一種超疏水復(fù)合薄膜及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米復(fù)合材料合成領(lǐng)域，特別涉及一種超疏水復(fù)合薄膜及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水指液體在材料表面的穩(wěn)定接觸角大于150°，同時(shí)液體在材料表面的滾動(dòng)接觸角小于10°，超疏水材料具有防水、防污染、自清潔等性能，如同荷葉表面，因而備受人們關(guān)注。
[0003]目前制備超疏水薄膜的方法一般為，將碳納米管與高分子材料混合制成混合溶液，再將該混合溶液涂至親水的基底材料，如鋁箔上，制成表面具有納米小顆粒的復(fù)合薄膜，該復(fù)合薄膜表面的納米小顆粒能夠減小液體與基底材料的接觸面積，使液體維持原有的球狀，并滾落該薄膜表面。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)制成的超疏水薄膜，由于只具有表面的納米小顆粒層及該層底下的親水性的基底材料，因此液體容易穿過(guò)表面的納米小顆粒層而與基底材料發(fā)生直接接觸，使得該薄膜耐酸堿腐蝕能力較弱，從而使用壽命較短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的超疏水薄膜耐酸堿腐蝕能力較弱的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例一方面提供了一種超疏水復(fù)合薄膜。所述技術(shù)方案如下:
[0007]一種超疏水復(fù)合薄膜，所述超疏水復(fù)合薄膜包括:基底材料、第一薄膜層和第二薄膜層，所述基底材料、所述第一薄膜層、所述第二薄膜層依次貼合設(shè)置，所述第一薄膜層、所述第二薄膜層的材料均為碳納米管與全氟樹(shù)脂，且所述第一薄膜層中的全氟樹(shù)脂含量大于70 %，所述第二薄膜層中的碳納米管含量大于70 %。
[0008]另一方面，提供了一種超疏水復(fù)合薄膜的制備方法，所述制備方法包括:
[0009]步驟一:將碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂均勻混合，并將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至定量去離子水中，制成碳納米管分散液；
[0010]步驟二:將所述碳納米管分散液與全氟樹(shù)脂分散液按第一質(zhì)量比混合，制成第一混合溶液，將所述第一混合溶液噴涂至基底材料上，再將所述基底材料加熱；
[0011]步驟三:將所述碳納米管分散液與全氟樹(shù)脂分散液按第二質(zhì)量比混合，制成第二混合溶液，將所述第二混合溶液噴涂至加熱后的噴涂有所述第一混合溶液的基底材料上，再將所述基底材料加熱，制成超疏水復(fù)合薄膜。
[0012]具體地，所述步驟一:將碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂均勻混合，并將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至定量去離子水中，制成碳納米管分散液，具體包括:
[0013]將碳納米管用濃硝酸溶液浸泡10小時(shí)，
[0014]用去離子水清洗所述碳納米管上的硝酸，
[0015]將0.1-0.5g清洗后的碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂混合，將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至10mL的去離子水中，制成混合溶液，
[0016]將所述混合溶液超聲分散300-600分鐘，制成濃度為0.1% -0.5%的碳納米管分散液。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟二中將所述第一混合溶液噴涂至基底材料上，再將所述基底材料加熱，具體為:將噴涂有所述第一混合溶液的基底材料放入恒溫箱中，以180-380°C加熱10-60分鐘后，取出，所述基底材料上形成第一薄膜層。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟三中將所述第二混合溶液噴涂至加熱后的噴涂有所述第一混合溶液的基底材料上，再將所述基底材料加熱，制成超疏水復(fù)合薄膜，具體為:在噴涂有所述第一混合溶液并加熱之后的基底材料上，再噴涂第二混合溶液，然后將噴涂有所述第二混合溶液的基底材料放入恒溫箱中，以180-380°C加熱10-60分鐘后，取出，所述基底材料上形成第二薄膜層，晾干降溫后，所述超疏水復(fù)合薄膜制備完成。
[0019]具體地，作為優(yōu)選，所述步驟二中的第一質(zhì)量比、所述步驟三中的第二質(zhì)量比分別為 1/4-1/9 和 4/1-9/1。
[0020]作為優(yōu)選，所述全氟樹(shù)脂分散液中的溶質(zhì)為聚四氟乙烯、全氟烷氧基樹(shù)脂或氟化乙烯丙烯共聚物。
[0021]作為優(yōu)選，所述基底材料為鋁箔、硅片或?qū)щ姴ＡА?br>[0022]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0023]本發(fā)明通過(guò)在基底材料上依次噴涂第一混合溶液、第二混合溶液，且該第一混合溶液、第二混合溶液分別由碳納米管分散溶液與全氟樹(shù)脂分散液按照不同比例混合而成，每噴涂完一層混合溶液則加熱一段時(shí)間，從而在基底材料上依次形成第一薄膜層和第二薄膜層；
[0024]其中，所形成的第一薄膜層中的全氟樹(shù)脂含量占70 %以上，則能夠在基底材料表面形成致密的保護(hù)結(jié)構(gòu)，從而將基底材料與外界物質(zhì)，如酸堿液體等隔離開(kāi)來(lái)，使得該類物質(zhì)即使穿過(guò)第二薄膜層也不會(huì)與基底材料發(fā)生直接接觸，起到增加超疏水復(fù)合薄膜的耐酸堿腐蝕能力的作用；
[0025]第二薄膜層中的碳納米管含量占70 %以上，則能夠在第一薄膜層之上形成一層由碳納米管組成的密集分布的突起，由于第一薄膜層中已含有一定量的碳納米管，因此兩層疊加之下，所述密集分布的突起能夠達(dá)到微米量級(jí)，從而大大增加超疏水復(fù)合薄膜表面的超疏水穩(wěn)定性。
