喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法技术

本发明专利技术涉及喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法。现有超疏水油水分离材料本身耐酸碱性差，在各类腐蚀环境中失去油水分离能力。本发明专利技术取聚合物多元醇和多异氰酸酯混合反应，加入亲水扩链剂和二月桂酸二丁基锡，反应后加入中和剂中和，加入氨基硅油得到含疏水侧链的预聚体，分散于去离子水中得到含疏水侧基的水性聚氨酯乳液。将十八胺修饰的多壁碳纳米管超声分散于丙酮中，加入含疏水侧基的水性聚氨酯乳液得到涂层剂，喷涂在铜网表面，干燥后得到耐腐蚀超疏水铜网。本发明专利技术的优点在于：可耐酸耐碱耐盐，在各种腐蚀环境中均可使用；相比传统两步法合成过程，该方法具有操作简单；以含硅水性聚氨酯作为胶黏剂，具有良好的机械稳定性。

【技术实现步骤摘要】
喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法
本专利技术属于功能材料
，具体涉及一种喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法。
技术介绍
近年来，随着海上航运的逐渐频繁，由原油及有机溶剂泄露引发的全球性生态灾难引起人们的广泛关注。因此，开发能够回收这些有机污染物的材料可避免经济损失和环境惨剧。随着界面理论和仿生学的发展，基于超疏水/超亲油分离材料因具有分离效率高、分离彻底等优点引起了研究者的极大兴趣。通常所说的超疏水表面是指水（pH=7左右、24℃）接触角大于150°、滚动角小于10°的表面。这类新型分离材料利用自身独特的浸润特性，使油快速穿过基材，但拒绝水的通过，实现了无需任何耗能近靠重力作用达到油水分离目的。然而，油水分离通常是在高酸碱、高盐性等苛刻环境中进行，因此该类型油水分离材料还需具有优异的耐腐蚀性。到目前为止，研究者已制备了大量超疏水/超亲油油水分离材料，用到的原材料包括纳米SiO2、纳米TiO2、ZnO纳米棒、聚偏氟乙烯等。但大部分分离材料耐腐蚀性差，主要由于所用原材料本身不耐酸碱，如，ZnO纳米棒、纳米TiO2及PVDF等材料易在酸性环境中发生降解，而纳米SiO2在碱性环境中易被溶解。因此，亟待开发一种耐酸耐碱、可在高盐度环境中使用、且具有较高油水分离效率的材料。碳纳米管因具有极大的比表面积、耐酸碱腐蚀性、良好的导电性以及优异的机械性能，是制备耐酸碱腐蚀性超疏水材料的理想材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法，并将其应用于油水分离。本专利技术所采用的技术方案为：喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：疏水型水性聚氨酯的制备：在氮气保护下，将50~70g的聚合物多元醇和15~25g的多异氰酸酯加入反应器中，搅拌均匀后加入0.1~0.3g二月桂酸二丁基锡，70~85℃温度下反应1~1.5h；加入3~5g的亲水扩链剂，在85~90℃的温度下反应1.5~2h；降温至40~60℃，加入10~20g的丙酮降低粘度，再加入2.5~4.5g的中和剂，常温下反应0.5~1h；继续加入4~8g的氨基硅油，10~30℃下反应0.5~1h，得到含疏水侧链的预聚体；然后将预聚体在高速搅拌下分散于去离子水中，得到含疏水侧基的改性水性聚氨酯乳液；进一步将乳液中的丙酮减压蒸馏去除；步骤二：十八胺改性多壁碳纳米管的制备：取4~6g的多壁碳纳米管、300~400ml质量分数为60%的浓硝酸溶液加入到三口烧瓶中，进行加热回流反应；待反应结束后，将多壁碳纳米管用去离子水洗涤至中性，并在80~90℃真空干燥箱内烘干，得到羧基化的多壁碳纳米管；然后将0.4~0.6g羧基化的多壁碳纳米管、0.8~1.2g十八胺加入到30ml无水乙醇中，并在90℃的油浴锅中搅拌反应24~48h；待反应结束后，将产物冷却，并以乙醇为洗涤剂，离心洗涤5~7次，除去未反应的十八胺；最后将得到的黑色固体放在50℃的真空干燥烘箱烘干，得到经十八胺修饰的多壁纳米管；步骤三：涂层剂的制备：取0.2~0.4g十八胺改性多壁碳纳米管超声分散于50ml丙酮中，待分散均匀后，再加入0.04~0.08g疏水型水性聚氨酯乳液，高速搅拌5~10min得到涂层剂；步骤四：耐腐蚀超疏水铜网的制备：将铜网依次用丙酮和去离子水清洗后用氮气吹干备用；随后利用空气喷枪，将步骤二中的涂层剂喷涂在铜网表面，干燥后得到耐腐蚀性超疏水铜网。