超疏水涂料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于涂料領(lǐng)域，涉及一種超疏水涂料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]超疏水是指水滴在物體表面的靜態(tài)接觸角大于150°，滾動角小于10°的現(xiàn)象。構(gòu)筑超疏水表面通常要滿足兩個條件:微納多級結(jié)構(gòu)和低表面能。近幾年，超疏水表面被廣泛應(yīng)用于自清潔、防水和油水分離等領(lǐng)域。然而，大部分超疏水材料不僅制備工藝復(fù)雜，而且材料表面的微結(jié)構(gòu)極易被破壞，使超疏水性在使用過程中難以保持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種超疏水涂料及其制備方法與應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明提供了一種制備微納米級超疏水涂料的方法，包括如下步驟:
[0005]I)將氟化聚硅氧烷于溶劑a中溶解，得到溶液a ;
[0006]2)向步驟I)所得溶液a中以滴加的方式加入溶劑b進(jìn)行相分離，所得體系即為所述微納米級超疏水涂料；
[0007]所述溶劑a選自四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯、丁酮等少數(shù)酮類和酯類溶劑中的至少一種；
[0008]所述溶劑b選自甲醇、乙醇、異丙醇、水、甲苯、二甲苯、正己烷、環(huán)己烷等醇類或烴類溶劑中的至少一種；溶劑b為氟化聚硅氧烷的非溶劑。
[0009]上述方法中，所述氟化聚硅氧烷為側(cè)鏈含有氟原子的聚硅氧烷，具體選自聚三氟丙基甲基硅氧烷(PTFPMS)、聚甲基九氟己基硅氧烷(PNFHMS)、聚十三氟辛基甲基硅氧烷(PTDF0MS)和聚甲基十七氟癸基硅氧烷(PHDFDMS)中的至少一種；
[0010]其中，所述聚三氟丙基甲基硅氧烷(PTFPMS)的重均分子量為3000 - 100萬，具體可為5000-5萬，更具體可為I萬；
[0011]所述聚甲基九氟己基硅氧烷(PNFHMS)的重均分子量為4000-200萬，具體可為5000-5萬，更具體可為2萬；
[0012]所述聚十三氟辛基甲基硅氧烷(PTDF0MS)的重均分子量為5000-250萬；
[0013]所述聚甲基十七氟癸基硅氧烷(PHDFDMS)的重均分子量為6000-300萬；
[0014]所述溶液a中，氟化聚娃氧燒的濃度為0.l-200mg/ml，優(yōu)選25 - 50mg/ml ；
[0015]所述氟化聚硅氧烷與所述溶劑b的質(zhì)量比為1:10-10000，優(yōu)選1:20_600。
[0016]所述步驟I)中，溶解的方式為攪拌溶解；攪拌的轉(zhuǎn)速為100-3000rpm，具體為800-1000rpm ;攪拌的時間為1_30天，具體為5天；
[0017]所述步驟2)滴加步驟中，滴加的速率為I秒I滴至I秒10滴；
[0018]相分離的方式為攪拌；攪拌的轉(zhuǎn)速為100-3000rpm，具體為500_1000rpm，更具體為 500rpm、700rpm、900rpm、lOOOrpm。
[0019]另外，按照上述方法制備得到的微納米級超疏水涂料，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。其中，所述微納米級超疏水涂料中，聚集體的粒徑為20nm - 20 μ m。該聚集體具體為氟化聚硅氧烷聚集體。
[0020]本發(fā)明還提供了一種制備納米級超疏水涂料的方法，包括如下步驟:將前述本發(fā)明提供的微納米級超疏水涂料離心，收集離心后得到的上層清液，得到所述納米級超疏水涂料。
[0021]上述方法的離心步驟中，離心轉(zhuǎn)速為500rpm-12000rpm，離心時間5min-30min，離心半徑為6_12cm。
[0022]另外，按照上述方法制備得到的納米級超疏水涂料，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]所述納米級超疏水涂料中，聚集體的粒徑為20nm-100nm。該聚集體具體為氟化聚硅氧烷聚集體；該納米級超疏水涂料呈現(xiàn)微藍(lán)乳光。
[0024]本發(fā)明還提供了上述超疏水涂料的應(yīng)用。
[0025]具體為，上述本發(fā)明提供的微納米級超疏水涂料或納米級超疏水涂料在制備超疏水制品中的應(yīng)用以及，上述納米級超疏水涂料在制備超疏水濾膜中的應(yīng)用或由所述微納米級超疏水涂料或納米級超疏水涂料制備得到的超疏水制品或由納米級超疏水涂料制備得到的超疏水濾I吳，也屬于本發(fā)明的保護(hù)??圍。
