一种有机无机复合亲水疏油涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机无机复合亲水疏油涂层及其制备方法。本发明专利技术通过有机无机杂化表面，首先在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基团聚醚得到改性环氧树脂，再将无机纳米颗粒与改性环氧树脂在高剪切条件下混合均匀，最后将制备好的涂料涂覆到基体上。实验证明，水能够很好的渗透，而油被阻挡在基底上，实现了油水分离效果。本发明专利技术的优点是：制备工艺简单，与常规涂覆体表面有很好的附着力，不需要大型仪器，重复利用性好，在油水分离中有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有机高分子材料
，涉及一种亲水疏油表面材料，具体来说是一种有机无机复合亲水疏油涂层及其制备方法。技术背景:含油废水是一种常见的污染物，一般来自石油开采、石油化工、钢铁冶炼、焦化以及机械制造等工业企业，是水体污染的一个重要来源。原油开采和石油炼制等过程产生的含油废水对人体健康和生存环境产生严重的威胁，如石油漂浮在海面上，迅速扩散形成一层不透气的油膜会阻碍水体的复氧作用，影响海洋浮游生物生长，破坏海洋生态平衡，同时也造成了资源的严重浪费。由于油水分离的难度较大，传统的吸附、离心、凝聚、气浮等分离方法又存在着占地面积大、能耗较高、二次污染严重等缺陷，因此开发经济有效的新型油水分离方式就成了亟待解决的问题.目前用来分离油水混合物的涂层，主要为超疏水亲油涂层，因为油的表面张力都较低，一般在20～40mN·m-1，固体的表面张力一般也比较低，因此大部分固体都是潜在亲油疏水的，固体表面张力最低的是含氟聚合物，而水的表面张力在所有液体中最高(72.8mN·m-1)，因此若制备超亲油表面，必然同时也是疏水或超疏水的，所以制备超疏水超亲油材料相对容易些，只需在满足表面张力的要求后构造相应的粗糙结构即可。但油的粒径比水大，容易堵塞网孔，降低油水分离效率。而亲水疏油涂层，上疏下亲结构，直接通过重力实现油水分离，具有明显优势。公开号CN102585664A的中国专利公开了一种亲水疏油的易清洁有机涂层及其制备方法，实现了自清洁目的。公开号CN105194907A的中国专利公开了一种具有pH响应性油水分离铜网制备方法，采用有机与无机粒子掺杂，利用聚多巴胺包裹铜网，提高了油接触角度和油水分离效率。但聚多巴胺的价格比较昂贵，且需要喷枪等其他机械辅助。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种有机无机复合亲水疏油涂层及其制备方法。本专利技术制备方法简单，成本低廉；得到的复合亲水疏油涂层能够有效的实现油水分离。本专利技术利用有机、无机组分之间相互促进作用进行结构控制，其可以在不改变高分子有机相原有优良性质的前提下，改善和提高微观几何结构，从而提高表面性能。本专利技术先在环氧树脂的基础上引入有机氟单体，和聚醚基团，使制备得到的基体表面具有一定的亲水疏油的性能。然后又通过引入纳米-微米双微观粗糙结构的无机纳米粒子，增加表面斥油
性，为油水分离提供更加有效的分离效果。本专利技术技术方案具体介绍如下。本专利技术提供一种有机无机复合亲水疏油涂层的制备方法，具体步骤如下：首先在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基团聚醚进行改性，然后将改性后的环氧树脂与纳米无机物在高剪切条件下混合均匀，再采用浸拉提渍法或涂覆法，在基底上制得有机无机复合亲水疏油涂层；其中：所述纳米无机物选自TiO2、SiO2或MCF中的一种或多种；改性后的环氧树脂和纳米无机物的质量比为88：5～169：0.5。本专利技术中，基底为织物、紫铜网、不锈钢网或者玻璃片中任一种。本专利技术中，TiO2的粒径为60～100nm。本专利技术中，SiO2的粒径为20～30nm。本专利技术中，环氧树脂为双酚A型环氧树脂。本专利技术中，在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基团聚醚进行改性的具体步骤如下：将异佛尔酮二异氰酸酯IPDI和聚乙二醇PEG在催化剂的作用下，65-75℃温度下，DMF中反应1.5-3h后，向反应液中加入氟碳表面活性剂FSN-100，继续75-85℃温度下，反应1.5-3h，最后加入环氧树脂，继续反应3-6h；反应结束后，加入固化剂，得到改性后的环氧树脂。本专利技术中，环氧树脂、聚乙二醇PEG、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、氟碳表面活性剂FSN-100、催化剂和固化剂的质量比为(25～50)：(15～40)：(9～18)：(1.5～4)：(0.1～0.4)：(2.5～6.8)。本专利技术中，催化剂为二月桂酸二丁基锡，固化剂为N,N-二甲基苄胺；聚乙二醇PEG的聚合度为200～1000。本专利技术还提供一种上述制备方法得到的有机无机复合亲水疏油涂层。本专利技术的有机无机复合亲水疏油涂层，由无机纳米粒子和有机氟化聚合物组成，无机纳米粒子增加粗糙度，有机氟化聚合物提供低表面能，环氧树脂的胶黏性有助于增加涂层纳米颗粒、基体三者之间的粘合力，可用于油水分离，其油可以是正十六烷、食用油或汽油中任意一种或几种。本专利技术和现有技术相比，有益效果如下：1.本专利技术的制备方法简单，操作方便，不需要任何复杂的设备，原料易得。2.环氧树脂粘结性强、固化物稳定性好、机械强度高、电绝缘性优良、收缩率及吸水率低。这些特性都非常适合作为油水分离涂层的浸渍乳液。另外含氟、硅的聚合物具有优良的耐热、耐化学性等优点。利用含氟、硅材料对水性环氧树脂乳液进行改性，制备得到