步骤一中：聚合物多元醇选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、聚己二酸乙二醇一缩二乙二醇酯二醇、聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇；多异氰酸酯选自4,4-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、1,6-亚己基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯；亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟基半酯、二乙烯三胺、甲基二乙醇胺；中和剂选自三乙胺、氢氧化钠、三乙醇胺；氨基硅油为氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷。步骤二中：所述多壁碳纳米管的纯度大于95wt%，外径20-40nm，长度10-30nm；所述回流温度为110~120℃，回流反应时间为24~48h。步骤四中：所使用的铜网为黄铜网，铜网的孔径为100-200目；空气喷涂的工作压力为4-6kPa，喷涂距离为10-20cm；铜网的移动速度为3-5cm/s；所述干燥温度为70-90℃，干燥时间为1-2h。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术制备的油水分离材料可耐酸耐碱耐盐，在各种腐蚀环境中均可使用。2、相比传统两步法合成过程，本专利技术操作简单。3、本专利技术以含硅水性聚氨酯作为胶黏剂，具有良好的机械稳定性。附图说明图1：本专利技术制备的耐腐蚀超疏水铜网的扫描电镜图一；图2：本专利技术制备的耐腐蚀超疏水铜网的扫描电镜图二；图3：本专利技术制备的耐腐蚀超疏水铜网对不同溶剂的分离效率图；图4：本专利技术制备的耐腐蚀超疏水铜网的循环使用效率图；图5：本专利技术制备的耐腐蚀超疏水铜网在不同腐蚀介质（1mol/LHCl、1mol/LNaCl、1mol/LNaOH、丙酮、甲苯）中浸泡24h后的接触角测试结果。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术涉及的喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法，利用多壁碳纳米管的耐腐蚀特性，并采用硅改性水性聚氨酯作为粘结剂。具体方案是首先对水性聚氨酯进行疏水化改性。随后，将其加入到十八胺改性多壁碳纳米管的丙酮分散液中。混合均匀后，采用喷涂法制备出耐腐蚀超疏水铜网，并应用于油水分离器中，具体由以下步骤实现：步骤一：疏水型水性聚氨酯的制备：在氮气保护下，将50~70g的聚合物多元醇和15~25g的多异氰酸酯加入反应器中，搅拌均匀后加入0.1~0.3g二月桂酸二丁基锡，70~85℃温度下反应1~1.5h；加入3~5g的亲水扩链剂，在85~90℃的温度下反应1.5~2h；降温至40~60℃，加入10~20g的丙酮降低粘度，再加入2.5~4.5g的中和剂，常温下反应0.5~1h；继续加入4~8g的氨基硅油，10~30℃下反应0.5~1h，得到含疏水侧链的预聚体；然后将预聚体在高速搅拌下分散于去离子水中，得到含疏水侧基的改性水性聚氨酯乳液；进一步将乳液中的丙酮减压蒸馏去除；步骤二：十八胺改性多壁碳纳米管的制备：取4~6g的多壁碳纳米管、300~400ml质量分数为60%的浓硝酸溶液加入到三口烧瓶中，进行加热回流反应；待反应结束后，将多壁碳纳米管用去离子水洗涤至中性，并在80~90℃真空干燥箱内烘干，得到羧基化的多壁碳纳米管；然后将0.4~0.6g羧基化的多壁碳纳米管、0.8~1.2g十八胺加入到30ml无水乙醇中，并在90℃的油浴锅中搅拌反应24~48h；待反应结束后，将产物冷却，并以乙醇为洗涤剂，离心洗涤5~7次，除去未