[0026]因此，由上述制備方法所制出的超疏水復(fù)合薄膜不但具有較高的超疏水穩(wěn)定性，而且還具有較強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，增加了其使用壽命，另外，超疏水復(fù)合薄膜的制備方法簡(jiǎn)單易行，所需成本也較為低廉，具有顯著的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0027]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的超疏水復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的第一薄膜層的納米尺寸電子掃描顯像圖；
[0030]圖3是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的第二薄膜層的納米尺寸電子掃描顯像圖；
[0031]圖4是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的第二薄膜層的微米尺寸電子掃描顯像圖；
[0032]圖5是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的第二薄膜層的微米尺寸檢測(cè)輪廓儀照片；
[0033]圖6是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的第二薄膜層的橫截面圖；
[0034]圖7是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的鹽水在超疏水復(fù)合薄膜表面的穩(wěn)定接觸角隨時(shí)間的變化圖；
[0035]圖8是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的液體在超疏水復(fù)合薄膜表面的穩(wěn)定接觸角隨液體酸堿度的變化圖；
[0036]圖9是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的超疏水復(fù)合薄膜表面的穩(wěn)定接觸角隨紫外線照射時(shí)間的變化圖；
[0037]其中:I基底材料，2第一薄膜層，3第二薄膜層。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0039]實(shí)施例一
[0040]一方面，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超疏水復(fù)合薄膜，所述超疏水復(fù)合薄膜包括:基底材料1、第一薄膜層2和第二薄膜層3，所述基底材料1、所述第一薄膜層2、所述第二薄膜層3依次貼合設(shè)置，所述第一薄膜層2、所述第二薄膜層3的材料均為碳納米管與全氟樹(shù)脂，且所述第一薄膜層2中的全氟樹(shù)脂含量大于70 %，所述第二薄膜層3中的碳納米管含量大于70%。
[0041 ] 其中，基底材料I上依次疊加有第一薄膜層2和第二薄膜層3，如圖2所示，第一薄膜層2中的全氟樹(shù)脂含量大于70%，則能夠在基底材料I表面形成致密的保護(hù)結(jié)構(gòu)，將基底材料I與落在其表面的酸堿液隔離開(kāi)來(lái)，起到增加超疏水復(fù)合薄膜耐酸堿腐蝕能力的作用；
[0042]如圖3所示，第二薄膜層3中的碳納米管含量大于70 %，則能夠在第一薄膜層2之上形成一層由碳納米管組成的密集分布的突起，由于第一薄膜層2中已含有一定量的碳納米管，因此兩層疊加之下，所述密集分布的突起能夠達(dá)到微米量級(jí)，從而大大增加超疏水復(fù)合薄膜外表面的超疏水穩(wěn)定性。
[0043]因此，本發(fā)明的超疏水復(fù)合薄膜不但具有較高的超疏水穩(wěn)定性，而且還具有較強(qiáng)的耐酸堿腐蝕能力，其使用壽命較長(zhǎng)。
[0044]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種超疏水復(fù)合薄膜的制備方法，所述制備方法包括:
[0045]步驟一:將碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂均勻混合，并將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至定量去離子水中，制成碳納米管分散液；
[0046]步驟二:將所述碳納米管分散液與全氟樹(shù)脂分散液按第一質(zhì)量比混合，制成第一混合溶液，將所述第一混合溶液噴涂至基底材料I上，再將所述基底材料I加熱，加熱至丙烯酸樹(shù)脂分解、全氟樹(shù)脂融化為佳；
[0047]步驟三:將所述碳納米管分散液與全氟樹(shù)脂分散液按第二質(zhì)量比混合，制成第二混合溶液，將所述第二混合溶液噴涂至加熱后的噴涂有所述第一混合溶液的基底材料I上，再將所述基底材料I加熱，加熱至所述丙烯酸樹(shù)脂分解、所述全氟樹(shù)脂融化為佳，制成超疏水復(fù)合薄膜。
[0048]其中，全氟樹(shù)脂分散液可直接購(gòu)買得到，為現(xiàn)有技術(shù)。
[0049]具體地，所述步驟一:將碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂均勻混合，并將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至定量去離子水中，制成碳納米管分散液，具體包括:
[0050]將碳納米管用濃硝酸溶液浸泡10小時(shí)，目的在于將碳納米管中攜帶的雜質(zhì)清除；碳納米管選用多壁碳納米管或單壁碳納米管皆可，但優(yōu)選較為便宜的多壁碳納米管，節(jié)約成本；
[0051]用去離子水清洗所述碳納米管上的硝酸，去離子水中的正負(fù)離子已去除，保證清洗后的碳納米管的純度，當(dāng)沖洗碳納米管后的去離子水的PH值變成7時(shí)，代表碳納米管中的硝酸已徹底洗凈，則停止沖洗；
[0052]將0.1-0.5g清洗后的碳納米管與等質(zhì)量的丙烯酸樹(shù)脂混合，將混合的碳納米管與丙烯酸樹(shù)脂加入至10mL的去離子水中，制成混合溶液；
[0053]將所述混合溶液超聲分散300-600分鐘，制成濃度為0.1% -0.5%的碳納米管分散液。
[0054]制備碳納米管分散液所選的丙烯酸樹(shù)脂的分子量可介于10000至20000之間，優(yōu)選分子量16000的丙稀酸樹(shù)脂。
[0055]由于納米級(jí)別的碳納米管容易發(fā)生團(tuán)聚，而丙烯酸樹(shù)脂作為一種高分子表面活性劑，能夠在與碳納米管混合并經(jīng)超聲分散