技術領域
本發(fā)明屬于功能材料技術領域,具體涉及一種噴涂法制備超疏水超親油銅網(wǎng)的方法。
背景技術:
隨著海上石油開采和現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展,海上石油和化學試劑泄漏事故日益頻繁,由此引發(fā)的水體污染對環(huán)境和人體健康構成巨大威脅。傳統(tǒng)的油水分離方法主要有重力分離法、過濾法、離心法、浮選法及電化學法等。這些分離方法分離效率低,分離不徹底,且分離設備昂貴復雜。因此,與傳統(tǒng)分離方法相比,超疏水/超親油材料因具有分離效率高和選擇性高等特點,是一種蓬勃發(fā)展的新型功能材料。
目前,文獻中報道的油水分離基材主要有泡沫材料、纖維基材料、金屬網(wǎng)材料及多孔碳材料等。泡沫材料成本低廉,在工業(yè)上得到廣泛應用,但較低的孔隙率導致其分離效率低。多孔碳材料雖具有較高孔隙率,但力學性能較弱,目前仍處于研究之中。纖維基分離材料具有成本低廉,分離效率高等優(yōu)勢,但在高鹽度的海水中,纖維本身耐老化,酸堿穩(wěn)定性差,限制了其應用。而銅網(wǎng)作為惰性的油水分離基材,耐腐蝕性較好,在高鹽度弱堿性的海水中具有實際的應用價值。此外,還可利用銅的催化特性,降解其它有機污染物物。因此,在眾多的油水分離材料中,銅網(wǎng)應用潛力巨大。
制備超疏水/超親油銅網(wǎng)常見的方法有浸漬涂覆法,刻蝕法,液相生長法,空氣噴涂法等。其中,空氣噴涂法工藝簡單,可大面積施工,且不受任何基材限制,因此最容易得到廣泛應用,但現(xiàn)有方法的銅網(wǎng)耐磨耐剝離性能不高。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種噴涂法制備超疏水超親油銅網(wǎng)的方法,提高銅網(wǎng)耐磨耐剝離性能。
本發(fā)明所采用的技術方案為:
噴涂法制備超疏水超親油銅網(wǎng)的方法,其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:疏水型水性聚氨酯的制備:
取摩爾比為1:(2-3)的聚合物多元醇和多異氰酸酯在氮氣保護下70-85℃攪拌反應1-1.5h;
加入以聚合物多元醇和多異氰酸酯總質(zhì)量計、質(zhì)量分數(shù)為3%-3.5%的親水擴鏈劑,并滴加3-5滴二月桂酸二丁基錫,85-90℃的溫度下反應1.5-2h;
降溫至40-60℃,加入中和劑反應,n中和劑:n親水擴鏈劑=0.8-1:1;
加入以聚合物多元醇和多異氰酸酯總質(zhì)量計、質(zhì)量分數(shù)為4%-8%的氨基硅油,10-30℃下反應0.5-1h,得到含疏水側鏈的預聚體;
然后將含疏水側鏈的預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中,得到含疏水側基的水性聚氨酯乳液;
步驟二:涂層劑的制備:
取0.2-0.4g疏水型氣相納米二氧化硅超聲分散于50ml丙酮中,待分散均勻后,再加入0.04-0.08g含疏水側基的水性聚氨酯乳液,高速攪拌5-10min得到涂層劑;
步驟三:超疏水/超親油銅網(wǎng)的制備:
將銅網(wǎng)依次用丙酮和去離子水清洗后用氮氣吹干備用;隨后利用空氣噴槍,將步驟二中的涂層劑噴涂在銅網(wǎng)表面,干燥后得到超疏水/超親油銅網(wǎng)。
步驟一中:
聚合物多元醇選自聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇一縮二乙二醇酯二醇、聚四氫呋喃二醇、聚碳酸酯二醇;
多異氰酸酯選自4,4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、1,6-亞己基二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯;
