本發(fā)明屬于涂料，涉及一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、超憎水涂層是指在研究固體表面涂覆一層或多層超憎水材料，以具有高的水接觸角（>150°）和低的滾動(dòng)角（<10°），實(shí)現(xiàn)其防腐、防水、防冰、自清潔等功能。超憎水涂層在日常生活、工業(yè)應(yīng)用以及科學(xué)研究中展現(xiàn)出重要的價(jià)值，涂覆超憎水涂層表面的低表面能的特點(diǎn)能夠保持長(zhǎng)時(shí)間不被染污，實(shí)現(xiàn)良好的自清潔耐玷污功能。自然界中荷葉表面不僅具有一層充當(dāng)?shù)捅砻婺艿南灎钗镔|(zhì)，還具有雙層微觀結(jié)構(gòu)，即由微米尺度的細(xì)胞和細(xì)胞上的納米尺度蠟狀晶體兩部分組成。研究發(fā)現(xiàn)，超憎水表面的形成歸因于兩個(gè)因素，一是低表面能物質(zhì)，二是表面微納粗糙結(jié)構(gòu)。

2、石墨烯具有的層狀晶體結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出低層間剪切強(qiáng)度與高面內(nèi)強(qiáng)度的特性，因此具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能，耐水、耐化學(xué)穩(wěn)定性，研發(fā)現(xiàn)究，通過引入氟原子，將原本的sp2雜化碳原子轉(zhuǎn)化為sp3雜化形式并與氟原子通過σ鍵的形式形成了碳氟鍵(c-f)，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上保留了石墨烯類蜂窩狀的碳骨架結(jié)構(gòu)。?隨著引入氟原子數(shù)量的增加，石墨烯骨架的共軛結(jié)構(gòu)不斷被破壞，最終由導(dǎo)電的石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璩^1?gω的氟化石墨烯絕緣材料。由于表面能甚至低于石墨烯，導(dǎo)致其在成膜性、分散性以及非共價(jià)結(jié)合強(qiáng)度等方面存在不足，限制了在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明涉及一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料及其制備方法，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料包括以下原料組分：含氟彈性體聚合物、有機(jī)酸、溶劑、硫化劑和改性石墨烯。本發(fā)明以改性石墨烯為填料，具備了高導(dǎo)熱和絕緣特性，其表面被含氟彈性體聚合物包覆，形成兩層低表面能物質(zhì)，改性石墨烯表面的微納粗糙結(jié)構(gòu)形成超憎水效果。并且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間表面包覆的含氟彈性體聚合物被磨掉后，里層的改性石墨烯仍具有超憎水效果提高了涂料的耐用性。另外通過引入疏水基團(tuán)提高了氟化石墨烯的分散性及與含氟彈性體聚合物的相容性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，所述超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料包括以下重量份原料：含氟彈性體聚合物80-100份、有機(jī)酸2-5份、溶劑300-400份、硫化劑2-5份和改性石墨烯20-40份，所述改性石墨烯的制備方法為：先將氧化石墨烯經(jīng)過氟化獲得氟化石墨烯，然后引入疏水基團(tuán)獲得改性石墨烯。

4、進(jìn)一步地，所述改性石墨烯的制備方法包括以下步驟：

5、(1)將氧化石墨烯與蒸餾水超聲混合，隨后加入氟鈦酸銨、硼酸攪拌混合，并轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜進(jìn)行加熱，然后冷卻使用蒸餾水洗滌，放進(jìn)干燥箱中干燥獲得氟化石墨烯；

6、(2)將氟化石墨烯、3-(三甲基硅烷基)苯硼酸和蒸餾水混合，然后加入鈀催化劑進(jìn)行加熱，冷卻后使用蒸餾水洗滌，干燥后獲得改性石墨烯。

7、進(jìn)一步地，所述步驟(1)中氧化石墨烯、蒸餾水、氟鈦酸銨和硼酸之間的比值為100-120mg:100-120ml:1-2g:1g，其中氧化石墨烯由質(zhì)量比為1:1的納米氧化石墨烯和微米氧化石墨烯組成，所述攪拌混合的時(shí)間為6-9min。

8、進(jìn)一步地，所述步驟(1)中加熱的溫度和時(shí)間分別為160-180℃、5-6h，所述冷卻是指冷卻至室溫，所述干燥的溫度和時(shí)間分別為80-100℃、1-2h。

9、進(jìn)一步地，所述步驟(2)中氟化石墨烯、3-(三甲基硅烷基)苯硼酸和鈀催化劑三者的質(zhì)量比為5-8:2:0.1-0.2，所述氟化石墨烯與蒸餾水的比值為2g:30-40ml，所述加熱的溫度和時(shí)間分別為80-120℃、30-60min，所述干燥的溫度和時(shí)間分別為80-100℃、30min。

10、進(jìn)一步地，所述步驟(2)中鈀催化劑的制備方法為：將硝酸鋁溶液與二氧化硅混合形成混合液，使混合液的ph為6，然后煅燒得到固體，將其放進(jìn)氯鈀酸鈉溶液中，經(jīng)過烘干，煅燒便獲得鈀催化劑，所述硝酸鋁溶液和二氧化硅的質(zhì)量比為2:1.8，其中硝酸鋁溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%，所述煅燒的溫度為200-300℃，所述固體與氯鈀酸鈉溶液的質(zhì)量比為1:0.15-0.18，其中氯鈀酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-35%。