反应的十八胺；最后将得到的黑色固体放在50℃的真空干燥烘箱烘干，得到经十八胺修饰的多壁纳米管；步骤三：涂层剂的制备：取0.2~0.4g十八胺改性多壁碳纳米管超声分散于50ml丙酮中，待分散均匀后，再加入0.04~0.08g疏水型水性聚氨酯乳液，高速搅拌5~10min得到涂层剂；步骤四：耐腐蚀超疏水铜网的制备：将铜网依次用丙酮和去离子水清洗后用氮气吹干备用；随后利用空气喷枪，将步骤二中的涂层剂喷涂在铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：疏水型水性聚氨酯的制备：在氮气保护下，将50~70 g的聚合物多元醇和15~25 g的多异氰酸酯加入反应器中，搅拌均匀后加入0.1~0.3 g二月桂酸二丁基锡，70~85℃温度下反应1~1.5 h；加入3~5 g的亲水扩链剂，在85~90℃的温度下反应1.5~2 h；降温至40~60℃，加入10~20 g的丙酮降低粘度，再加入2.5~4.5 g的中和剂，常温下反应0.5~1 h；继续加入4~8 g的氨基硅油，10~30℃下反应0.5~1 h，得到含疏水侧链的预聚体；然后将预聚体在高速搅拌下分散于去离子水中，得到含疏水侧基的改性水性聚氨酯乳液；进一步将乳液中的丙酮减压蒸馏去除；步骤二：十八胺改性多壁碳纳米管的制备：取4~6 g的多壁碳纳米管、300~400 ml质量分数为60%的浓硝酸溶液加入到三口烧瓶中，进行加热回流反应；待反应结束后，将多壁碳纳米管用去离子水洗涤至中性，并在80~90℃真空干燥箱内烘干，得到羧基化的多壁碳纳米管；然后将0.4~0.6 g羧基化的多壁碳纳米管、0.8~1.2 g十八胺加入到30 ml无水乙醇中，并在90℃的油浴锅中搅拌反应24~48 h；待反应结束后，将产物冷却，并以乙醇为洗涤剂，离心洗涤5~7次，除去未反应的十八胺；最后将得到的黑色固体放在50℃的真空干燥烘箱烘干，得到经十八胺修饰的多壁纳米管；步骤三：涂层剂的制备：取0.2~0.4 g十八胺改性多壁碳纳米管超声分散于50 ml丙酮中，待分散均匀后，再加入0.04~0.08 g疏水型水性聚氨酯乳液，高速搅拌5~10 min得到涂层剂；步骤四：耐腐蚀超疏水铜网的制备：将铜网依次用丙酮和去离子水清洗后用氮气吹干备用；随后利用空气喷枪，将步骤二中的涂层剂喷涂在铜网表面，干燥后得到耐腐蚀性超疏水铜网。...

【技术特征摘要】
1.喷涂法制备耐腐蚀超疏水铜网的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：疏水型水性聚氨酯的制备：在氮气保护下，将50~70g的聚合物多元醇和15~25g的多异氰酸酯加入反应器中，搅拌均匀后加入0.1~0.3g二月桂酸二丁基锡，70~85℃温度下反应1~1.5h；加入3~5g的亲水扩链剂，在85~90℃的温度下反应1.5~2h；降温至40~60℃，加入10~20g的丙酮降低粘度，再加入2.5~4.5g的中和剂，常温下反应0.5~1h；继续加入4~8g的氨基硅油，10~30℃下反应0.5~1h，得到含疏水侧链的预聚体；然后将预聚体在高速搅拌下分散于去离子水中，得到含疏水侧基的改性水性聚氨酯乳液；进一步将乳液中的丙酮减压蒸馏去除；步骤二：十八胺改性多壁碳纳米管的制备：取4~6g的多壁碳纳米管、300~400ml质量分数为60%的浓硝酸溶液加入到三口烧瓶中，进行加热回流反应；待反应结束后，将多壁碳纳米管用去离子水洗涤至中性，并在80~90℃真空干燥箱内烘干，得到羧基化的多壁碳纳米管；然后将0.4~0.6g羧基化的多壁碳纳米管、0.8~1.2g十八胺加入到30ml无水乙醇中，并在90℃的油浴锅中搅拌反应24~48h；待反应结束后，将产物冷却，并以乙醇为洗涤剂，离心洗涤5~7次，除去未反应的十八胺；最后将得到的黑色固体放在50℃的真空干燥烘箱烘干，得到经十八胺修饰的多壁纳米管；步骤三：涂层剂的制备：取0.2~0.4g十八胺改性多壁碳纳米管超声分散于50ml丙酮中，待分...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓民，曹敏，冯见艳，魏梦媛，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61