親水擴鏈劑選自二羥甲基丙酸、二羥基半酯、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺;
中和劑選自三乙胺、氫氧化鈉、三乙醇胺;
氨基硅油為氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。
步驟一中,在加入中和劑之前加入不大于聚合物多元醇質(zhì)量2倍的丙酮降低粘度,在將含疏水側鏈的預聚體分散于去離子水之后減壓蒸餾去除丙酮。
步驟二中:疏水型氣相納米二氧化硅比表面積為120m2/g,粒徑為1~40nm。
步驟三中:
所使用的銅網(wǎng)為黃銅網(wǎng),銅網(wǎng)的孔徑為100-200目;
空氣噴涂的工作壓力為4-6kPa,噴涂距離為10-20cm;
銅網(wǎng)的移動速度為3-5cm/s;
所述干燥溫度為70-90℃,干燥時間為1h-2h。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、和傳統(tǒng)油水分離方法相比較,本發(fā)明制備的油水分離材料具有極高的分離效率和分離速率,有效克服了傳統(tǒng)油水分離分離效率低、分離不徹底等問題。
2、本發(fā)明采用銅網(wǎng)作為基材,耐腐蝕性較好,在高鹽弱堿的海水中具有實際的應用性能。此外,涂層采用聚氨酯材料作為粘合劑,具有優(yōu)良的耐磨、耐候及耐酸堿穩(wěn)定性能。
3、本發(fā)明采用噴涂法制備油水分離材料簡單易行,且用到的原材料價格低廉,來源廣泛,具有很大的應用前景。
附圖說明
圖1:本發(fā)明制備的超疏水/超親油銅網(wǎng)的掃描電鏡圖一;
圖2:本發(fā)明制備的超疏水/超親油銅網(wǎng)的掃描電鏡圖二;
圖3:本發(fā)明制備的超疏水/超親油銅網(wǎng)對不同溶劑的分離效率圖;
圖4:本發(fā)明制備的超疏水/超親油銅網(wǎng)的循環(huán)使用效率圖。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明進行詳細的說明。
本發(fā)明涉及的噴涂法制備超疏水超親油銅網(wǎng)的方法,利用油和水表面張力不同,選擇對油和水親和力不同的超疏水/超親油銅網(wǎng)對其進行分離,首先對水性聚氨酯進行疏水化改性。隨后,將其加入到疏水型納米二氧化硅的丙酮分散液中?;旌暇鶆蚝?,采用噴涂法制備出超疏水/超親油銅網(wǎng),并應用于油水分離器中,具體由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:疏水型水性聚氨酯的制備:
取摩爾比為1:(2-3)的聚合物多元醇和多異氰酸酯在氮氣保護下70-85℃攪拌反應1-1.5h;
加入以聚合物多元醇和多異氰酸酯總質(zhì)量計、質(zhì)量分數(shù)為3%-3.5%的親水擴鏈劑,并滴加3-5滴二月桂酸二丁基錫,85-90℃的溫度下反應1.5-2h;
降溫至40-60℃,加入中和劑反應,n中和劑:n親水擴鏈劑=0.8-1:1;
加入以聚合物多元醇和多異氰酸酯總質(zhì)量計、質(zhì)量分數(shù)為4%-8%的氨基硅油,10-30℃下反應0.5-1h,得到含疏水側鏈的預聚體;
然后將含疏水側鏈的預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中,得到含疏水側基的水性聚氨酯乳液;
步驟二:涂層劑的制備:
取0.2-0.4g疏水型氣相納米二氧化硅超聲分散于50ml丙酮中,待分散均勻后,再加入0.04-0.08g含疏水側基的水性聚氨酯乳液,高速攪拌5-10min得到涂層劑;
步驟三:超疏水/超親油銅網(wǎng)的制備:
將銅網(wǎng)依次用丙酮和去離子水清洗后用氮氣吹干備用;隨后利用空氣噴槍,將步驟二中的涂層劑噴涂在銅網(wǎng)表面,干燥后得到超疏水/超親油銅網(wǎng)。
步驟一中:
