[发明专利]具有自洁防冰光致热除冰特性的碳纳米管接枝聚氯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有自洁防冰光致热除冰特性的碳纳米管接枝聚氯乙烯复合材料及其制备方法，本发明首先采用混合酸超声纯化处理原生碳纳米管，得到的纯化羧基化碳纳米管经过钠盐化制得钠化羧基化碳纳米管，其在相转移剂作用下与含双键的卤代烃修饰体发生酯化反应，制得具有反应活性的可修饰碳纳米管，随后在引发剂作用下与氯乙烯进行悬乳接枝聚合，最终制得所述复合材料；该复合材料具有很高的光吸收率，能有效将光转换成热，具有表面自润滑性，实现疏冰和光热除冰完美结合，可以延迟结冰和轻松去除冰，易于加工成型，碳纳米管用量小，生产成本低，易实现规模生产。

技术领域

本发明涉及一种低成本具有自洁防冰和光致热除冰特性的碳纳米管接枝聚氯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

冰的积累可能会对设施导致严重的问题，破坏飞机作战性能，破坏光学透镜，影响能量传输系统、电源线、风力涡轮机、船、公路以及建筑施工等。因此，必须采取防冰或除冰措施来减轻结冰的负面影响。

在不同的方法中，喷洒除冰的剂是很受欢迎方法，但该方法会引起越来越多的环境问题。应用水滴在超疏水材料表面的滑动或反弹，防止冷冻前冰晶的形成，这种方法在冰的形成初始阶段或在湿度低的环境下可有效地防止冻结的发生。然而，在高湿度条件下，随着时间的推移，水分很容易在具有粗糙结构的超疏水表面凝聚，一旦发生这种情况，液滴将“成长”快，最后冻成冰层。除冰的另一种方法是减少冰和基板之间的附着力和抗拉强度，从而使冰可以很容易地通过自然力，如风，重力，或振动去除，这种方法将需要机械力或加热，这就大大限制使用范围和利用效率。

现在没有一个真正的材料其表面能够完美地防止潮湿同时在寒冷环境中的防止冰堆积。在众多纳米材料中可以执行这个功能，因为碳纳米管作为近似黑体的材料具有优异的光吸收和光热转换特性，而且其纳米尺寸结构赋予了材料疏水特性。但是碳纳米管价格昂贵，如何实现碳纳米管在防冰/除冰材料方面的应用是急需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种具有自洁防冰和光致热除冰特性、低成本的碳纳米管接枝聚氯乙烯复合材料的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有自洁防冰光致热除冰特性的碳纳米管接枝聚氯乙烯复合材料，按如下方法制备得到：

(1)将碳纳米管、酸剂、氧化剂混合，超声(0.5～15h)，离心，洗涤至pH：6.5～7.0，得到羧基化碳纳米管；将所得羧基化碳纳米管与氢氧化钠、去离子水混合，超声分散(1～30min)，离心，洗涤至pH：7.0-7.5，干燥(110℃)后研磨得到钠化羧基化碳纳米管；

所述碳纳米管、酸剂、氧化剂、氢氧化钠、去离子水的质量比为0.1～10：100：20～100：0.1～10：0.1～10；

所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管，其内径为5～10nm，外径为10～50nm，长度为10～30μm；

所述酸剂为浓硫酸(98wt％)、浓硝酸(65wt％)、浓盐酸(37wt％)、高锰酸(98wt％)中的一种或几种；

所述氧化剂为浓硫酸(98wt％)、浓硝酸(65wt％)、高锰酸钾、过氧化氢水溶液(30wt％)、过二硫酸铵中的一种或几种；

所述超声的功率为500～2000w，温度为30～40℃；

所述洗涤使用95％乙醇水溶液；

(2)将步骤(1)所得钠化羧基化碳纳米管与去离子水、相转移剂、含双键的卤代烃修饰体混合，加热至沸腾，搅拌(100～200rpm)条件下回流反应8～24h，之后离心，洗涤，干燥(80-110℃)并研磨后，于80～85℃下用四氢呋喃(THF)抽提2～24h，最后干燥(50～70℃，1～15h)，研磨，得到具有反应活性的可修饰碳纳米管；