專利名稱：一種超疏水導電涂層及其加工方法
技術領域：
本發明屬于涂層領域，更具體涉及一種可調超疏水到超親水的導電涂層以及加工這種涂層的方法。
背景技術：
目前超疏水處理多用氟化物或者納米結構的聚合物經過特殊處理獲得。這些超疏水的涂層一般不能導電，不能在導電應用的場合使用。雖然最近有報道用TiO2納米線處理 (電化學處理)或者碳納米管(或者110 外加表面氟化處理，得到超疏水的表面，但這種方法的應用也有限制，主要的限制是(1)表面能夠應用于導電金屬表面；(2)電化學處理能夠形成納米線或者納米管結構；(3)表面氟化處理。而且一般的全氟分子處理后直接影響了它的導電性，除非用非常昂貴的nafi0n(杜邦公司商業名稱，為一種全氟化高分子聚合物磺酸鹽陽離子交換劑)處理。所以對于工業應用來說這些都是不利的因素。還有一種利用垂直生長的碳納米管(多壁或者單壁)直接獲得超疏水特性，這種垂直生長的碳納米管是用化學相沉積在含有催化劑(如鎳或鐵等)表面。很顯然，垂直生長的碳納米管雖然具有很好的超疏水特性，但存在如下缺點(1)由于是垂直生長，所以橫向導電性很差；( 生產成本很高，一般很難直接大面積的生長垂直平行排列的碳納米管。

發明內容
本發明針對上述技術存在的不足之處，提供了一種可在導電場合應用而不受到限制的可調超疏水到超親水的導電涂層技術，并提供該導電涂層的加工方法。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是一種超疏水導電涂層，由納米管和聚合物制成，所述涂層的超疏水接觸性能通過納米管相對于聚合物的比例進行調整。優選的，所述涂層的表觀厚度在30-60微米之間，所述涂層對水的接觸角在150度以上，所述涂層的方塊電阻可達100歐姆。優選的，所述納米管具有導電性，使所述涂層用于導電應用的場合。優選的，所述納米管材料為碳納米材料，濃度為0. 1_5%。優選的，所述聚合物為橡膠及其樹脂，濃度為0_5%。優選的，所述涂層對水接觸性能的調整通過調制碳納米管相對于聚合物的比例來實現，所述涂層疏水性的提高通過增加碳納米管相對于聚合物的比例來實現，所述涂層親水性的提高通過降低碳納米管相對于聚合物的比例來實現。優選的，所述涂層表面通過增加碳納米管相對于聚合物的比例調整為水接觸角大于150度的類“荷葉”結構，形成具有自清潔作用的超疏水特性。優選的，將納米管直接分散在有機溶劑中后噴涂在工件表面形成薄層，再將高分子材料噴涂在薄層表面，以固定納米管薄層。一種超疏水導電涂層的加工方法，所述涂層對水接觸性能通過紫外臭氧輻照處理時間來調整。優選的，所述涂層對水接觸性能通過紫外臭氧輻照處理時間來調整。本發明采用納米管材料和聚合物(包括橡膠及其樹脂等)制成超疏水的導電涂層，這種涂層的水接觸性能可以通過納米管相對于聚合物的比例來調整，當碳納米管相對于聚合物的比例較大時，向超疏水方向發展，當碳納米管相對于聚合物的比例較小時，向減小接觸角的方向發展，但最小的接觸角不會小于純粹高分子材料的接觸角。另外，這種涂層的接觸性能還可以通過紫外臭氧輻照處理時間來調整，通過控制處理時間可獲得從超疏水 (靜態水接觸角小于10度)到超親水(靜態水接觸角大于150度)的表面特性，這種特性可以是永久的，也可以是短期行為，對水接觸性能具有開關作用。


圖1是0. 3%的碳納米管和0. 3%的聚異戊二烯的涂層斷面電鏡照片；圖2是0. 3%的碳納米管和0. 3%的丁基橡膠在玻璃上的涂層俯視圖；圖3是碳納米管的相對濃度的變化對水接觸角和滾動角的影響。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。實施例1將濃度為0. 3%的碳鈉米管直接分散在酒精中后直接噴涂于工件表面，然后用濃度為0. 3%聚異戊二烯再噴涂到已經噴涂好的碳納米管上面，對其進行固化，制成超疏水的納米涂層。圖1為該涂層斷面電鏡照片，其靜態水接觸角為160度，滑動角約為3度，表面方塊電阻為110歐姆。在圖1中，左圖為涂層的截面的低分辨情況，右圖是表面形貌的高倍圖像。對涂層表面進行紫外臭氧處理，發現短時間(如7分鐘)的處理，得到涂層表面的水接觸角由160度下降為100度，但3日后又恢復為152度，仍然具有超疏水特性。而對涂層表面處理時間15分鐘后，靜態水接觸角下降為10度，變為完全親水。X-射線光電子譜(XPS) 的測試結果說明，輻照處理導致水接觸角減小是由于碳納米管部分氧化的緣故。1周后甚至 1個月后接觸角為100度，失去超疏水作用。所以，紫外臭氧處理具有改變表面水接觸的開關作用。實施例2將濃度為0. 3%的碳鈉米管直接分散在酒精中后直接噴涂于工件表面，然后用濃度為0. 3%丁基橡膠再噴涂到已經噴涂好的碳納米管上面，對其進行固化，制成超疏水的納米涂層。圖2為該涂層在玻璃上的俯視圖。在圖2中，左圖為涂層表面，右圖為涂層表面滴上水滴后的俯視圖(水滴大小約35微升)。