一种疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，属于纳米材料领域。

背景技术

聚四氟乙烯又称做“塑料王”，可以做不粘涂层，这种材料具有抗酸抗碱、抗有机溶剂、耐高低温，如果将聚四氟乙烯与其它材料复合，可以制备出高性能的复合材料。

不同的材料具有不同的性能，比如气凝胶具有保温隔热性能，石墨烯具有导电导热性能，疏水氧化硅具有很好的疏水性，石墨粉和碳纳米管都具有很好的导热性能。如果将上述材料的粉末与聚四氟乙烯混合制成复合材料，便有可能得到很好的功能复合材料。但导电、导热、绝热、超疏水这些性能，在复合过程中不能将粉体包覆。一旦粉体被包覆，性能将明显下降。但一般的复合过程，树脂都会将粉体包覆，使得粉体原有的性能大大的降低。本发明中聚四氟乙烯形成纤维状，将粉末包覆其中，在尽可能的保留粉体材料的原有性能的基础上，使其成形。同时，该方法对不同的粉体具有通用性，因而可以制备出多种不同功能的复合材料。此外，本专利所述的制备方法采用环境友好的水做为溶剂，具有环保、可持续的优点。

发明内容

本发明公开一种疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料及其制备方法，以克服现有的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料，其包括疏水粉体和聚四氟乙烯粘结剂及少量助剂，其中，所述疏水粉体为微米或纳米粉体，所述助剂均匀的分布在疏水粉体表面。所述聚四氟乙烯以纤维形式分布在复合材料内部，将助剂修饰的粉体包覆成型。

进一步的，所述疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料中有聚四氟乙烯交联剂的含量为2～90wt％，优选为5-30wt％；和/或，所述疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料的厚度为10μm～100cm，优选为100μm～10cm。

进一步的，所述疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料中疏水粉体质量分数为5～80wt%，优选为20～60wt%；所述疏水粉体粒径为10nm～500μm，优选为20nm～100μm。

进一步的，所述疏水粉体包括疏水氧化硅粉、疏水气凝胶粉、疏水碳纳米管粉、疏水石墨烯粉、疏水石墨粉等疏水型粉体材料中的任意一种或两种以上的组合。

进一步的，所述疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料中助剂质量分数为1～40wt％，优选为5-20wt%；所述助剂至少可选自分散剂、润湿剂中的任一种或多种，但不限于此。

进一步的，所述润湿剂可以是但不限于碳氢化合物润湿剂、有机硅聚醚润湿剂、氟碳化合物润湿剂中的一种或几种。

进一步的，所述分散剂可以是阳离子表面活性剂，如十六烷基二甲基苄基氯化铵、烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵等，也可以是阴离子表面活性剂，如仲烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、仲烷基硫酸钠与烷基苯磺酸钠的混合物、仲烷基硫酸钠等，也可以是非离子表面活性剂，如蔗糖单月桂酸酯、蔗糖单油酸酯、蔗糖单棕榈酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、羟乙基纤维素醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等之中的一种或几种。

本发明实施例还提供了前述疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料的制备方法，其包括：将疏水材料与水、助剂混合，高速分散，形成水溶液。向上述溶液中加入水性聚四氟乙烯乳液，充分混合均匀。随后在开炼机开炼，得到疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料。通过模压或压延最终成型，最后对成型样品进行干燥。

进一步的，所述疏水粉体的质量比为1～60wt%，优选为10～40wt%；水的质量比为0～80wt%，优选为40～70wt%；助剂的质量比为1～20wt%，优选为2～10wt%；水性聚四氟乙烯乳液的质量比为2～95%，优选为5～50wt%；所述高速分散采用的设备为分散机，转速为0-8000转/分钟，优选为1000～5000转/分钟，分散时间为0.1～10h，优选为0.5～2h；所述的混合方式包括搅拌、研磨、捏合炼中的任意一种或两种以上的组合；所述开炼采用的设备为开炼机，辊间隙为0～10cm，优选为20μm～1cm，所述开炼的温度为10～100℃，优选为40～90℃，所述开炼的辊速在0～40转/分钟；所述压延采用的设备包括双辊压延机、三辊压延机或四辊压延机，各辊间隙为10μm～10cm，优选为20μm～1cm；和/或，所述压延的温度为10～95℃，所述压延的压力为10KPa～10MPa，优选为1～10MPa。所述模压采用的设备包括注塑机、模压机，所述模压的温度为10～95℃，优选为40～80℃。所述模压的压力为10KPa～10MPa，优选为1～10MPa。所述干燥温度为10～200℃，优选为60～120℃，将水分烘干。

