超亲水涂料及其制备方法、其制备的超亲水涂层及应用技术

一种超亲水涂料及其制备方法、其制备的超亲水涂层及应用，该超亲水材料通过以下步骤制备：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；将所述自交联改性丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。该超亲水涂料通过简便的喷、涂、浸、刷等方法，可得到自带微纳粗糙结构的超亲水涂层，其中有机硅改性自交联丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅粒子间会形成强Si‑O‑Si键合，使涂层获得优异的机械粘结性能，适用于不同基材表面，可应用于含水原油的运输及多种油水混合物的分离。

Super-hydrophilic coatings and their preparation methods, super-hydrophilic coatings prepared by them and their applications

The invention relates to a super hydrophilic coating, a preparation method, a super hydrophilic coating prepared and the application thereof. The super hydrophilic material is prepared through the following steps: pre polymerization of acrylic monomers and vinyl terminated polysiloxane under the action of initiators, and preparation of self crosslinking modified acrylate emulsion; and the self crosslinking modified acrylate emulsion and nano silica water dispersible liquid and milk. Super hydrophilic coatings were obtained by mixing chemicals. The super hydrophilic coating can be obtained by means of spraying, coating, soaking and brushing. The super hydrophilic coating with micro nano rough structure can be obtained. The strong Si, O, Si bond between the silicone modified self crosslinking acrylate emulsion and the nano silica particles will form strong mechanical bond property of the coating, which is suitable for the surface of different substrates, and can be applied to the transportation and various kinds of water cut crude oil. Separation of oil-water mixture.

【技术实现步骤摘要】
超亲水涂料及其制备方法、其制备的超亲水涂层及应用
本专利技术涉及一种超亲水性有机-无机杂化材料
，具体涉及一种超亲水涂料及其制备方法，其制备的超亲水涂层及应用。
技术介绍
近年来，随着工业和经济的快速发展，日益增加的工业含油废水以及频繁发生的海上漏油事故，造成了大量的水体污染与浪费，危害人类健康。因此，寻求有效的油水分离途径，净化水资源，缓解生态压力，逐渐成为人们研究的重点。传统工业上依靠的物理方式存在分离效率低、耗能高等问题。在目前的研究中，特殊浸润性材料如超亲水材料，通常由其形成的表面与水的接触角小于10°，可用于油水分离。其制备方法有：溶胶-凝胶法、气相沉积法、层层自组装法、等离子体处理法等。然而由于操作流程复杂、机械性能低或生产成本高等问题限制了其现阶段大规模应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种超亲水涂料及其制备方法，其制备的超亲水涂层及应用，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。作为本专利技术的一个方面，提供了一种超亲水涂料的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；将所述自交联改性丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。作为本专利技术的另一个方面，提供了一种利用如上所述的制备方法制得的超亲水涂料。作为本专利技术的再一个方面，提供了一种超亲水涂层，通过将如上所述的超亲水涂料涂覆在基材表面，在80～120℃下固化0.5～2h得到。作为本专利技术的又一个方面，提供了一种原油输送管道，其内壁表面涂覆有如上所述的超亲水涂层。作为本专利技术的又一个方面，提供了一种油水分离网，其包括：基材，呈网格或多孔状；以及如上所述的超亲水涂层，形成于所述基材的表面。作为本专利技术的又一个方面，提供了一种如上所述的超亲水涂层在油水分离或原油输送中的应用。基于上述技术方案，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术的超亲水涂料在固化成涂层时，有机硅改性自交联丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅粒子间会形成强Si-O-Si键合，使涂层获得优异的机械粘结性能；(2)本专利技术通过纳米二氧化硅表面带有的羟基亲水基团和涂层表面的微纳粗糙结构实现了超亲水性和水下超疏油性；(3)本专利技术将超亲水涂料通过简便的喷、涂、浸、刷等方法，可得到自带微纳粗糙结构的超亲水涂层，制备工艺简单，适用于大规模生产；(4)本专利技术在超亲水涂料和超亲水涂层的制备过程采用水为主要溶剂，安全、环保；(5)本专利技术提供的超亲水涂层适用于不同基材表面，可应用于含水原油的运输及多种油水混合物的分离，分离效率高，可多次循环使用。附图说明图1为本专利技术实施例1在玻璃表面形成涂层的5000倍SEM图；图2为本专利技术实施例1所制备杂化涂层的红外光谱图；图3为本专利技术实施例1在玻璃表面形成涂层的水接触角图(8.7°±0.2°)：图4为本专利技术实施例1在玻璃表面形成涂层的水下油接触角图(167.1°±1.5°)；图5为本专利技术实施例1所制备的具有微纳结构不锈钢网的100倍SEM图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。需要事先说明的是，本专利技术中除特殊说明外，百分比或百分数均指的是质量百分比或质量百分数。本专利技术公开了一种超亲水涂料及其制备方法、其制备的超亲水涂层及应用，通过简便的喷、涂、浸、刷的方式在不同基材表面制得自带微观结构的超亲水涂层，可应用于含水原油的管道运输及多种含油污水的处理。具体地，本专利技术提供了一种超亲水涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；步骤2：将所述自交联改性丙烯酸酯乳液、纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。步骤1中，丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷的质量比优选为(20～70)∶1，聚硅氧烷用量过高会影响乳液稳定性，易发生破乳，用量过低不易与纳米二氧化硅交联杂化，降低涂层的机械性能。其中丙烯酸类单体可为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸中的任一种或多种的混合物；乙烯基封端的聚硅氧烷可为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷和聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷等聚硅氧烷中的一种或多种的混合物；引发剂可为过硫酸盐，如过硫酸铵或过硫酸钾。其中为了利于预聚合反应在水溶液中进行并制成乳液，在预聚合反应中还加入有乳化剂和pH缓冲剂，其中，乳化剂是阴离子型或非离子型乳化剂中的一种或多种混合物，如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)、C0436乳化剂、吐温(Tween)系列乳化剂等；pH缓冲剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、氢氧化钠或氨水等。预聚合反应的反应温度为70～80℃，反应时间为1～3h。更具体地，步骤1可通过以下子步骤进行：子步骤1a：以质量百分比计，将60～70％丙烯酸类单体、1％～3％有机硅烷和0.5～2％乳化剂配置组成的水溶液通过共混反应得到预乳液A，反应条件可以采用超声搅拌1～2h，温度20～40℃组成，也可采用高速乳化剪切30～60min，剪切速度4000～6000rpm组成；子步骤1b：配置质量浓度为1～2.5％乳化剂和0.5％～～1％pH缓冲剂组成的水溶液B，以及配置1～2.5w％引发剂的水溶液C；子步骤1c：将预乳液A、水溶液B、水溶液C按照17～22∶8～10∶4～6的配比进行反应得到自交联改性丙烯酸酯乳液D，具体可将预乳液A总重中的10～20％和水溶液C总重的10～20％加入水溶液B作为反应釜底料，其余预乳液A和水溶液C采用缓慢滴加方式，反应在氮气等保护气氛下进行，温度控制在70～80℃，搅拌速度300～500rpm，反应时间1～3h。在此基础上，步骤2中，将纳米二氧化硅水分散液、自交联改性丙烯酸酯乳液D按10∶1～20∶1的配比混合，加入质量浓度1～3％的乳化剂，超声搅拌30～60min，得到超亲水涂料E；其中，纳米二氧化硅水分散液中SiO2粒径为5～500nm，超亲水涂料中聚硅氧烷与纳米二氧化硅质量比优选1∶(200～400)。当二氧化硅用量过高时，所制涂层的机械黏结性能降低，当用量过低时，羟基基团含量下降，使得涂层亲水性降低。基于此，本专利技术还提供了一种超亲水涂料E，即利用如上所述的制备方法制得，其以水为主要溶剂，安全环保。本专利技术还提供了一种超亲水涂层，将超亲水涂料E涂覆在基材表面，在80～120℃下固化0.5～2h，获得超亲水涂层。具体地，可以采用喷、涂、浸、刷等方法进行涂覆，制备工艺简便，形成了涂层具有有机连续相包裹二氧化硅的微观粗糙结构，并且涂层中乳液自交联网络之间及乳液与纳米二氧化硅之间都会形成强Si-O-Si键合，使涂层获得优异的机械黏结性能，剥离强度可达0.15kN/m；本专利技术提供的超亲水涂层可适用于玻璃、金属、无纺布等不同基材表面，获得自带微观结构的超亲水表面，水接触角小于10°；同时具有水下超疏油特性，水下油接触角大于150°。本专利技术还提供了上述超亲水涂层在油水分离或原油输送中的应用。具体来说，本专利技术提供的超亲水涂层可应用于含水原油的输送管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超亲水涂料的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；将所述自交联改性丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。

