[发明专利]导电和超疏水复合涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有超疏水性和导电性的复合涂层的制备方法。 

背景技术

近年来，具有“荷叶”效应的超疏水材料(其表面与水的静态接触角大于150度、滚动角小于5度)在科学研究和实际应用领域受到了广泛的关注，在制备自清洁表面、油水分离等领域具有广阔的应用前景。另一方面，高分子材料应用范围广、容易加工成型并且绝缘，因此赋予其超疏水性和导电性是非常有意义的，具有广阔的应用前景。然而，与无机非金属材料以及金属材料相比，能够快速、有效地将聚合物表面超疏水化的方法并不多见。 

文献[Erbil HY，Demirel AL，Avci Y，et al.Transformation of a simple plasticinto a superhydrophobic surface，Science，2003，299，5611，1377-1380]将聚丙烯溶液涂层进行真空干燥，控制球晶尺寸和形态，获得了海绵状的具有超疏水性的多孔聚丙烯涂层。然而该方法需要大量有机溶剂，应用范围有限。此外，还有模压法，例如将聚合物加热并压入具有纳米孔道的三氧化二铝模板中，冷却后去掉模板，聚合物表面上会形成纳米纤维的阵列，具有超疏水性。然而这种方法中使用的三氧化二铝模板的制备过程比较复杂，成型后还需要去除模板，因此难以获得大规模应用。 

另一方面，碳纳米管具有良好的电性能和力学性能，同时因为表面亲水官能团少而具有较好的疏水性。文献中[Kenneth K.S.Lau，JoséBico，Kenneth B.K.Teo，Manish Chhowalla，Gehan A.J.Amaratunga，William I.Milne，Gareth H.McKinley，Karen K.Gleason，Nano Letters，2003，3，12，1071-1075]利用化学气相沉淀在负载催化剂的基材上生长的碳纳米管阵列具有超疏水性和高导电性。然而，这种方法步骤较多，反应时间较长，并且化学气相沉淀需要在高温下进行，因此不适合聚合物等不耐高温的基材。迄今为止，还没有一种简便高效的方法将绝缘、疏水性普通的聚合物转化为具有超疏水性和高导电性材料的方法。 

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种简便的、利用压力渗透的原理制备具有超疏水性和高导电性的复合涂层的方法。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 

导电和超疏水复合涂层的制备方法，包括以下步骤： 

1)将基材平放在模具中，然后按照每平方厘米0.001～5克的比例将纳米碳管或纳米碳纤维平铺在基材表面；所说的基材是橡胶或塑料的板材或片材，或者是表面涂覆一层橡胶、塑料或预聚物薄层的金属、玻璃或陶瓷板； 

2)对于塑料基材或表面涂覆塑料的基材，在塑料的流动温度下，对纳米碳管或纳米碳纤维层施加10^-4Mpa～10³MPa的压力，保压10秒～72小时后，将模具冷却至室温，取出样品；对于橡胶基材或者表面涂覆橡胶或预聚物的基材，在环境温度下，对纳米碳管或纳米碳纤维层施加10^-3MPa～10³MPa的压力，保压10秒～72小时，然后进行固化或硫化，从模具中取出样品； 

3)对样品进行纯化，去除样品表层未嵌入基材表面的松散纳米碳管或纳米碳纤维。 

本发明中，所说的橡胶可以是天然橡胶、高温硫化有机硅橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙橡胶中的一种或几种。 

本发明中，所说的塑料可以是聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、尼龙、聚酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚醚砜和聚醚醚酮中的一种或几种。 

本发明中，所说的预聚物可以是室温硫化硅橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、双马来酰亚胺树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或几种。 

样品纯化方法包括超声清洗、溶液搅拌、液体冲刷或高压气体吹拂，洗涤下来的碳纳米管可以通过过滤回收再次利用。 

本发明中，在金属、玻璃或者陶瓷板表面涂覆一层橡胶、塑料或者预聚物薄层的方法如下：对于常温下是液体的预聚物，可以直接刷涂、喷涂或者旋涂在金属、玻璃或者陶瓷板表面；对于常温下是固体的橡胶、塑料和预聚物，则将其溶解在适当的溶剂中，涂膜后将溶剂挥发。