[发明专利]一种硬质耐磨的超疏水材料及制备方法

说明书

本发明公开一种硬质耐磨的超疏水材料及其制备方法，该超疏水材料为多孔硬质块体结构，以聚氨酯泡沫为模板，以聚四氟乙烯纳米颗粒为基体相，以碳纳米管为增强相，聚四氟乙烯纳米颗粒与碳纳米管的质量比为(3～24):1；该制备方法首先制备包含聚四氟乙烯纳米颗粒和碳纳米管的分散液，然后以聚氨酯泡沫为模板，利于上述分散液完全浸泡该模板直至模板的质量不再增加，最后对浸泡后的模板进行固化，高温固化使得聚氨酯泡沫模板完全分解，最终制备得到为多孔硬质块体结构的超疏水材料。本发明提供的超疏水材料具有优异的超疏水性能和耐高温性能等性能，本发明提供的制备方法工艺简单，适用于大规模生产，且制备的产品性能优异。

技术领域

本发明涉及多功能超疏水材料制备技术领域，尤其是一种硬质耐磨的超疏水材料及制备方法。

背景技术

自德国的科学家Barthlott和Neinhuis等系统阐述超疏水现象的物理化学基础以来，通过构建低表面能和微纳结构表面，不同种类的超疏水材料被制备出来，主要以涂层居多。由于涂层脆弱的粗糙结构，并且不可避免地和基体存在界面结合，这些涂层在遭受外界环境的摩擦、腐蚀、高温作用时，极易失去超疏水性能。这很大程度上阻碍了超疏水材料的大规模应用。相比起来，超疏水块状材料能很好地克服涂层耐磨性不理想的缺点，有望解决耐久性问题。但目前制备的超疏水块体大多是软质泡沫且主要用于油水分离，虽然可以制成较大的块体，但由于变形性较大，其应用性受到限制。还有的现有技术虽然制备了硬质超疏水块体，但其性能尤其是耐温性和耐磨性有待提高。

发明内容

本发明提供一种硬质耐磨的超疏水材料及制备方法，用于克服现有技术中硬质超疏水块体耐温性和耐磨性不足等缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种硬质耐磨的超疏水材料，所述超疏水材料为多孔硬质块体结构，以聚氨酯泡沫为模板，以聚四氟乙烯(PTFE)纳米颗粒为基体相，以碳纳米管(CNTs)为增强相；

所述聚四氟乙烯纳米颗粒与所述碳纳米管的质量比为(3～24):1。

为实现上述目的，本发明还提出一种硬质耐磨的超疏水材料的制备方法，所述制备方法包括：

S1：将聚四氟乙烯纳米颗粒和碳纳米管按质量比(3～24):1混合，置于有机溶剂中，超声，搅拌，得到分散液；

S2：将聚氨酯泡沫在所述分散液中循环浸泡，每次浸泡后对所述聚氨酯泡沫烘干、称重，当所述聚氨酯泡沫的质量不再增加时停止所述循环浸泡，得到填充泡沫；

S3：在惰性气氛中，对所述填充泡沫进行固化，得到硬质耐磨的超疏水材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供的硬质耐磨的超疏水材料为多孔硬质块体结构，以聚氨酯泡沫为模板，以聚四氟乙烯纳米颗粒为基体相，以碳纳米管为增强相；聚四氟乙烯纳米颗粒与碳纳米管的质量比为(3～24):1。聚氨酯泡沫高温分解易分解，其分解后可使得块体具有多孔结构，该多孔结构可以为超疏水材料内部提供微纳二级结构，当超疏水材料表面受到磨损时，其内部的微纳二级结构仍能保持超疏水性。聚四氟乙烯纳米颗粒具有良好的疏水性能、耐化学腐蚀性、耐高温性和极低的摩擦系数。碳纳米管可极大改善多孔硬质块体结构的力学性能，使得该多孔硬质块体结构能够在一般受力环境中保持结构的稳定性。因此，本发明提供的超疏水材料具有优异的超疏水性能、良好的耐线性磨擦性能、耐颗粒冲击性能、耐腐蚀性、耐高温性能等性能。

2、本发明提供的硬质耐磨的超疏水材料具有良好的耐摩擦性能。在5KPa压力、80目的砂纸上线性摩擦48m，超疏水材料表面仍能保持良好的超疏水性。由于超疏水材料的多孔结构可以不断提供微纳二级结构，在整个摩擦过程中都能保证超疏水性，这使得本发明提供的超疏水材料远远超出一般超疏水涂层和块体的耐磨性能。

3、本发明提供的硬质耐磨的超疏水材料具有良好的耐砂砾冲击性能。在经受30cm高处的4kg砂砾冲击后，仍具有很好的超疏水性能。