一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法
【專利摘要】本發明涉及一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，首先在密閉的反應室中，對硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行氟化處理；然后在溫控爐中，對氟化處理的硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行熱交聯處理；氟化處理的工藝條件為：氟化溫度為室溫至100℃；氟化時間為10min至120min；采用氟氣和惰性氣組成的混合氣進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為5％至50％；反應室中混合氣的壓力為0.2bar至2bar：熱交聯處理的工藝條件為：在120℃至180℃的溫控爐中放置30min至120min。與現有技術相比，本發明的方法可使硅橡膠制品或物品的硅橡膠覆蓋層變得顯著疏水、甚至超疏水。特別適用于大規模的工業生產，如硅橡膠絕緣子的表面改性。
【專利說明】一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能夠顯著地提高硅橡膠表面疏水性的方法，屬于材料表面改性【技術領域】，關聯于高電壓戶外絕緣、微流體、醫學、生物醫學及微納米等工程與【技術領域】。
【背景技術】
[0002]疏水材料對許多科學和【技術領域】非常重要。如大多數細菌不喜歡疏水的表面。一個疏水的天線表面上雨天不易形成水膜、從而能降低其引起的噪音，或避免寒冷地區因天線表面結冰而引起的更為嚴重的后果。疏水性的薄膜也已被用于希望“透氣”、但不希望“透水”的情形，如微電子器件。硅橡膠由于具有好的疏水性和獨特的疏水性恢復能力及其它諸多所需的性能(如電絕緣、熱穩定、無毒及生物相容性等)、且價格低廉，已被廣泛地應用于許多工業與【技術領域】。尤其在電力工業，為了阻止污閃、室溫硫化的硅橡膠作為戶外陶瓷或玻璃絕緣子的覆蓋層已被應用了幾十年，高溫硫化的硅橡膠是復合絕緣子的最常用的外套(傘套)材料。然而，硅橡膠的疏水性或表面能仍不足夠高或低，以致不能完全阻止水分和污染物的吸附，導致硅橡膠絕緣子在高電壓下的污閃仍會發生、尤其在高濕和重污染的地區。另外，硅橡膠的疏水性恢復能力會因體內低分子量液體在使用過程中的減少或耗盡而降低或喪失。因此，進一步提高硅橡膠的表面疏水性、降低其表面能不僅對電力工業、而且對其它工業和【技術領域】至關重要。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，以制備具有高表面疏水性的硅橡膠，最終達到提高硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品(如絕緣子)的戶外抗污性能或其它相關應用性能。
[0004]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0005]一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，包括以下步驟:
[0006]I)在密閉的反應室中，對硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行氟化處理；
[0007]2)在溫控爐中，對氟化處理的硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行熱交聯處理。
[0008]氟化處理的工藝條件為:氟化溫度為室溫至100°C ;氟化時間為1min至120min ；采用氟氣和惰性氣組成的混合氣進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為5%至50%;反應室中混合氣的壓力為0.2bar至2bar ;所述的惰性氣體為氮氣或氦氣。
[0009]氟化處理的工藝條件優選為:氟化溫度為50°C至60°C ;氟化時間為30min至60min ;所述的混合氣中氟氣的體積濃度為5%至20% ;所述的反應室中混合氣的壓力為0.2bar至Ibar ;所述的惰性氣體為氮氣。
[0010]熱交聯處理的工藝條件為:在120°C至180°C的溫控爐中放置30min至120min。
[0011]熱交聯處理的工藝條件優選為:在150°C的溫控爐中放置60min。
[0012]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0013]1.本發明采用一種工藝簡單、技術成熟、極為有效的氣相氟化處理，僅改變硅橡膠表層的化學組成與結構，而不改變其任何體組成、結構與特性。采用極易實施的熱交聯工藝進一步實現硅橡膠表層氟化后的極性調整。
[0014]2.采用本發明方法，在寬的工藝條件范圍內可獲得高疏水、甚至超疏水(水的接觸角大于150° )的硅橡膠表面，這在該發明的實際應用上非常重要。
[0015]3.本發明不僅工藝上簡單、安全和可靠，而且能同時處理許多任意形狀和大小的硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品，因此特別適用于大規模的工業生產，如硅橡膠絕緣子的表面改性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為經本發明方法(實施例1工藝下)改性前后的硅橡膠表層組成衰減全反射紅外譜圖；
[0017]圖2為實施例1處理條件下，表層氟化硅橡膠的斷面結構；
[0018]圖3為經本發明方法(實施例1工藝下)改性前后的硅橡膠表層的表面形貌圖；
[0019]圖4為硅橡膠試樣改性前和經實施例1-2改性后的水的接觸角情況；
[0020]圖5為硅橡膠試樣經實施例3-5改性后的水的接觸角情況；
[0021]圖6為硅橡膠試樣經實施例6-7改性后的水的接觸角。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0023]實施方式:
[0024]顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法包括以下兩個過程:
[0025]I)在密閉的反應室中，對硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行氟化處理；
[0026]2)在溫控爐中，對氟化處理的硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行熱交聯處理。
[0027]請參閱圖1?圖3。材料的潤濕性取決于它的表面化學和表面形貌。表面化學決定其本征的表面潤濕性，表面粗糙性會放大表面潤濕性、使一個疏水或親水的表面更疏水或親水。第一步氟化處理使得氟原子取代或部分取代了硅橡膠中的氫原子，引起表面化學變化，形成氟化表層。第二步熱交聯是為了通過交聯反應減少第一步中產生的極性基團，以進一步提聞表面疏水性。
