一种超疏水电线及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种超疏水电线及其制备方法，包括：将聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液；以多孔阳极氧化铝为模版，将聚四氟乙烯薄膜贴于所述多孔阳极氧化铝的下方，以N,N-二甲基甲酰胺和脱气水为固化溶液，将所述前驱体溶液挤出，得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜，然后卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表面；将电线浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。由于聚丙烯腈层具有超细纤维结构，从而为薄膜材料提供了超粗糙表面，涂覆极疏水的氟烷基硅氧烷后得到超疏水电线。本发明采用的原料价格低廉，且工艺简单，可操作性强，有益于工业化的扩大生产及推广应用，制备的超疏水电线具有良好的超疏水性能。
【专利说明】一种超疏水电线及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力安全【技术领域】，尤其涉及一种超疏水电线及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国电力行业的迅猛发展以及国内对电能需求的不断提高，远距离输电势在必行，而海底电线电缆因其在跨越复杂地形中的优势，在远距离电力传输中被广泛应用。由于海底电线电缆在使用中直接暴露于海水中，易被海水带来严重影响，因此，海底电线电缆采用超疏水材料制备。
[0003]目前超疏水材料的研究已经十分成熟，通过熔融烷基烯酮二聚体的固化、聚丙烯的等离子体聚合/刻蚀以及相分离等手段得到粗糙表面，并使用氟烷基硅氧烷涂覆即可实现多种不同方式得到超疏水表面。
[0004]但就以上几种手段来说，熔融烷基烯酮二聚体的固化温度的选择具有难度、等离子体聚合/刻蚀的成本较高和效率较低，以及相分离手段受温度湿度的影响较大，实际大规模生产中无法保证均一性等问题，使得上述超疏水表面制造手段无法在工业上进行扩大及推广。
[0005]与上述方法相比，模版法是材料领域一种常用方法，能从材料结构上对材料的功能进行合理有效的调控，从而使材料满足各方面的需求，因此在薄膜生长、纳米器件制备等方面均具有非常广泛的应用。
[0006]本发明人考虑，采用模版法制备一种具有超疏水表面的超疏水电线。
【发明内容】
[0007]本发明解决的技术问题在于提供一种超疏水电线及其制备方法，该方法工艺简单，制备的超疏水电线具有良好的超疏水性能。
[0008]有鉴于此，本发明提供了一种超疏水电线的制备方法，包括以下步骤:
步骤a)将聚丙烯腈溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液；
步骤b)以多孔阳极氧化铝为模版，将聚四氟乙烯薄膜贴于所述多孔阳极氧化铝的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脱气水为固化溶液，将所述前驱体溶液挤出，得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜；
步骤c)将所述负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表
面；
步骤d)将步骤c)得到的电线浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
[0009]优选的，所述聚丙烯腈的数均分子量为10000(Tl50000。
[0010]优选的，所述聚丙烯腈与N，N- 二甲基甲酰胺的质量体积比为18?22g:100ml。
[0011]优选的，所述多孔阳极氧化铝的孔径为100nnTl20nm。
[0012]优选的，所述N，N_ 二甲基甲酰胺和脱气水的重量比为4:6。
[0013]优选的，所述挤出压力为0.09 MPa?0.1 IMPa。[0014]优选的，所述步骤d)具体为:
将氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水进行水解反应，得到水解硅烷溶液；
将步骤c)得到的电线浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
[0015]优选的，所述浸泡的时间为广3小时。
[0016]优选的，所述烘干的温度为140°C。
[0017]相应的，本发明还提供一种上述技术方案制备的超疏水电线。
[0018]本发明提供了一种超疏水电线及其制备方法，包括以下步骤:将聚丙烯腈溶解在N, N-二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液；以多孔阳极氧化铝为模版，将聚四氟乙烯薄膜贴于所述多孔阳极氧化铝的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脱气水为固化溶液，将所述前驱体溶液挤出，得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜；将所述负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表面；将上述得到的电线浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。在本发明中，由于聚丙烯腈层具有超细纤维结构，从而为薄膜材料提供了超粗糙表面，再进一步涂覆极疏水的氟烷基硅氧烷后，即得到具有超疏水表面的超疏水电线。与现有技术相比，本发明采用的原料价格低廉，且工艺简单，可操作性强，有益于工业化的扩大生产及推广应用，制备的超疏水电线具有良好的超疏水性能。
[0019]
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1制备负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜的工序示意图； 图2为本发明实施例2的工序不意图；
图3为本发明实施例3氟烷基硅氧烷涂覆工序示意图；
图4为本发明实施例3制备的超疏水电线的光学接触角图像。
【具体实施方式】
[0021]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0022]本发明实施例公开了一种超疏水电线的制备方法，包括以下步骤:步骤a)将聚丙烯腈溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液；步骤b)以多孔阳极氧化铝为模版，将聚四氟乙烯薄膜贴于所述多孔阳极氧化铝的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脱气水为固化溶液，将所述前驱体溶液挤出，得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜；步骤c)将所述负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表面；步骤d)将步骤c)得到的电线浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
[0023] 在步骤a)中，所述聚丙烯腈的数均分子量优选为100000-150000，更优选为110000-130000，更优选为120000。若分子量太小，则无法得到比较刚性的微纤维。若分子
量太大，则溶解度不好，甚至无法挤出成型。