涂層表面的水靜態接觸角為158度，滑動角為 3度，薄層為半透明狀態，表面方塊電阻為150歐姆。制成涂層時所采用的碳納米管中的納米結構，結合團聚的納米管形成的微米結構，形成三維的“荷葉”結構導致涂層的超疏水特性，而納米管的導電性則提供了導電性能，這使得多孔的碳納米管不但具有超疏水特性，而且具有導電性能。丁基橡膠作為粘結劑，很好的聯接碳納米管，提高納米管的機械強度。實施例3圖3表示了碳納米管濃度(相對于高分子材料)對水接觸特性和滾動角的影響。當納米涂層中不含有碳納米管時，涂層的水接觸角為90度，滾動角為50度，此時，納米涂層的表面處于潤濕與否的分界線狀態，隨著碳納米管濃度的提高，納米涂層表面的水接觸角在不斷的提高，同時滾動角在不斷的下降，當碳納米管濃度為86%，納米涂層的水接觸角為 160度，滾動角接近0度，此時納米涂層具有超疏水的特性。實施例4將超聲分散好的0. 的碳納米管噴涂于工件表面，室溫干燥1個小時后，再噴涂 0. 2%的環氧樹脂，室溫下干燥6個小時，制成涂層，測試其涂層的方塊電阻為325歐姆，靜態水接觸角為165度。實施例5將超聲分散好的0. 的碳納米管噴涂于工件表面，室溫干燥1個小時后，再噴涂 3. 5%的環氧樹脂，室溫下干燥6個小時，制成涂層，測試其涂層的方塊電阻為375歐姆，靜態水接觸角為153度。實施例6將超聲分散的3. 0%的碳納米管分散液直接噴涂于工件表面，室溫干燥1個小時， 再噴涂0. 2%環氧樹脂，室溫下干燥6個小時，制成涂層，測試其涂層的方塊電阻110歐姆， 靜態水接觸角在170度。實施例7將超聲分散的3. 0%的碳納米管分散液直接噴涂于工件表面，室溫干燥1個小時， 再噴涂4. 0%環氧樹脂，室溫下干燥6個小時，制成涂層，測試其涂層的方塊電阻130歐姆， 靜態水接觸角為152度。以上所述的僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干相似的變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種超疏水導電涂層，由納米管和聚合物制成，所述涂層的超疏水接觸性能通過納米管相對于聚合物的比例進行調整。
2.根據權利要求1所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述涂層的表觀厚度在 30-60微米之間，所述涂層對水的接觸角在150度以上，所述涂層的方塊電阻可達100歐姆。
3.根據權利要求1所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述納米管具有導電性， 使所述涂層用于導電應用的場合。
4.根據權利要求1所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述納米管材料為碳納米材料，濃度為0. 1-5%。
5.根據權利要求1所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述聚合物為橡膠及其樹脂，濃度為0-5%。
6.根據權利要求4和5所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述涂層對水接觸性能的調整通過調制碳納米管相對于聚合物的比例來實現，所述涂層疏水性的提高通過增加碳納米管相對于聚合物的比例來實現，所述涂層親水性的提高通過降低碳納米管相對于聚合物的比例來實現。
7.根據權利要求6所述的一種超疏水導電涂層，其特征在于，所述涂層表面通過增加碳納米管相對于聚合物的比例調整為水接觸角大于150度的類“荷葉”結構，形成具有自清潔作用的超疏水特性。
8.一種超疏水導電涂層的加工方法，其特征在于，將納米管直接分散在有機溶劑中后噴涂在工件表面形成薄層，再將高分子材料噴涂在薄層表面，以固定納米管薄層。
9.根據權利要求8所述的一種超疏水導電涂層的加工方法，其特征在于，所述涂層對水接觸性能通過紫外臭氧輻照處理時間來調整。
全文摘要
本發明提出了一種超疏水導電涂層及其加工方法，通過應用納米管材料和聚合物(包括橡膠及其樹脂等)特殊設計，加工成具有可調水接觸特性，可在如電磁屏蔽裝置或者建筑防靜電電磁屏蔽防護的導電場合應用的納米涂層。將納米管直接分散在有機溶劑中后噴涂在工件表面形成涂層，再將高分子材料噴涂在涂層表面以固定納米管涂層后而制成。這種涂層的水接觸性能可以通過納米管相對于聚合物的比例來調整，這種涂層的水接觸性能也可以通過紫外臭氧處理而改變，并且，通過控制紫外臭氧的處理時間可以獲得自恢復超疏水特性的表面，起到水接觸特性的開關作用。
文檔編號C09D5/24GK102311672SQ201110278149
公開日2012年1月11日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者楊得全 申請人:無錫市順業科技有限公司