一种超疏水自清洁材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超疏水自清洁材料的制备方法：先将硅橡胶与硫化剂按１００∶（０．５～３）的质量份数比混合，开炼，制备预混胶；再将石墨进行氟化后，按质量份数比将聚丙烯（１００ｐｈｒ）、氟化石墨（１～５０ｐｈｒ）、预混胶（１～５０ｐｈｒ）、抗氧剂（０．５～３ｐｈｒ）、硬脂酸（０．５～３ｐｈｒ）、甘油（０．５～３ｐｈｒ）混合，用双螺杆挤出机挤出，再用造粒机造粒，得到共混颗粒；共混颗粒用平板高温压机压制成板，板材用８０＃～６００＃砂纸后去除表面碎屑，即得所需的超疏水自清洁材料。用本发明专利技术方法制得的超疏水自清洁材料，能达到良好的超疏水、自清洁效果，同时加工方法简单，具有很好的应用前景和经济价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有超疏水表面的具有自清洁功能的聚合物材料的制备方法，属 于材料表面改性

技术介绍
自然中许多物体表面都具有超疏水和自清洁功能，例如蝴蝶的翅膀、荷叶及其它 许多植物的叶片。其中，最著名的是荷叶表面的超疏水现象。荷叶表面的水珠基本呈球形， 这些水珠不能稳定地停留在荷叶表面，荷叶只需倾斜一个很小的角度，水珠便会从荷叶表 面滚落，水珠滚动的同时也把荷叶表面的灰尘等污染物带走，从而保持荷叶表面的干净，荷 叶表面的这种自清洁现象称为荷叶效应。“荷叶效应”目前也成为国内外学者关注的热点。荷叶表面的电镜照片显示其表面 有许多20 40 μ m的乳突，在乳突上具有更小的蜡状晶体，正是荷叶的这种表面疏水的化 学结构及双层微细粗糙结构使其具有超疏水的自清洁效应。除了荷叶以外，自然界中还有 很多植物的表面具有超疏水性，如芋头叶、甘蓝、水稻等，研究表明，这些超疏水植物叶表面 的超疏水性是由于疏水的表皮蜡晶体和粗糙的表面微观结构共同决定的。与此同时，许多 动物的身体上也存在超疏水现象，如水黾的腿表面、蝴蝶的翅膀、鸟的羽毛等也都是超疏水 表面。因此，大量学者将表面水接触角(WCA)大于150°，且具有较小的滞后性(水滑移角 小于10° )的材料，称之为超疏水材料。由于超疏水表面与水滴的接触面积非常小，且水滴极易从表而滚落，因此，超疏水 表面不仅具有自清洁功能，而且还具有防电流传导、防腐蚀、防水、防雾、防霉、防雪、防霜 冻、防黏附、防污染等功能，因而在建筑、服装纺织、液体输送、生物医学、日用品与包装、交 通运输工具以及微观分析等领域都具有广泛的应用前景。影响材料表面润湿性的主要因素有材料表面能、表面粗糙度以及表面微_纳米 结构。简单地讲，制备超疏水表面有两种途径一种是在具有低表面能的疏水性材料表面 进行表面粗糙化处理；另一种是在具有一定粗糙度的表面上修饰低表面能物质。第一种途 径，大多是在含氟聚合物、有机硅树脂以及其他有机或者少数无机材料表面进行处理，用以 得到超疏水表面。第二种途径主要采用刻蚀技术(Guo Z，Zhou F,Hao J,Liu W.J Colloid Interface Sci 2006 ;303 :298_305)、激光和等离子体处理、溶胶-凝胶法(Shirtcliffe NJ, McHale G,Newton MI,Perry CC,Roach P. Porous materials show superhydrophobic to superhydrophi 1 ic switching. Chem Commun 2005 :3135_7)、相分离法(Li X, Chen G, Ma Y, Feng L，Zhao H. Polymer 2006 ;47 :506_9.)、层层自组装法(Zhai L, Cebeci FC, Cohen RE, Rubner MF. Stable superhydrophobic coatings from polyelectrolyte multilayers. Nano Lett2004 ;4 :1349_53)、电纺丝技术、模板法(Li J,Fu J, Cong Y, Wu Y, Xue L. J, Han YC. Appl Surf Sci 2006 ；252 (6) :2229_34)、化学气相沉积法等等。目前报道的超疏水表面的制备方法大多需用到特殊的设备和价格昂贵的氟硅化 合物，不适于制备大面积超疏水表面涂层。从实际应用角度考虑，现在的超疏水表面的强度和持久性差，使得这种表面在许多场合的应用受到限制，表面的微结构也因机械强度差而 易被外力破坏，导致超疏水性的丧失。由于现在世界范围内低碳环保的趋势，迫切需要开发简单可行、环保经济的超疏 水材料的制备方法。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种简单易行的超疏水自清洁材料的制备方 法，是通过以下技术方案实现的，其特征在于，所述方法步骤如下1)将硅橡胶与硫化剂按100 (0. 