聚合物多元醇選自聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇丙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇一縮二乙二醇酯二醇、聚四氫呋喃二醇、聚碳酸酯二醇;
多異氰酸酯選自4,4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、1,6-亞己基二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯;
親水擴鏈劑選自二羥甲基丙酸、二羥基半酯、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺;
中和劑選自三乙胺、氫氧化鈉、三乙醇胺;
氨基硅油為氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。
步驟一中,在加入中和劑之前加入不大于聚合物多元醇質(zhì)量2倍的丙酮降低粘度,在將含疏水側鏈的預聚體分散于去離子水之后減壓蒸餾去除丙酮。
步驟二中:疏水型氣相納米二氧化硅比表面積為120m2/g,粒徑為1~40nm。
步驟三中:
所使用的銅網(wǎng)為黃銅網(wǎng),銅網(wǎng)的孔徑為100-200目;
空氣噴涂的工作壓力為4-6kPa,噴涂距離為10-20cm;
銅網(wǎng)的移動速度為3-5cm/s;
所述干燥溫度為70-90℃,干燥時間為1h-2h。
實施例1:
步驟一:疏水型水性聚氨酯的制備
取摩爾比為1:2的聚合物多元醇和多異氰酸酯在氮氣保護下70℃攪拌反應1.5h;加入質(zhì)量分數(shù)為3%(以水性聚氨酯預聚體總質(zhì)量計)的親水擴鏈劑,并滴加3滴二月桂酸二丁基錫,85℃的溫度下反應2h;降溫至50℃,加入聚合物多元醇質(zhì)量1倍的丙酮降低粘度,再加入中和劑(n中和劑:n親水擴鏈劑=0.8:1);加入4%的氨基硅油,10℃下反應1h,然后將含疏水側鏈的預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中;減壓蒸餾去除乳液中的丙酮,得到含疏水側基的水性聚氨酯乳液。
聚合物多元醇為聚己二酸乙二醇酯二醇;多異氰酸酯為4,4-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯;親水擴鏈劑為二羥基半酯;中和劑為三乙醇胺;氨基硅油為氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。
步驟二:涂層劑的制備
取0.2g疏水型氣相納米二氧化硅超聲分散于50ml丙酮中,待分散均勻后,再加入0.04g含疏水側基的水性聚氨酯乳液,高速攪拌5min得到涂層劑。
疏水型氣相納米二氧化硅比表面積為120m2/g,粒徑為1~40nm,由阿拉丁試劑網(wǎng)提供。
步驟三:超疏水/超親油銅網(wǎng)的制備
將銅網(wǎng)依次用丙酮和去離子水清洗后用氮氣吹干備用;隨后利用空氣噴槍,將步驟二中的涂層劑在一定工作壓力下噴涂在銅網(wǎng)表面,干燥后得到超疏水/超親油銅網(wǎng)。
所使用的銅網(wǎng)為黃銅網(wǎng),銅網(wǎng)的孔徑為100目;空氣噴涂工作壓力為4kPa,噴涂距離為10cm;銅網(wǎng)的移動速度為3cm/s;所述干燥溫度為70℃,干燥時間為1h。
實施例2:
步驟一:疏水型水性聚氨酯的制備
取摩爾比為1:2.5的聚合物多元醇和多異氰酸酯在氮氣保護下80℃攪拌反應1.25h;加入質(zhì)量分數(shù)為3.25%(以水性聚氨酯預聚體總質(zhì)量計)的親水擴鏈劑,并滴加4滴二月桂酸二丁基錫,87℃的溫度下反應1.7h;降溫至50℃,加入聚合物多元醇質(zhì)量1倍的丙酮降低粘度,再加入中和劑(n中和劑:n親水擴鏈劑=0.9:1);加入6%的氨基硅油,20℃下反應0.75h,然后將含疏水側鏈的預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中;減壓蒸餾去除乳液中的丙酮,得到含疏水側基的水性聚氨酯乳液。