进一步的，所述疏水粉体包括疏水氧化硅粉、疏水气凝胶粉、疏水碳纳米管粉、疏水石墨烯粉、疏水石墨粉等疏水型粉体材料中的任意一种或两种以上的组合。

进一步的，所述助剂至少可选自分散剂、润湿剂中的任一种或多种，但不限于此。所述润湿剂可以是但不限于碳氢化合物润湿剂、有机硅聚醚润湿剂、氟碳化合物润湿剂中的一种或几种。所述分散剂可以是阳离子表面活性剂，如十六烷基二甲基苄基氯化铵、烷基溴化吡啶、十六烷基氯化吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵等，也可以是阴离子表面活性剂，如仲烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠、烷基苯磺酸盐、仲烷基硫酸钠与烷基苯磺酸钠的混合物、仲烷基硫酸钠等，也可以是非离子表面活性剂，如蔗糖单月桂酸酯、蔗糖单油酸酯、蔗糖单棕榈酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、羟乙基纤维素醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚等之中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

本发明以疏水粉体和助剂为原材料，聚四氟乙烯为交联剂，通过辊压或模压获得疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料，可以是膜材，也可以是一次成型块体；

本发明提供的水相制备工艺简洁，反应条件温和，绿色无污染，安全性好、可实现大规模连续化生产；

本发明的方法适用多种疏水性粉体，可以制备多种功能复合材料，应用领域广泛。

具体实施方式

以下结合若干较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的解释说明。

实例1 将80g水、5g壬基酚聚氧乙烯醚和0.2g有机硅聚醚润湿剂混合，再加入20g疏水氧化硅粉，该粉体粒径为20nm，2000转下高速分散30分钟，形成水溶液。向上述溶液中加入10g水性聚四氟乙烯乳液，500转下搅拌20分钟，充分混合均匀。随后在开炼机上温度为90度，转速为25转/分钟，进行开炼，得到疏水粉体/聚四氟乙烯复合材料，将得到的复合材料通过双辊压延机，温度为80度，压力为2MPa，辊间距0.3mm，压制成0.5mm厚的疏水氧化硅/聚四氟乙烯复合膜，该膜在80度的条件下，进行干燥。所得到的复合材料水接触角为148度，将其贴在外墙表面，一个月后，依然为白色，并且表面没有结露现象。

实例2 将20g水、5g十六烷基三甲基溴化铵和0.2g氟碳润湿剂混合，再加入20g疏水碳纳米管粉，该碳纳米管直径10纳米，长度20微米，4000转下高速分散3h，形成水溶液。向上述溶液中加入5g水性聚四氟乙烯乳液，捏合机在20转下捏合2h，充分混合均匀。随后在开炼机上温度为60度，转速为10转/分钟，进行开炼，得到碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料，将得到的复合材料通过双辊压延机，温度为60度，压力为6MPa，辊间距0.8mm，压制成1mm厚的碳纳米/聚四氟乙烯复合膜，该膜在80度的条件下，进行干燥。得到的碳纳米/聚四氟乙烯复合膜的电导率为10

实例3 将40g水、10g十六烷基三甲基溴化铵和0.1g碳氢化合物润湿剂混合，再加入20g疏水气凝胶粉，该气凝胶粉粒径30微米，1500转下高速分散1h，形成水溶液。向上述溶液中加入30g水性聚四氟乙烯乳液，捏合机在15转下捏合4h，充分混合均匀。随后在开炼机上温度为70度，转速为30转/分钟，进行开炼，得到疏水气凝胶/聚四氟乙烯复合材料，将得到的复合材料通过双辊压延机，温度为40度，压力为1MPa，辊间距0.3mm，压制成0.5mm厚的疏水气凝胶/聚四氟乙烯复合膜，该膜在100度的条件下，进行干燥。得到导热系数为0.032w/m∙K的疏水气凝胶/聚四氟乙烯复合膜，将该复合膜贴在100度的热板表面，表面温度降为78度。

实例4 将100g水、5g烷基苯磺酸盐混合，再加入30g疏水气凝胶粉和10g的疏水石墨烯粉，气凝胶粉粒径50微米，石墨烯粉粒径为2微米。5000转下高速分散20分钟，形成水溶液。向上述溶液中加入50g水性聚四氟乙烯乳液，200转下搅拌1h，充分混合均匀。随后在开炼机上温度为40度，转速为10转/分钟，进行开炼，得到疏水气凝胶和疏水石墨烯/聚四氟乙烯复合材料，将得到的复合材料通过模具，在10MPa的压力下压成边长为2cm的正方体，最后在150度的条件下，对成型样品进行干燥，得到接触角为138度的超疏水块体材料，在该块体材料上切割出长度为2cm，直径为500μm的直线通道，用一块2cm*2cm的超疏水玻璃片将其盖上，制得超疏水微流通道。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。