一种超疏水材料的制备方法及产品和应用技术

本发明专利技术公开了一种超疏水材料的制备方法及产品和应用，该制备方法包括：以硅酸钠为原料，制备水合二氧化硅；对水合二氧化硅进行改性处理；将改性后的水合二氧化硅、EHP引发剂与氯乙烯聚合生成聚氯乙烯树脂，聚氯乙烯树脂模压成型即得到该超疏水材料。该超疏水材料具有超疏水、自清洁阻垢的效果，从而将超疏水材料运用于工业管道中，可以直接从源头防止或减少硫酸钙垢在管道内壁沉积，大幅度降低了硫酸钙结垢带来的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种超疏水材料的制备方法及产品和应用
本专利技术涉及高分子材料领域，具体涉及一种超疏水材料的制备方法及产品和应用。
技术介绍
硫酸钙是一种微溶物，在工业管道中由于温度、压力、流速等影响极易析出形成坚硬的硫酸钙垢体，导致管道流通截面积变小，造成压力损失、排量减小及管道堵塞；还会诱发管道局部腐蚀，导致管漏失频繁，甚至穿孔造成破坏性事故。硫酸钙结垢的机理包括了热力学机理和动力学机理，当溶液的温度、压力、流速发生变化时高矿化度水就会结垢，结垢的速率与温度和流体动力学有关，温度升高或者雷诺数增加都会降低结垢速率。根据微溶盐的溶解原理，当硫酸根的浓度与钙离子的浓度之积大于硫酸钙的溶度积时，硫酸钙就会结垢，产生硬度较高的硫酸钙垢，并析出晶体。硫酸钙的结垢过程大致可以分为以下四步:溶液中的阴阳离子相互作用形成离子对；离子聚集形成更大的聚集体；均相成核与晶体生长形成不易在溶解的晶核；非均相成核晶体吸附在接触表面上。硫酸钙垢的形式与温度有关，当温度低于50℃时形成CaSO4·2H2O，温度介于50～82℃之间时形成CaSO4·1/2H2O，当温度在82℃以上则形成无水CaSO4，它也是最稳定的硫酸钙，其溶解度相比前两种硫酸钙结晶也最小，但在大多数硫酸钙垢层中主要以二水硫酸钙为主。目前硫酸钙垢的防治方法有化学防垢法、物理防垢法、工艺防垢法以及物理化学协同防垢法。化学防垢法是利用化学药剂本身的化学性质来预防或者延缓硫酸钙的生成。其中阻垢机理有以下几种：(1)螯合作用：配位键与溶液中的离子相结合，起作用的是阻垢剂分子上的多个配位键，通过配位键与溶液中离子的结合，形成稳定的配合物或者可溶性螯合物。(2)晶格畸变作用：溶液中，阻垢剂分子比较吸附在处于成长过程的晶体表面，使晶体发生畸变。(3)分散作用：通过静电斥力作用阻碍微晶体之间的互相接触，避免晶体聚集形成更大的晶体。化学防垢剂的优点在于阻垢率高，适用于含各种离子的酸、碱或中性溶液。化学防垢法的研究已经有了比较成熟的结果。物理防垢法是通过使用特殊的物理仪器来减缓或者阻止硫酸钙的形成。物理防垢技术主要有晶种技术和电、磁声等。工艺防垢法主要是通过改变工艺条件来达到减少硫酸钙垢的方法；其核心在于改变硫酸钙结垢的影响因素，从而抑制硫酸钙垢的生成。影响硫酸钙结垢的因素有很多，研究表明，影响因素包括温度、压力、流速、材质和矿化度等；实验表明，温度与硫酸钙溶解的关系并不是简单的线性关系，而是先上升在某一温度达到最值而后再随温度的上升而下降。因此工艺防垢法一般是通过调节合适的温度使得硫酸钙溶解达到最大，减缓硫酸钙垢的生成；或者研究溶液中所含的离子和溶液pH，合理调节溶液中的离子浓度，来降低溶液硫酸钙的过饱和度，减缓硫酸钙结垢；或者采用低表面能材料修饰管道表面，从而减缓硫酸钙在管道内壁的沉积。现阶段普遍采用的除垢方法有物理法和化学法。物理方法只有当硫酸钙垢坚硬时，可用物理方法将其震荡下来，当硫酸钙与管道内壁贴合得较紧密时，物理方法的效果就不佳。化学防垢法是常用的方法，除垢效果较好；但是化学除垢工艺复杂，耗费大量的化学药品，造成生产成本加大，不利于大规模的工业化生产，而且易损坏管道，污染环境。同时，当前对硫酸钙垢的研究大多停留在只含硫酸根或者钙离子的溶液或还含少数其他离子的溶液中；当工厂所排废水中含大量其他物质时，由于溶液中离子之间会影响阻垢而难以达到阻垢效果，故阻垢剂的阻垢效果将下降。