[发明专利]一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料及其制备方法，复合超疏水材料以具有三维多孔结构的蜜胺泡沫为基体，碳纳米管和过渡金属均匀负载在蜜胺泡沫的三维多孔结构的骨架表面；其制备方法是通过浸渍法将氧化石墨烯和过渡金属氧化物负载到蜜胺泡沫骨架上，再经过高温还原法还原氧化石墨烯及过渡金属原位催化生长碳纳米管，即得蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料。该复合超疏水材料具有稳定性好、比表面大、密度低、超疏水等特点，且其制备方法简单，产品尺寸可调。

技术领域

本发明涉及一种超疏水材料，具体涉及一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料及其制备方法，属于新型超疏水材料领域。

背景技术

在生产和生活中，具有超疏水表面的材料具有广泛的应用前景，如船舶用防生物污损涂料、无损液体运输、卫星天线的表面保洁、汽车挡风玻璃的自清洁、防污纺织品、防污建筑涂料等。固体表面自由能和表面几何结构是影响接触角的主要因素，然而接触角还受到诸如温度的变化、外界压力等其他因素的影响。

近年来，国内外对超疏水表面的研究报道越来越多。但是目前的制备技术上均存在工艺复杂、费用昂贵等因素，难以在实际中进行大规模的推广和应用的问题。另外，制备一种较长使用寿命和良好机械性能的超疏水表面仍存在难度，其制备方法和机理以及条件等需要进一步的研究。

碳纳米管(CNT)是一种典型的一维纳米材料，它因具有大的比表面积和长径比，极高的弹性模量和弯曲强度，优良的导电性和导热性以及耐强酸、强碱等特性，而被用来制备超疏水材料，以期提高超疏水材料的力学、热学、电学和抗老等性能。目前国内外关于碳纳米管超疏水材料的报道还很少见，多是采用阵列碳纳米管构成仿生超疏水性表面，这种碳纳米管超疏水表面的制备方法都是采用了构筑微纳米结构表面这一相对复杂的过程，其缺点是价格昂贵且不利于其大面积的制备和应用。如在国内，江雷等通过化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管并对其润湿性能进行了研究。该阵列碳纳米管与基底表面基本是垂直排列的，其管径均一，外径为60nm左右。测试结果表明了水在阵列碳纳米管膜表面的接触角为158.5±1.5°，且将该阵列碳纳米管用氟硅烷修饰后，水和油在该阵列碳纳米管膜表面的接触角均大于160°，显示了超双疏性。又如国外，Lau等研究了超疏水的垂直阵列碳纳米管的润湿性。这种是通过离子加强化学气相沉积法制备而成的。测试结果表明这种超疏水的垂直阵列碳纳米管的后退角和前进角分别为160°和170°。他们分析认为，低表面能和合适的粗糙度是获得一个定的超疏水表面的两个非常重要的条件。

发明内容

针对现有技术中的传统超疏水材料及其制备存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种具有接触角大、密度低、比表面大、稳定性好的蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种操作简便、成本低，材料尺寸可控的制备蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料的方法，该方法适合规模化生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料，其以具有三维多孔结构的蜜胺泡沫为基体，碳纳米管和过渡金属均匀负载在蜜胺泡沫的三维多孔结构的骨架表面。

本发明还提供了一种蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料的制备方法，该方法是将蜜胺泡沫浸入含氧化石墨烯和过渡金属氧化物的混合分散液中，经过反复挤压后取出，进行热干燥处理，得到氧化石墨烯-过渡金属氧化物/蜜胺泡沫前驱体；所述氧化石墨烯-过渡金属氧化物/蜜胺泡沫前驱体置于高温管式炉中，通过高温还原法得到蜜胺泡沫原位生长碳纳米管复合超疏水材料。

优选的方案，所述蜜胺泡沫采用醇类溶剂进行清洁预处理。醇类溶剂优选为甲醇、乙醇等。

优选的方案，所述蜜胺泡沫在含氧化石墨烯和过渡金属氧化物的混合分散液中挤压次数为5～15次。挤压5次以上，使蜜胺充分吸附氧化石墨烯和过渡金属氧化物，有利于后续碳纳米管在蜜胺多孔骨架上的原位生成。