[0026]其中，所述超疏水制品的孔徑為I μ m-1000 μ m ;
[0027]所述超疏水濾膜的孔徑為20nm-900nm，具體可為220nm_450nm。
[0028]本發(fā)明提供的制備超疏水制品的方法，包括如下步驟:
[0029]將前述本發(fā)明提供的微納米級超疏水涂料浸漬或噴涂于基底上，干燥，得到所述超疏水制品。
[0030]上述方法中，構(gòu)成所述基底的材料為纖維或多孔材料，具體為織物、海綿、金屬濾網(wǎng)或?yàn)V紙；其中，所述織物為天然紡織品或人造紡織品，所述天然紡織品具體為棉、麻、絲綢或毛呢紡織品；所述人造紡織品為滌綸、丙綸、錦綸、氨綸或腈綸紡織品；所述海綿為聚酯、聚乙烯醇發(fā)泡海綿或聚醚海綿；所述金屬濾網(wǎng)為平均孔徑為30μπι-1000 μπι的不銹鋼網(wǎng)；所述濾紙為定性濾紙或定量濾紙；
[0031]所述干燥步驟中，溫度為25-100°C，時間為lh-24h，具體可為2h或3h。
[0032]本發(fā)明提供的制備超疏水濾膜的方法，包括如下步驟:
[0033]將前述本發(fā)明提供的納米級超疏水涂料在真空條件下涂覆在濾膜上，干燥，得到所述超疏水濾膜。
[0034]上述方法中，濾膜的孔徑為20nm-900nm，具體可為220nm_450nm ；
[0035]所述濾膜為尼龍膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、混合纖維酯膜、玻璃纖維膜、三氧化二鋁膜、聚酰胺膜、醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚醚砜膜或聚乙烯醇膜；
[0036]所述真空條件中，真空度為0.02-0.1MPa ；
[0037]所述干燥步驟中，溫度為30-100°C，時間為lh_24h，具體可為2h或3h。
[0038]另外，按照上述方法制備得到的超疏水制品或超疏水濾I旲及該超疏水制品或超疏水濾膜在油水分離中的應(yīng)用，也屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。其中，所述超疏水制品為具有如下性能中至少一種的超疏水制品:耐溶劑、耐酸堿、耐高溫和耐機(jī)械摩擦；
[0039]其中，所述耐高溫為最高耐受400°C的溫度。
[0040]所述油水分離具體可包括如下步驟:
[0041]I)將一定體積比的油水混合物倒入夾持超疏水基底的分離裝置中，在重力作用下，油通過超疏水基底，而水被截留在基底上面，實(shí)現(xiàn)油水混合物的分離。
[0042]2)將一定體積比的高溫油水混合物倒入固定有超疏水基底的分離裝置中，在重力作用下，油通過超疏水基底，而水被截留在基底上面，實(shí)現(xiàn)了高溫油水混合物的分離。
[0043]3)將油包水乳液倒入分離裝置，該分離裝置夾持超疏水濾膜，在一定真空壓力下，乳液中的油相可通過濾膜，得到了澄清的濾液，實(shí)現(xiàn)了油包水乳液的分離。
[0044]步驟I)所述油為常見的與水不互溶的有機(jī)溶劑、燃料油、食用油等。所述的油水混合物的體積比不限。
[0045]步驟I)所述的超疏水基底為纖維或多孔材料，具體可以為織物、海綿、金屬濾網(wǎng)、
濾紙等。
[0046]步驟2)中所述的高溫油水混合物溫度為90 -1OO0C。
[0047]步驟3)中所述的油包水乳液包括表面活性劑穩(wěn)定的油包水乳液和無表面活性劑的油包水乳液。油為常見的與水不互溶的有機(jī)溶劑、燃料油、食用油等。
[0048]步驟3)所述的納米多孔濾膜包括孔徑在20nm-900nm之間的尼龍膜、聚四氟乙烯膜、聚偏氟乙烯膜、混合纖維酯膜、玻璃纖維膜、三氧化二鋁膜、聚酰胺膜、醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚醚砜膜、聚乙烯醇膜等。
[0049]所述耐溶劑具體是指將前述本發(fā)明提供的由微納米級超疏水涂料制得的超疏水制品在室溫下經(jīng)6°Co為光源的10kGy的γ射線照射1min進(jìn)行輻照交聯(lián)，交聯(lián)后的超疏水制品經(jīng)測試其對水的接觸角大于150°，經(jīng)四氫呋喃、丙酮和乙酸乙酯等酮類或酯類溶劑浸泡后依然保持超疏水性。
[0050]所述耐酸堿具體是指將一定pH值的酸、堿、鹽水溶液分別滴到前述本發(fā)明提供的由微納米級超疏水涂料制得的超疏水制品的表面，酸、堿、鹽的液滴可以容易地從其表面滑落，經(jīng)測試該超疏水制品對酸、堿、鹽的接觸角均大于150°，具有耐酸堿的特性。其中，所述酸、堿、鹽水溶液的pH值范圍為1- 14，具體為pH = I的鹽酸，pH = 14的氫氧化鈉，pH =7的氯化鈉水溶液。
[0051]所述耐高溫具體是指將前述本發(fā)明提供的由微納米級超疏水涂料制得的無機(jī)或金屬超疏水制品置于馬弗爐中(低于