专利名称：一种导电超疏水碳纳米管/聚合物复合薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及功能材料领域，具体的说是涉及一种高接触角和低滚动角的导电碳纳米管复合膜，以及利用静电纺丝技术的、可大规模生产导电碳纳米管/磺化聚四氟乙烯复合膜的制备方法及其用途。
背景技术：
碳纳米管由于其特殊的电学、磁学和力学性质而具有重要的研究价值，在家电行业也有着广泛的应用前景。在我国冬天，尤其是寒冷的北方地区经常下雪，有时积雪可达一尺多厚，积雪会对我们的生活造成许多不便，比如积雪覆盖在屋顶的卫星接收天线上，收看电视节目的质量就要受影响，但如果天线表面采用纳米材料的话，就不会出现这个问题了。 我们都知道，空调在夏天制冷时，室内机换热器上会有大量的冷凝水，需要专门的排水管排出室外，这样会消耗一定能量，还容易出现管路漏水现象，造成一定不便。同样，冬天空调制热时，室外温度过低，容易导致换热器结霜，空调不得不经常停止工作来除霜。这样不仅浪费电能，还容易出现各种故障。但如果将换热器的表面用超疏水材料处理过以后，就不会出现这种现象了。碳纳米管超疏水材料由于具有优良的性能，使其在许多方面呈现出广泛的应用前景。随着其生产技术和加工工艺的不断进步完善，制造成本相应的降低，其在电器及其他行业上的应用将会越来越广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在任何材料、任何形状的基底上具有高接触角和低滚动角的超疏水、酸和碱溶液、极高的自洁能力、且在酸性和碱性溶液的存在下导电性不发生变化的导电碳纳米管复合膜。本发明的目的在于提供一种利用静电纺丝技术的、可大规模生产上述导电碳纳米管复合膜的制备方法。本发明提供一种上述导电碳纳米管复合膜的制备方法，其利用了静电纺丝技术， 具体包括如下步骤(1)将多壁碳纳米管，用溶剂进行超声分散，浓度为l_20g ·Ι^，得到多壁碳纳米管溶液。(2)加入磺化聚四氟乙烯，其中磺化聚四氟乙烯与碳纳米管的质量比为 (0.01-0. 20) 1。震荡均勻或静置20分钟，使得加入的磺化聚四氟乙烯均勻的分散与碳纳米管溶液中。(3)将步骤( 制得的导电碳纳米管混合溶液装入现有的纺丝装置的给液溶液中，纺丝工作距离(针尖到接收装置之间的距离)为8-16cm;开启高压电源，调节纺丝电压为10-20kV，导电碳纳米管混合电纺液从喷嘴装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的导电碳纳米管复合膜。所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分；所使用的高压直流电源的输出电压为0-30KV，给液装置是通过重力给料，喷射装置是用单喷射头喷射，接收装置为以形状各异的导电金属板、金属网、金属薄膜或导电玻璃作为导电收集器，或是在上述导电收集器上加载一不导电的接收器(例如玻璃片)。本发明提供一种上述导电碳纳米管复合膜的用途。该在全PH值范围内具有荷叶效应的导电碳纳米管复合膜可以在任何材料、任何形状的基底上成膜，可用作抗电磁屏蔽材料、抗静电材料、抗腐蚀材料、船舶或飞机防污染材料、隐身材料、微流体和无损失流体传输。
具体实施例方式实施例11)将多壁碳纳米管溶于三氯甲烷中，多壁碳纳米管加入量为20mg/g溶剂，将混合物搅拌》1，得到碳纳米管溶液；2)按每克碳纳米管溶液IOOmg的量将磺化聚四氟乙烯加入到步骤1)制得的碳纳米管溶液中，混合均勻，得到混合电纺液；3)将步骤2、制得的导电碳纳米管混合溶液装入现有的纺丝装置的给液装置中， 纺丝工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为8cm;开启高压电源，调节纺丝电压至 10KV，导电碳纳米管混合电纺液从喷射装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的导电聚苯胺复合膜。