很多厂家处理硫酸钙垢仍在使用NaOH或Na2CO3浸泡，然后去除硫酸钙垢，但处理效率低。解决硫酸钙结垢问题最好的方法是抑制结垢，从源头控制硫酸钙垢沉积而不是在硫酸钙已经沉积后再去除。中国专利CN103589067A公开了“一种具有阻垢作用的纳米复合塑料及其制备方法”，该专利是将阻垢剂、增塑剂、增溶剂和塑料母粒一起熔融混炼、造粒、成型得到的含阻垢剂的纳米复合塑料，其表面的阻垢剂能防止无机盐沉淀物在塑料表面的粘附，从而有效防止塑料表面的结垢。该专利是通过在复合材料中添加阻垢剂从而实现阻垢功能，由于阻垢剂是混合在复合材料中的，所以阻垢剂不一定刚好分布在复合材料的表面，因此该专利阻垢效果一般。因此本专利技术提出一种超疏水材料的制备方法及产品和应用，采用本专利技术方法制得的超疏水材料具有超疏水性，将该超疏水材料用于工业管道的生产中，从而防止硫酸钙垢在该工业管道内上沉积，大幅度降低了硫酸钙结垢带来的风险。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种超疏水材料的制备方法及产品和应用。本专利技术的技术解决方案如下：本专利技术的第一个方面的技术方案是：一种超疏水材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将硅酸钠溶液与蒸馏水混合，超声处理5～15min，使硅酸钠溶液完全溶解；(2)对步骤(1)中的硅酸钠溶液进行加热，保持温度为35～45℃，加入盐酸进行反应，反应完成后得到白色悬浮液，将白色悬浮液进行抽滤得到沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀，并用AgNO3溶液检测洗液中的Cl-，直到洗液中无AgCl沉淀生成；常压60～80℃烘干沉淀，制得水合二氧化硅；(3)将步骤(2)中的水合二氧化硅与无水乙醇混合，缓慢加入乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀，调节pH至7～8，35～45℃恒温搅拌15～25h，冷却至室温，离心，55～65℃下真空干燥，研磨制得改性水合二氧化硅；(4)将步骤(3)中改性水合二氧化硅与去离子水、EHP引发剂加入不锈钢反应釜内，向不锈钢反应釜内充入氮气排出空气，升温至55～60℃；(5)控制氯乙烯单体储罐内温度低于不锈钢反应釜内温度，打开氯乙烯单体储罐与不锈钢反应釜的连接，氯乙烯单体以气相形式不断加入不锈钢反应釜中，调节不锈钢反应釜内的压力至0.85～0.95MPa，即聚合制得聚氯乙烯树脂；(6)将步骤(5)中的聚氯乙烯树脂进行模压成型，模压温度为160～200℃，模压时间为8～12min，即制得超疏水材料。作为优选技术方案，所述步骤(1)中，硅酸钠溶液与蒸馏水的质量比为1:5，超声处理10min。作为优选技术方案，所述步骤(2)中，硅酸钠溶液的温度保持38～42℃；盐酸的浓度为5mol/L，盐酸与硅酸钠溶液体积比为0.8～1.2:1。作为优选技术方案，所述步骤(2)中，硅酸钠溶液的温度保持40℃；盐酸与硅酸钠溶液体积比为1:1；烘干温度为70℃。作为优选技术方案，所述步骤(3)中，每1g水合二氧化硅与0.8～1.2ml的无水乙醇混合；每1g的水合二氧化硅中加入0.06～0.1ml的乙烯基三乙氧基硅烷；加入氨水调节pH至7～8，40℃度搅拌20h，60℃下真空干燥。作为优选技术方案，所述步骤(4)中，改性水合二氧化硅与去离子水的质量比为1:45～55；改性水合二氧化硅与EHP引发剂的质量比为1:0.08～0.012，升温至57℃。作为优选技术方案，所述步骤(5)中，所述步骤(5)中，聚氯乙烯与改性水合二氧化硅的质量比为100:3～6，调节不锈钢反应釜内的压力至0.9MPa。更进一步的优选，所述步骤(5)中，所述步骤(5)中，聚氯乙烯与改性水合二氧化硅的质量比为100:4～5。