一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法

摘要

本发明公开了一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法。该制备方法具体为：将二甲基硅氧烷单体(silicone elastomer base)与相应二甲基硅氧烷固化剂(silicone elastomer curing agent)按质量比10:1～5:2的比例混合搅拌均匀得到初始产物A；然后采用旋涂或刮涂等方法，将A涂在不同的衬底上；接着将石墨烯片压入衬底上的A中，并进行高温固化得到中间产物B；接着将一定质量的A分散在庚烷等溶剂中，并将B浸入其中并快速取出，然后进行高温固化，从而得到最终产物具有自清清洁功的膜。所得的具有自清清洁功的膜具有很强的耐磨性能、超疏水、导电且具有自清洁功能。

权利要求

1.一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，其特征在于：该方法包括：

将二甲基硅氧烷单体与相应二甲基硅氧烷固化剂按质量比10:1～5:2的比例混合搅拌均匀得到初始产物定义为A；然后采用旋涂或刮涂方法，将A涂在不同的衬底上；接着将石墨烯片压入衬底上的A中，并进行高温固化得到中间产物定义为B；接着将一定质量的A分散在庚烷溶剂中，配成浓度5mg/ml～2000mg/ml的溶液，接着将B浸入其中并快速取出，然后进行高温固化，从而得到最终产物具有自清清洁功的膜定义为C。

2.根据权利要求1所述的一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，其特征在于，所述的衬底包括玻璃，金属，纸，木板，塑料中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，其特征在于，所述的高温固化，温度为60摄氏度到200摄氏度，时间为30秒到24小时。

说明书

一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，属于新材料，功能材料领域。

背景技术

[0002] 自2004年，超疏水材料得到了巨大的发展。研究人员从自然界如荷叶等获取灵感，制备出了大量的人造超疏水材料。但是这些材料都存在共同的致命缺点：力学性能差，不耐磨，容易受到破坏，而失去超疏水功能(J.Zimmermann,F.A.Reifler,G.Fortunato,L.C.Gerhardt,S.Seeger,Adv.Funct.Mater.18,3662–3669(2008)；X.Zhu et al.,J.Mater.Chem.21,15793(2011)；Q.Zhu et al.,J.Mater.Chem.A 1,5386(2013).)；在被油污染的情况下，失去了自清洁功能(A.Tuteja et al.,Science 318,1618–1622(2007)；X.Deng,L.Mammen,H.J.Butt,D.Vollmer,Science 335,67–70(2012)；Y.Lu etal.,ACS Sustainable Chem.Eng.1,102(2013))。本发明将二甲基硅氧烷单体(silicone elastomer base)与相应二甲基硅氧烷固化剂(silicone elastomer curing agent)按比例混合后与新星材料石墨烯结合，制备出了耐磨超疏水的导电膜，石墨烯的加入不仅赋予了膜的导电性，增加了其耐磨性性能，而且还赋予其油里自清洁功能(这主要得益于石墨烯对油的牢靠抓住，然后将这些油作为润滑液)。
发明内容：

[0003] 技术问题：本发明的目的是提供一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法。本发明制备的超疏水膜，克服了传统超疏水膜不耐磨的致命缺点，且制作成本低廉，无污染，无毒，方法简单便利。

[0004] 发明内容：为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，该方法包括：将二甲基硅氧烷单体与相应二甲基硅氧烷固化剂按质量比10:1～5:2的比例混合搅拌均匀得到初始产物，定义为A；然后采用旋涂或刮涂等方法，将A涂在不同的衬底上；接着将石墨烯片压入衬底上的A中，并进行高温固化得到中间产物，定义为B；接着将一定质量的A分散在庚烷等溶剂中，配成浓度5mg/ml～2000mg/ml的溶液，接着将B浸入其中并快速取出，然后进行高温固化，从而得到最终产物具有自清洁功的膜，定义为C。

[0005] 优选的，所述的衬底包括玻璃，金属，纸，木板，塑料中的任一种。

[0006] 优选的，所述的高温固化，温度为60摄氏度到200摄氏度，时间为30秒到24小时。

[0007] 有益效果：本发明具有的优点和积极效果是：

[0008] 1)本发明采用将石墨烯片部分固化在产物A中，然后再在石墨烯片漏出的剩余部分再次固化超薄的产物A，这样的好处就是克服了已有材料不耐磨的致命缺点，强化了实用性；

[0009] 2)本发明加入石墨烯可以发挥石墨烯本身的优异力学性能，提高了耐磨性；

[0010] 3)本发明加入石墨烯增加了该材料功能，基于石墨烯的优异导电性，得到了导电超疏水的膜，因此可以制备出防水导电的材料，不需要外加额外的保护层；

[0011] 4)本发明采用的方法可以实现大规模制备，成本低廉，无毒，绿色，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