所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分； 所使用的高压直流电源的输出电压为0-30KV，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一长方形的导电金属板。使用接触角测定仪，测定了 pH值为0.25-13. 68范围内的溶液在该导电碳纳米管复合膜表面的静态接触角，水滴在该导电碳纳米管复合膜表面静态接触角为 166. 5士2. 45°得出该复合膜在纯水或不同pH溶液中具有极高的接触角。当测样台倾斜约为的4. 7°时，液滴从复合膜表面滚落。该导电碳纳米管复合膜对纯水、对酸性和碱性溶液表现出160°，因而该复合膜可以表现出极高的自青洁能力。使用方块电阻测试方法，证明该导电高分子复合膜在酸性和碱性溶液的存在下， 导电性不发生变化。实施例21)将多壁碳纳米管溶于无水乙醇中，多壁碳纳米管加入量为10mg/g溶剂，将混合物搅拌》1，得到碳纳米管溶液；2)按每克碳纳米管溶液50mg的量将磺化聚四氟乙烯加入到步骤1)制得的碳纳米管溶液中，混合均勻，得到混合电纺液；3)将步骤2、制得的导电碳纳米管混合溶液装入现有的纺丝装置的给液装置中， 纺丝工作距离(针尖到接受装置之间的距离)为16cm;开启高压电源，调节纺丝电压至 20KV，导电碳纳米管混合电纺液从喷射装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的导电聚苯胺复合膜。所述现有的纺丝装置包括高压直流电源、给液装置、喷射装置和接收装置四部分； 所使用的高压直流电源的输出电压为0 30KV，给液装置是通过重力给料，喷射装置采用单喷射头喷射，接收装置为一金属片，其上加载一不导电的玻璃片。使用接触角测定仪，测定了 pH值为0. 25-13. 68范围内的溶液在该导电碳纳米管复合膜对纯水、对酸性和碱性溶液表现出160°接触角，和小于5°的滚动角，因而该复合膜可以表现出极高的自清洁能力。使用方块电阻测试方法，证明该导电高分子复合膜在酸性和碱性溶液的存在下， 导电性不发生变化。
权利要求
1.一种导电超疏水碳纳米管/磺化聚四氟烯复合薄膜，其特征是所述薄膜是为疏松多孔薄膜，孔隙直径为IOnm-IO μ m，薄膜与水的接触角在150° -165°之间，水滴在薄膜上的滚动角小于10°。
2.制备权利要求1所述的超疏水导电薄膜，其制备方法如下(1)将多壁碳纳米管用溶剂进行超声分散，浓度为IIOg^-1,得到多壁碳纳米管溶液。(2)加入磺化聚四氟乙烯，其中磺化聚四氟乙烯与碳化纳米管的质量比为 (0.01-0. 20) 1。震荡均勻或静置20分钟，使加入的磺化聚四氟乙烯均勻的分散与碳纳米管溶液中。(3)将制备的导电液装入现有的纺丝装置中，纺丝工作距离为8-16cm，开启高压电源， 调节纺丝电压至10-20kV。导电碳纳米管溶液从喷嘴装置喷出，并在喷丝口处形成Taylor 锥，随后溶剂挥发，在接收装置上得到固化的导电碳纳米管复合膜。
3.根据权利要求2规定的超疏水导电碳纳米管/磺化聚四氟乙烯的制备方法，其特征为所述的溶剂为无水乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、二甲苯中任何一种或它们的混合物。
4.如权利要求2规定的超疏水碳纳米管/磺化聚四氟乙烯的制备方法，其特征为所述的乙醇为无水乙醇或95%的乙醇；搅拌时间为1-10分钟。
全文摘要
一种导电超疏水碳纳米管/磺化聚四氟烯复合薄膜及其制备方法，本发明涉及一种导电超疏水复合薄膜，复合薄膜由碳纳米管和磺化聚四氟乙烯共聚物组成。该复合薄膜的制备方法包括将多壁碳纳米管和磺化聚四氟乙烯溶于溶剂中，得到导电碳纳米管混合溶液，最后利用静电纺丝装置。在接受装置上得到固化的导电碳纳米管复合膜。该复合膜在全pH值范围内对纯水，酸性和碱性溶液下表现出极高的接触角和自洁能力。同时该导电高分子复合膜在酸性碱性液存在下，导电性不发生变化。
文档编号D01D5/00GK102352547SQ20111019987
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者沈健芬, 郑睿 申请人:沈健芬, 郑睿