[0024]所述聚丙烯腈与N，N- 二甲基甲酰胺的质量体积比优选为18~22g:100ml，更优选为19~21g:100ml，更优选为20g:100ml。在所述步骤a)中，优选在6(T80°C下搅拌，更优选在70°C下搅拌，得到前驱体溶液。[0025]在所述步骤b)中，由于固化溶液对聚丙烯腈(PAN)的溶解度很差，因此聚丙烯腈会固化成膜，且膜上具有纳米聚合物纤维结构。
[0026]所述N，N- 二甲基甲酰胺和脱气水的重量比优选为4:6。所述多孔阳极氧化铝的孔径优选为100nnTl20nm，更优选为所述多孔阳极氧化铝的孔径为IOOnnTl 15nm ;所述多孔阳极氧化铝的平均孔径优选为112?114nm，更优选为113.5nm。若模版孔径过大，则挤出纤维过粗，无法得到有效的纳米微相结构；若模版孔径过小，则挤出困难，容易塞孔，不利于得到均匀的超疏水薄膜。
[0027]按照本发明，所述挤出压力优选为0.09 MPa?0.llMPa，更优选为0.1MPa。若挤出压力过大，则易成长丝状纤维而发生团结，不利于得到好的超疏水薄膜；若挤出压力过小，则易形成珠状，而非纤维状微相结构，也不利于得到好的超疏水薄膜。
[0028]得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜之后，优选利用去离子水清洗。
[0029]在所述步骤c)中，将负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表面之后，优选经过热流空气烘干。
[0030]所述步骤d)具体为:将氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水进行水解反应，得到水解硅烷溶液；将步骤c)得到的电线浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
[0031]其中，所述氟烷基硅氧烷优选为十七氟癸基三甲氧基硅烷。所述浸泡的时间优选为广3小时，更优选为I小时。所述烘干的温度优选为140°C ;所述烘干的时间优选为广3小时，更优选为I小时。
[0032]在本发明中，由于聚丙烯腈层具有超细纤维结构，从而为薄膜材料提供了超粗糙表面，再进一步涂覆极疏水的氣烧基娃氧烧后，即得到具有超疏水表面的超疏水电线。本发明制备的超疏水电线在用电安全领域有着很大的应用前景，可应用于海底电线电缆的架设。
[0033]本发明采用的原料价格低廉，且工艺简单，可操作性强，有益于工业化的扩大生产及推广应用，制备的超疏水电线具有良好的超疏水性能。
[0034]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均为按重量计。
[0035]本发明实施例采用的化学试剂均为市购。
[0036]实施例1:
如图1所示，为本实施例制备负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜工序示意图(固化池未画出)。
[0037]将50 g(M=120000)聚丙烯腈(PAN)溶解在250 mL N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，70°C搅拌溶解得到18%的前驱体溶液。
[0038]IL 40%的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF )和60%的脱气水作为固化池。使用平均孔径为113.5nm的多孔阳极氧化招(25cm*10cm)为模版。
[0039]在模版下方紧贴一层聚四氟乙烯(PTFE)薄膜，并将前驱体溶液通入模版槽中。
[0040]以水泵提供的压力(0.1MPa)将前驱体溶液挤入固化溶液中。按牵拉方向移走负载了聚丙烯腈(PAN)层的聚四氟乙烯(PTFE)薄膜。并用去离子水冲洗几次。[0041]实施例2:
如图2所示，为本实施例将负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕聚乙烯初步涂覆电线的工序不意图。
[0042]将上述得到的负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜，卷绕在初步涂覆了聚乙烯层的电线表面。按牵拉方向进入烘干箱，鼓入热空气烘干。
[0043]实施例3:
如图3所7]^，为本实施例氣烷基硅氧烷涂覆工序意图。
[0044]100 g十七氟癸基三甲氧基硅烷溶解在I L甲醇中，加入5 g水在室温下进行水解得到水解硅烷溶液。然后将上述电线半成品浸入灌满水解后的硅烷溶液的浸泡池中，浸泡Ih0之后按牵拉方向进入烘干箱，140°C烘干lh，即可得到成品。
[0045]实施例4:
对所得到的电线外包材料进行水接触角分析，接触角测试通过德国KRUSS光学接触角测量仪DSA100实施，结果接触角(CA)为156.3° ±1.5°，滑移角小于4°。
[0046]接触角测试结果图见附图4。
[0047]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行
若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
[0048]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种超疏水电线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤a)将聚丙烯腈溶解在N，N- 二甲基甲酰胺中，得到前驱体溶液； 步骤b)以多孔阳极氧化铝为模版，将聚四氟乙烯薄膜贴于所述多孔阳极氧化铝的下方，以N，N-二甲基甲酰胺和脱气水为固化溶液，将所述前驱体溶液挤出，得到负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜； 步骤c)将所述负载了聚丙烯腈层的聚四氟乙烯薄膜卷绕在涂覆有聚乙烯的电线表面； 步骤d)将步骤c得到的电线浸泡于氟烷基硅氧烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的数均分子量为100000~150000。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈与N，N-二甲基甲酰胺的质量体积比为18~22g:100ml。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔阳极氧化铝的孔径为100nnTl20nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述N，N-二甲基甲酰胺和脱气水的重量比为4:6。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤出压力为0.09 MPa^0.1lMPa0
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d)具体为: 将氟烷基硅氧烷溶解在甲醇中，然后加入水进行水解反应，得到水解硅烷溶液； 将步骤c)得到的电线浸泡于所述水解硅烷溶液中，烘干，得到超疏水电线。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为f3小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为140°C。
10.一种权利要求1、任意一项制备的超疏水电线。
【文档编号】H01B13/32GK103996467SQ201410248279
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】魏亮, 翁挺, 吴涵 申请人:宁波高新区夏远科技有限公司