5 3)的质量份数比在20°C 50°C的双辊开 炼机上开炼5 10分钟，制备预混胶放置备用；2)将石墨装入反应器中，在50°C真空干燥5 24小时，连续充氮气，抽真空，以保 证反应前无氧气；配制氟气体积浓度为5-20%的氟气与氮气的混合气体；将氟气与氮气的 混合气体引入到反应器中，处理时间为10分钟至48小时，氟化温度为0°C 100°C，反应完 毕抽真空换氮气5 10次，取出即得氟化石墨；(其中反应后抽出的气体通入碱水无害化 处理)3)将步骤2)得到的氟化石墨与预混胶、聚丙烯以及抗氧剂、硬脂酸、甘油按以下 质量份数比混合聚丙烯100氟化石墨1 50预混胶1 50抗氧剂1010 0.5 3硬脂酸0.5 3甘油0.5 3，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为160 220°C、转速为20 300r/min)；再用造 粒机造粒，制备出共混颗粒；4)将步骤3)制得的共混颗粒用平板高温压机压制成板，温度为170 220°C，压 力为0 lOMPa，保压时间为1 15min ；并用冷压机冷压，冷压压力为0 lOMPa，保压时 间为1 15min ；5)将步骤4)得到的板材用80# 600#砂纸打磨IOs lOmin，用鼓风机鼓风去除 表面碎屑，即得到所需的超疏水自清洁材料。其中，硫化剂为2，5_ 二甲基-2，5_双(过氧化叔丁基)己烧，(由阿克苏诺贝尔 生产TrigonoxlOl，简称双二五)。抗氧剂1010为四汽巴CIBA公司生产的[甲基-β - (3，5_ 二叔丁基_4_羟基苯 基)丙酸酯]季戊四醇酯。有益效果通过接触角测定仪，万能试验机对本专利技术的自清洁材料的疏水性(纯水的静态接 触角、纯水的动态接触角)、材料的力学性能(冲击强度、拉伸强度)进行测试，测试结果 表明，本专利技术的静态接触角为151 159° °，滑移角均小于8 10°，拉伸强度为12 417MPa，冲击强度为18 30kJ/m2。从图1的SEM图片显示，砂纸打磨后，使得材料的表面粗 糙化，并且产生了纳米微米复合结构，从而使得材料具有了超疏水性质。该产品符合自清洁 材料要求，可以很好的达到超疏水、自清洁效果，同时加工方法简单，适于中国目前国情，易 于推广生产，具有很好的应用前景和经济价值。本专利技术的超疏水自清洁材料的基体内部和表面具有相同成分，当表面受损后，只 要再次打磨，就又可以产生所需要的超疏水表面。附图说明图1 打磨前后氟化石墨/硅橡胶/聚丙烯=15/20/100 (/phr)样品表面的SEM照 片其中图Ia为打磨前的表面，图Ib为打磨后的表面，放大倍数为100倍，图Ic为打磨后的表面，放大倍数为2000倍，图Id打磨后的表面，放大倍数为5000倍具体实施例方式实施例11)将硅橡胶与硫化剂(双二五)按100 0. 5的质量份数比在双辊开炼机上(温 度为20°C )开炼5分钟。将预混胶放置备用。2)将石墨进行氟化。配制氟气浓度为5% (体积分数)的氟气与氮气的混合气体； 将装入反应器中的石墨，在50°C真空干燥10小时，连续充氮气，抽真空，以使反应前保证无 氧气；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，氟化温度为0°C，处理时间为3小时，反应 完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：１）将硅橡胶与硫化剂按１００∶（０．５～３）的质量份数比在２０℃～５０℃的双辊开炼机上开炼５～１０分钟，制备预混胶放置备用；２）将石墨装入反应器中，在５０℃真空干燥５～２４小时，连续充氮气，抽真空，以保证反应前无氧气；配制氟气体积浓度为５－２０％的氟气与氮气的混合气体；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，处理时间为１０分钟至４８小时，氟化温度为０℃～１００℃，反应完毕抽真空换氮气５～１０次，取出即得氟化石墨；３）将步骤２）得到的氟化石墨与预混胶、聚丙烯以及抗氧剂、硬脂酸、甘油按以下质量份数比混合：聚丙烯　１００氟化石墨　１～５０预混胶　１～５０抗氧剂１０１０　０．５～３硬脂酸　０．５～３甘油　０．５～３，用双螺杆挤出机挤出，挤出温度为１６０～２２０℃、转速为２０～３００ｒ／ｍｉｎ）；再用造粒机造粒，制备出共混颗粒；４）将步骤３）制得的共混颗粒用平板高温压机压制成板，温度为１７０～２２０℃，压力为０～１０ＭＰａ，保压时间为１～１５ｍｉｎ；并用冷压机冷压，冷压压力为０～１０ＭＰａ，保压时间为１～１５ｍｉｎ５）将步骤４）得到的板材用８０＃～６００＃砂纸打磨１０ｓ～１０ｍｉｎ，用鼓风机鼓风去除表面碎屑，即得到所需的超疏水自清洁材料。其中，硫化剂为２，５－二甲基－２，５－双（过氧化叔丁基）己烷。...

【技术特征摘要】
一种超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下1)将硅橡胶与硫化剂按100∶(0.5～3)的质量份数比在20℃～50℃的双辊开炼机上开炼5～10分钟，制备预混胶放置备用；2)将石墨装入反应器中，在50℃真空干燥5～24小时，连续充氮气，抽真空，以保证反应前无氧气；配制氟气体积浓度为5 20％的氟气与氮气的混合气体；将氟气与氮气的混合气体引入到反应器中，处理时间为10分钟至48小时，氟化温度为0℃～100℃，反应完毕抽真空换氮气5～10次，取出即得氟化石墨；3)将步骤2)得到的氟化石墨与预混胶、聚丙烯以及抗氧剂、硬脂酸、甘油按以下质量份数比混合聚丙烯100氟化...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭卫红，高磊，陈冠龙，牟海燕，周建刚，蔡伟，张桂新，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[]