【技术特征摘要】
1.一种超亲水涂料的制备方法，包括以下步骤：将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，制备自交联改性丙烯酸酯乳液；将所述自交联改性丙烯酸酯乳液与纳米二氧化硅水分散液和乳化剂混合，得到超亲水涂料。2.根据权利要求1所述的超亲水涂料的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷的质量比为(20～70)∶1。3.根据权利要求1所述的超亲水涂料的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸类单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯和甲基丙烯酸中的任意一种或多种的组合；所述乙烯基封端的聚硅氧烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷和聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷中的任意一种或多种的组合；所述引发剂为过硫酸盐，优选为过硫酸铵或过硫酸钾。4.根据权利要求1所述的超亲水涂料的制备方法，其特征在于，在预聚合反应中还加入有乳化剂和pH缓冲剂；作为优选，所述乳化剂选自阴离子型或非离子型乳化剂中的一种或多种，优选选自十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、C0436乳化剂和吐温系列乳化剂中的一种或多种；作为优选，所述pH缓冲剂选自碳酸氢钠、碳酸氢铵、氢氧化钠或氨水。5.根据权利要求1所述的超亲水涂料的制备方法，其特征在于，所述预聚合反应的反应温度为70～80℃，反应时间为1～3h。6.根据权利要求1所述的超亲水涂料的制备方法，其特征在于，所述将丙烯酸类单体和乙烯基封端的聚硅氧烷在引发剂作用下进行预聚合反应，包括以下子步骤：将丙烯酸类单体、乙烯基封端的聚硅氧烷和乳化剂分别按质量百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫平，田露，刘慧丛，陈海宁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11