11、進(jìn)一步地，所述含氟彈性體聚合物為由質(zhì)量比為1:1的聚三氟丙基甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物兩者組成，所述有機(jī)酸為醋酸，所述溶劑為丙酮，所述硫化劑由質(zhì)量比為1:1的三聚硫氰酸單鈉鹽和對(duì)苯二酚組成。

12、進(jìn)一步地，所述超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料的制備方法為：將改性石墨烯加在溶劑中攪拌分散，然后加入其他原料組分進(jìn)行攪拌混合，便獲得超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、本發(fā)明以改性石墨烯為填料，具備了高導(dǎo)熱和絕緣特性，其表面被含氟彈性體聚合物包覆，形成兩層低表面能物質(zhì)，改性石墨烯表面的微納粗糙結(jié)構(gòu)形成超憎水效果。并且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間表面包覆的含氟彈性體聚合物被磨掉后，里層的改性石墨烯仍具有超憎水效果提高了涂料的耐用性。另外使用3-(三甲基硅烷基)苯硼酸的疏水基團(tuán)引入到氟化石墨烯中提高了分散性及與含氟彈性體聚合物的相容性，進(jìn)一步提高了超疏水性；

15、以三聚硫氰酸單鈉鹽和對(duì)苯二酚作為硫化劑，三聚硫氰酸單鈉鹽可以提高硫化反應(yīng)的速率和效率，而對(duì)苯二酚則可以穩(wěn)定硫化過程，減少副反應(yīng)和不穩(wěn)定因素的影響，兩者的組合使硫化過程既迅速又穩(wěn)定，兩者與有機(jī)酸配合下，使涂料能夠在較低溫度下快速成膜，克服了需要在高溫下烘干的繁瑣條件。

技術(shù)特征：

1.一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料包括以下重量份原料：含氟彈性體聚合物80-100份、有機(jī)酸2-5份、溶劑300-400份、硫化劑2-5份和改性石墨烯20-40份，所述改性石墨烯的制備方法為：先將氧化石墨烯經(jīng)過氟化獲得氟化石墨烯，然后引入疏水基團(tuán)獲得改性石墨烯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述改性石墨烯的制備方法包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述步驟(1)中氧化石墨烯、蒸餾水、氟鈦酸銨和硼酸之間的比值為100-120mg:100-120ml:1-2g:1g，其中氧化石墨烯由質(zhì)量比為1:1的納米氧化石墨烯和微米氧化石墨烯組成，所述攪拌混合的時(shí)間為6-9min。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述步驟(1)中加熱的溫度和時(shí)間分別為160-180℃、5-6h，所述冷卻是指冷卻至室溫，所述干燥的溫度和時(shí)間分別為80-100℃、1-2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述步驟(2)中氟化石墨烯、3-(三甲基硅烷基)苯硼酸和鈀催化劑三者的質(zhì)量比為5-8:2:0.1-0.2，所述氟化石墨烯與蒸餾水的比值為2g:30-40ml，所述加熱的溫度和時(shí)間分別為80-120℃、30-60min，所述干燥的溫度和時(shí)間分別為80-100℃、30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述步驟(2)中鈀催化劑的制備方法為：將硝酸鋁溶液與二氧化硅混合形成混合液，使混合液的ph為6，然后煅燒得到固體，將其放進(jìn)氯鈀酸鈉溶液中，經(jīng)過烘干，煅燒便獲得鈀催化劑，所述硝酸鋁溶液和二氧化硅的質(zhì)量比為2:1.8，其中硝酸鋁溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-20%，所述煅燒的溫度為200-300℃，所述固體與氯鈀酸鈉溶液的質(zhì)量比為1:0.15-0.18，其中氯鈀酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-35%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述含氟彈性體聚合物為由質(zhì)量比為1:1的聚三氟丙基甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物兩者組成，所述有機(jī)酸為醋酸，所述溶劑為丙酮，所述硫化劑由質(zhì)量比為1:1的三聚硫氰酸單鈉鹽和對(duì)苯二酚組成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料，其特征在于，所述超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料的制備方法為：將改性石墨烯加在溶劑中攪拌分散，然后加入其他原料組分進(jìn)行攪拌混合，便獲得超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料及其制備方法，屬于涂料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明公開的超憎水性導(dǎo)熱絕緣涂料包括以下原料組分：含氟彈性體聚合物、有機(jī)酸、溶劑、硫化劑和改性石墨烯。本發(fā)明以改性石墨烯為填料，具備了高導(dǎo)熱和絕緣特性，其表面被含氟彈性體聚合物包覆，形成兩層低表面能物質(zhì)，改性石墨烯表面的微納粗糙結(jié)構(gòu)形成超憎水效果。并且經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間表面包覆的含氟彈性體聚合物被磨掉后，里層的改性石墨烯仍具有超憎水效果提高了涂料的耐用性。另外通過引入疏水基團(tuán)提高了氟化石墨烯的分散性及與含氟彈性體聚合物的相容性。

技術(shù)研發(fā)人員：李旭,歐利霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州德海高分子材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17