[0012] 下面对本发明做进一步说明。

[0013] 本发明提供的一种制备超疏水、耐磨、导电且具有自清洁功能膜的方法，该方法包括：将二甲基硅氧烷单体与相应二甲基硅氧烷固化剂按质量比10:1～5:2的比例混合搅拌均匀得到初始产物，定义为A；然后采用旋涂或刮涂等方法，将A涂在不同的衬底上；接着将石墨烯片压入衬底上的A中，并进行高温固化得到中间产物，定义为B；接着将一定质量的A分散在庚烷等溶剂中，配成浓度5mg/ml～2000mg/ml的溶液，接着将B浸入其中并快速取出，然后进行高温固化，从而得到最终产物具有自清清洁功的膜，定义为C。

[0014] 所述的衬底包括玻璃，金属，纸，木板，塑料中的任一种。

[0015] 所述的高温固化，温度为60摄氏度到200摄氏度，时间为30秒到24小时。

[0016] 实施例1：

[0017] 第一步，将玻璃片交替用乙醇和去离子水清洗一遍，烘干待用；

[0018] 第二步，秤取4g二甲基硅氧烷单体(silicone elastomer base)与0.4g相应二甲基硅氧烷固化剂(silicone elastomer curing agent)按质量比10:1混合搅拌均匀，得到产物A，然后将其旋涂在待用的玻璃片上；

[0019] 第三步，将石墨烯片部分压入产物A中，并在200℃下固化30s，得到产物B；

[0020] 第四步，秤取2g产物A，加入一定体积的庚烷中，配成浓度40mg/ml的溶液，并将B浸入其中并快速取出，然后在200℃下固化60s，得到最终产物C。具体的制备流程为：表征及测试；接触角测试：所得的膜对牛奶，咖啡，酸碱溶液都具有超疏水的性能，接触角超过了150°；自清洁测试：将泥土撒于倾斜的膜上，然后用水滴上去，可以发现犹如荷叶的自清洁一样，随着水滴球形滚下，膜上的泥土也被带走，从而实现了自清洁功能；油污染后的自清洁测试：现有的材料在遭遇油污染后，就失去了自清洁功能，而本发明中的膜，仿生于猪笼草的功能，实现了油污染后的自清洁。具体为：将膜浸入庚烷或食用油后取出，然后将泥土撒在污染后的膜上，用水滴滴在上面，可以看到，泥土都被滑下的水滴带走，实现了自清洁；
耐磨测试：将膜紧贴砂纸，然后在其上面加上100g的砝码，接着推动膜在砂纸上滑动10cm，接着将膜旋转90°，同样加上100g砝码，滑动10cm，此时称为一个循环，我们对膜进行了50次循环测试，并测试了0次，10次，20次，30次，40次，50次后的接触角，发现50次的磨损试验后，接触角并没有变小，还是超疏水的；抗冰测试：将裸玻璃和带有超疏水的玻璃冷却到-35℃，然后滴水在其上，水在左边的裸玻璃上，立即结冰；而在右边的玻璃上，水滴立即滚落，没有结冰的时间，起到抗冰的作用；导电测试：通过图形化的方法，将膜制成U型，然后用万用表测其电阻为330kΩ,通过改变石墨的量，可以进一步降低电阻。

[0021] 实施例2

[0022] 基本同实施例1，不同之处在于：二甲基硅氧烷单体(silicone elastomer base)与相应二甲基硅氧烷固化剂(silicone elastomer curing agent)按质量比10:3的比例混合搅拌均匀。同时衬底采用金属铜，固化温度100℃，时间2h。所有的表征测试结果类似于实施例1中的结果；

[0023] 实施例3

[0024] 基本同实施例1，不同之处在于：二甲基硅氧烷单体(silicone elastomer base)与相应二甲基硅氧烷固化剂(silicone elastomer curing agent)按质量比10:4的比例混合搅拌均匀。衬底为滤纸，固化温度80℃，时间为12h，所有的表征测试结果类似于实施例1中的结果；

[0025] 实施例4

[0026] 基本同实施例2，不同之处在于：衬底为塑料如pet，固化温度60℃，时间为24h，所有的表征测试结果类似于实施例1中的结果；

[0027] 实施例5

[0028] 基本同实施1，不同之处在于：配置的庚烷溶液浓度为5mg/ml；

[0029] 实施例6

[0030] 基本同实施1，不同之处在于：配置的庚烷溶液浓度为2000mg/ml；

[0031] 实施例7

[0032] 基本同实施1，不同之处在于：配置的庚烷溶液浓度为1000mg/ml以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。