聚合物多元醇為聚碳酸酯二醇;多異氰酸酯為1,6-亞己基二異氰酸酯;親水擴鏈劑為二羥基半酯;中和劑為氫氧化鈉;氨基硅油為氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。
步驟二:涂層劑的制備
取0.3g疏水型氣相納米二氧化硅超聲分散于50ml丙酮中,待分散均勻后,再加入0.06g含疏水側基的水性聚氨酯乳液,高速攪拌7min得到涂層劑。
疏水型氣相納米二氧化硅比表面積為120m2/g,粒徑為1~40nm,由阿拉丁試劑網(wǎng)提供。
步驟三:超疏水/超親油銅網(wǎng)的制備
將銅網(wǎng)依次用丙酮和去離子水清洗后用氮氣吹干備用;隨后利用空氣噴槍,將步驟二中的涂層劑在一定工作壓力下噴涂在銅網(wǎng)表面,干燥后得到超疏水/超親油銅網(wǎng)。
所使用的銅網(wǎng)為黃銅網(wǎng),銅網(wǎng)的孔徑為150目;空氣噴涂工作壓力為5kPa,噴涂距離為15cm;銅網(wǎng)的移動速度為4cm/s;所述干燥溫度為80℃,干燥時間為1.5h。
實施例3:
步驟一:疏水型水性聚氨酯的制備
取摩爾比為1:3的聚合物多元醇和多異氰酸酯在氮氣保護下85℃攪拌反應1h;加入質(zhì)量分數(shù)為3.5%(以水性聚氨酯預聚體總質(zhì)量計)的親水擴鏈劑,并滴加5滴二月桂酸二丁基錫, 90℃的溫度下反應1.5h;降溫至40℃,加入聚合物多元醇質(zhì)量2倍的丙酮降低粘度,再加入中和劑(n中和劑:n親水擴鏈劑=1:1);加入8%的氨基硅油, 30℃下反應0.5h,然后將含疏水側鏈的預聚體在高速攪拌下分散于去離子水中;減壓蒸餾去除乳液中的丙酮,得到含疏水側基的水性聚氨酯乳液。
聚合物多元醇為聚四氫呋喃二醇;多異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯;親水擴鏈劑為二羥甲基丙酸;中和劑為三乙胺;氨基硅油為氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。
步驟二:涂層劑的制備
取0.4g疏水型氣相納米二氧化硅超聲分散于50ml丙酮中,待分散均勻后,再加入0.08g含疏水側基的水性聚氨酯乳液,高速攪拌10min得到涂層劑。
疏水型氣相納米二氧化硅比表面積為120m2/g,粒徑為1~40nm,由阿拉丁試劑網(wǎng)提供。
步驟三:超疏水/超親油銅網(wǎng)的制備
將銅網(wǎng)依次用丙酮和去離子水清洗后用氮氣吹干備用;隨后利用空氣噴槍,將步驟二中的涂層劑在一定工作壓力下噴涂在銅網(wǎng)表面,干燥后得到超疏水/超親油銅網(wǎng)。
所使用的銅網(wǎng)為黃銅網(wǎng),銅網(wǎng)的孔徑為200目;空氣噴涂工作壓力為6kPa,噴涂距離為20cm;銅網(wǎng)的移動速度為5cm/s;所述干燥溫度為90℃,干燥時間為2h。
本發(fā)明采用噴涂法在銅網(wǎng)表面制備了一種超疏水/超親油涂層。該涂層以疏水納米二氧化硅粒子構筑粗糙結構,以疏水型聚氨酯樹脂充當納米粒子之間及納米涂層與銅網(wǎng)之間的粘結劑,提高銅網(wǎng)的耐磨耐剝離性能。該油水分離銅網(wǎng)制備方法簡單,制造成本低廉,可修復性好,且耐磨、耐酸堿穩(wěn)定性好,油水分離效率和分離速率都較高,且成本低廉,將會大大拓展油水分離材料的應用范圍與領域。
本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉,本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換,均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。