[0028]與未經本發明方法處理的硅橡膠的水接觸角(105° )相比，采用本發明方法改性的硅橡膠變得高疏水、甚至超疏水(取決于工藝條件)，有至少140°以上的水接觸角，如圖4至圖6所示(圖中所用水滴的體積均為3 μ I)、詳細如下文中的實施例所述。因此，這對提高硅橡膠戶外絕緣子的抗污閃性能及關聯于硅橡膠疏水性的其它工業和【技術領域】非常有意義。
[0029]實施例1
[0030]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為55°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為12.5%，反應氣體的壓力為lbar，氟化處理時間為30min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:150°C下、60min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為139°和169° (由于超疏水、水滴僅能通過給液針維持在硅橡膠的表面)，如圖4所示。
[0031]實施例2
[0032]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為25°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為50%，反應氣體的壓力為0.2bar，氟化處理時間為60min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:180°C下、30min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為129°和144°，如圖4所示。
[0033]實施例3
[0034]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為80°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為5%，反應氣體的壓力為2bar，氟化處理時間為120min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:120°C下、120min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為131和145°，如圖5所示。
[0035]實施例4
[0036]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為35°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為40%，反應氣體的壓力為0.7bar，氟化處理時間為80min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:160°C下、45min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為133°和149°，如圖5所示。
[0037]實施例5
[0038]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為100°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為8%，反應氣體的壓力為1.5bar，氟化處理時間為20min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:135°C下、90min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為134°和151°，如圖5所示。
[0039]實施例6
[0040]硅橡膠的氟化處理條件:溫度為70°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為30%，反應氣體的壓力為lbar，氟化處理時間為lOmin。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:150°C下、90min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為135°和163° (由于超疏水、水滴僅能通過給液針維持在硅橡膠的表面)，如圖6所示。
[0041]實施例7
[0042]硅橡膠的氟化處理條件;溫度為55°C，氟氣/氮氣混合氣中氟氣的體積濃度為15%，反應氣體的壓力為lbar，氟化處理時間為60min。氟化了的硅橡膠的熱交聯條件下:150°C下、45min。經上述氟化處理后和進一步熱交聯后、硅橡膠的水接觸角分別為137°和168° ,(由于超疏水、水滴僅能通過給液針維持在娃橡膠的表面)如圖6所示。
[0043]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限于上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明范疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)在密閉的反應室中，對硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行氟化處理； 2)在溫控爐中，對氟化處理的硅橡膠制品或覆蓋有硅橡膠層的物品進行熱交聯處理。
2.根據權利要求1所述的一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，其特征在于，氟化處理的工藝條件為:氟化溫度為室溫至100°C ;氟化時間為1min至120min ;采用氟氣和惰性氣組成的混合氣進行氟化，混合氣中氟氣的體積濃度為5%至50%;反應室中混合氣的壓力為 0.2bar 至 2bar ； 所述的惰性氣體為氮氣或氦氣。
3.根據權利要求2所述的一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，其特征在于，氟化處理的工藝條件為:氟化溫度為50°C至60°C;氟化時間為30min至60min ;所述的混合氣中氟氣的體積濃度為5%至20% ;所述的反應室中混合氣的壓力為0.2bar至Ibar ； 所述的惰性氣體為氮氣。
4.根據權利要求1所述的一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，其特征在于，熱交聯處理的工藝條件為:在120°C至180°C的溫控爐中放置30min至120min。
5.根據權利要求4所述的一種顯著提高硅橡膠表面疏水性的方法，其特征在于，熱交聯處理的工藝條件為:在150°C的溫控爐中放置60min。
【文檔編號】C08J7/12GK104356418SQ201410553731
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】安振連, 謝丹莉, 肖歡歡 申請人:同濟大學