适应用于各类基材，制备的碳纳米管陶瓷涂层兼具疏水、高结合力、持久防冰的优异性能，而高结合力可以延缓涂层的破坏和老化，提高涂层的耐久性。此外，本专利技术制备的涂层可应用于沿海地区的船舶、高山沿海地区的风机扇叶等场景，以及应对多种恶劣的气候环境。
附图说明
[0027]图1是实施例1的涂层水接触角。
[0028]图2是实施例2的涂层水接触角。
[0029]图3是实施例3的涂层水接触角。
具体实施方式
[0030]下面通过实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述。
[0031]以下实施例中：采用超声波清洗机(JP
‑
010T)分散碳纳米管陶瓷涂料组分A、组分B的混合物；采用气动喷枪(W
‑
71，HOKIA)在基底表面喷涂碳纳米管陶瓷涂料；采用鼓风干燥箱(DHG
‑
9240A)固化喷涂完成的基材；采用接触角测量仪(JC2000D)测试涂层的水接触角；采用冰箱(BCD
‑
68S138E)测试涂层的防冰性能。
[0032]实施例1：
[0033]待等离子体弧运行稳定后，将原始多壁碳纳米管通过氮气喷入等离子体弧中，控制氮气流量使加料速率保持10g/min，同时输入流量4m3/h的空气和1.5m3/h的氩气，反应6小时，碳纳米管被氮气带出等离子体弧。
[0034]将制备的碳纳米管放入烘箱内，烘箱设置温度50℃，保温2小时。
[0035]将干燥完毕的碳纳米管放入研磨泵，充分研磨3分钟，得碳纳米管粉末。
[0036]将研磨完毕的碳纳米管粉末放入1:1混合的浓硫酸和浓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管陶瓷涂料，包括A、B两种组分，其特征在于：A组分按质量比计为：碳纳米管粉末0～1wt％，0不取；聚二甲基硅氧烷3～10wt％，环氧树脂5～15wt％和乙酸乙酯60～90wt％，A组分当中各组分的质量之和为100％；所述碳纳米管粉末经RF等离子体法，和1:1～5:1混合的浓硫酸和浓硝酸中改性处理，长度为10～50nm；B组分按质量比计为：钛酸酯10～40wt％和间苯二甲胺60～90wt％，B组分当中各组分的质量之和为100％。2.如权利要求1所述碳纳米管陶瓷涂料，其特征在于：所述聚二甲基硅氧烷粘度为2000～5000mPa.s。3.如权利要求1所述碳纳米管粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、待等离子体弧运行稳定后，将原始多壁碳纳米管通过载气喷入等离子体弧中，待无序碳纳米管全部进入等离子体弧内部后，输入边气和中心气，经过1～10小时，碳纳米管被工作气体带出等离子体弧，并收集；步骤2、将步骤1制备得到的碳纳米管干燥后研磨处理；步骤3、将步骤2得到的碳纳米管放入1:1～5:1混合的浓硫酸和浓硝酸中，酸处理1到10小时，即得碳纳米管粉末。4.如权利要求3所述碳纳米管粉末的制备方法，其特征在于：所述步骤1中载...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林博，张翰轩，张澎，刘志杰，尹良君，李泉涌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：