作为优选技术方案，所述步骤(6)中，具体的是将聚氯乙烯树脂放入平板硫化机上进行模压成型，模压温度为180℃，模压时间为10min。本专利技术的第二个方面的技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超疏水材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硅酸钠溶液与蒸馏水混合，超声处理5～15min，使硅酸钠溶液完全溶解；(2)对步骤(1)中的硅酸钠溶液进行加热，保持温度为35～45℃，加入盐酸进行反应，反应完成后得到白色悬浮液，将白色悬浮液进行抽滤得到沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀，并用AgNO3溶液检测洗液中的Cl‑，直到洗液中无AgCl沉淀生成；常压60～80℃烘干沉淀，制得水合二氧化硅；(3)将步骤(2)中的水合二氧化硅与无水乙醇混合，缓慢加入乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀，调节pH至7～8，35～45℃恒温搅拌15～25h，冷却至室温，离心，55～65℃下真空干燥，研磨制得改性水合二氧化硅；(4)将步骤(3)中改性水合二氧化硅与去离子水、EHP引发剂加入不锈钢反应釜内，向不锈钢反应釜内充入氮气排出空气，升温至55～60℃；(5)控制氯乙烯单体储罐内温度低于不锈钢反应釜内温度，打开氯乙烯单体储罐与不锈钢反应釜的连接，氯乙烯单体以气相形式不断加入不锈钢反应釜中，调节不锈钢反应釜内的压力至0.85～0.95MPa，即聚合制得聚氯乙烯树脂；(6)将步骤(5)中的聚氯乙烯树脂进行模压成型，模压温度为160～200℃，模压时间为8～12min，即制得超疏水材料。...

【技术特征摘要】
1.一种超疏水材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将硅酸钠溶液与蒸馏水混合，超声处理5～15min，使硅酸钠溶液完全溶解；(2)对步骤(1)中的硅酸钠溶液进行加热，保持温度为35～45℃，加入盐酸进行反应，反应完成后得到白色悬浮液，将白色悬浮液进行抽滤得到沉淀，用蒸馏水反复洗涤沉淀，并用AgNO3溶液检测洗液中的Cl-，直到洗液中无AgCl沉淀生成；常压60～80℃烘干沉淀，制得水合二氧化硅；(3)将步骤(2)中的水合二氧化硅与无水乙醇混合，缓慢加入乙烯基三乙氧基硅烷混合均匀，调节pH至7～8，35～45℃恒温搅拌15～25h，冷却至室温，离心，55～65℃下真空干燥，研磨制得改性水合二氧化硅；(4)将步骤(3)中改性水合二氧化硅与去离子水、EHP引发剂加入不锈钢反应釜内，向不锈钢反应釜内充入氮气排出空气，升温至55～60℃；(5)控制氯乙烯单体储罐内温度低于不锈钢反应釜内温度，打开氯乙烯单体储罐与不锈钢反应釜的连接，氯乙烯单体以气相形式不断加入不锈钢反应釜中，调节不锈钢反应釜内的压力至0.85～0.95MPa，即聚合制得聚氯乙烯树脂；(6)将步骤(5)中的聚氯乙烯树脂进行模压成型，模压温度为160～200℃，模压时间为8～12min，即制得超疏水材料。2.根据权利要求1所述的超疏水材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，硅酸钠溶液与蒸馏水的质量比为1:5，超声处理10min。3.根据权利要求1所述的超疏水材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾桂生，马林娟，邹建平，罗旭彪，秦元成，魏栖梧，凌波，
申请(专利权)人：南昌航空大学，南通寰宇博新化工环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36