具有优良的亲水疏油效果的浸渍乳液，可在提高基体表面强度性能的同时，赋予基体良好的油水分离性能。所以本专利技术的涂层具有很好的耐久性，克服了以往油水分离涂层表面力学不佳，使用寿命短等缺点。3.本专利技术反应物价格相对低廉，制作方法较简单。本专利技术添加了无机纳米颗粒，利用有机物包裹纳米颗粒，增加纳米颗粒的附着力，包裹层上有纳米尺寸的突起，增加了表面粗糙度，大大的提高了性能，再创新性地应用到油水分离中，可以提高油水分离效率。4.涂层通过上层氟碳链段的斥油特性和下层亲水层的氢键作用，利用水分子与亲水基团的强氢键作用释放出能量，降低水/固界面吉布斯自由能，使得水分子在表面上的润湿过程成为热力学自发可行过程，使得水/固界面取代油/固界面这一过程得以自发进行，实现了亲水疏油，可以利用重力直接实现油水分离，且不易堵塞网孔，解决了亲油疏水涂层，油污堵塞网孔以致油水分离效率低的缺点。5.本方法制得的涂层油接触角最大可达136°，水接触角可达0°，可以很好的实现油水分离，适合大规模生产。附图说明图1是采用接触角测试仪对实施例1所得的滤布进行测定的正十六烷接触角图。图2是采用接触角测试仪对实施例1所得的滤布进行测定的水接触角图。图3是采用红外光谱仪对实施例1所得的涂料进行测定的红外图。具体实施方式下面通过具体实例对本专利技术进一步阐述，但不限制本专利技术。实施例1一种TiO2/SiO2/f-PEG复合亲水疏油涂层的制备方法，具体包括如下步骤：(1)将织物依次用洗衣粉、乙醇与水溶液(体积比1：2)、无水乙醇、去离子水超声清洗，每次超声5-15min。将清洗好的织物放入60-80℃鼓风干燥箱中干燥4-6小时。(2)将分子筛在马弗炉中400℃活化后，加入DMF(N,N-二甲基酰胺)中，静置24小时，除去原料中水分。PEG(聚乙二醇1000)和FSN-100(氟碳表面活性剂)在120℃烘箱中烘6个小时，备用。(3)将连接冷凝管，机械搅拌器，温度计的三口烧瓶放在油浴锅中反应。恒温加热并不断搅拌，将1.5gIPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)和0.038g催化剂二月桂酸二丁基锡加入三口烧瓶中，油浴锅温度70℃。4.0gPEG(聚乙二醇1000)用DMF溶解，缓慢加入烧瓶中反应2小时。0.3gFSN-100用DMF溶解，加入烧瓶中，继续反应3小时。2.6gE44(环氧树脂)用DMF溶解，加入烧瓶中，反应4h。加入固化剂0.52gN,N-二甲基苄胺，搅拌后加
入纳米TiO20.1g、SiO20.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机无机复合亲水疏油涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：首先在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基团聚醚进行改性，然后将改性后的环氧树脂与纳米无机物在高剪切条件下混合均匀，再采用浸拉提渍法或涂覆法，在基底上制得有机无机复合亲水疏油涂层；其中：所述纳米无机物选自TiO2、SiO2或MCF中的一种或多种；改性后的环氧树脂和纳米无机物的质量比为88：5～169：0.5。

【技术特征摘要】
1.一种有机无机复合亲水疏油涂层的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：首先在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基团聚醚进行改性，然后将改性后的环氧树脂与纳米无机物在高剪切条件下混合均匀，再采用浸拉提渍法或涂覆法，在基底上制得有机无机复合亲水疏油涂层；其中：所述纳米无机物选自TiO2、SiO2或MCF中的一种或多种；改性后的环氧树脂和纳米无机物的质量比为88：5～169：0.5。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基底为织物、紫铜网、不锈钢网或者玻璃片中任一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，TiO2的粒径为60～100nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，SiO2的粒径为20～30nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，环氧树脂为双酚A型环氧树脂。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在环氧树脂上接枝斥油基团氟和亲水基...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，沈婷，李书珍，王振伟，王文雅，文明，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31