一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能性材料技术领域，特别涉及一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料及其制备方法。先采用熔融共混工艺将超疏水二氧化硅纳米粒子引入超高分子量聚乙烯基体中，再通过超临界气体发泡技术在复合材料内部引入开孔结构，即得所述泡沫材料。本发明专利技术提供了一种简易可行、绿色环保、成本低、可规模化生产的微纳多级结构超疏水纳米复合泡沫的制备工艺，可应用于化工、食品加工、水体治理等领域。水体治理等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于功能性材料
，特别涉及一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]原油的使用在推动城市化和工业化发展进程的同时，也使得海洋水体污染和工业废水污染的问题变得更加严峻。含油废水的存在不仅危害人类健康而且会破坏生态平衡。基于此，油水分离成为科学家们研究的重点之一。传统的油水分离工艺分离效率低、速度慢，因此迫切需要实现高效的油水分离。
[0003]油水分离材料的使用为解决这一问题提供了一种新的途径。目前制备油水分离材料的常见方法如相转化法、表面改性法、热解法等，但上述方法不仅使用了大量有机溶剂而且成本相对较高，难以大规模生产。因此，如何采用环保的方法制备高效、低成本的超疏水多孔材料仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种环保且高效的选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料及其制备方法，所述方法未使用任何有机溶剂，且工艺简单，效率高。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料，通过以下制备方法获得：先对纳米二氧化硅粒子改性获得超疏水二氧化硅纳米粒子，再采用熔融共混工艺将超疏水二氧化硅纳米粒子引入超高分子量聚乙烯基体中，最后通过超临界气体发泡技术在复合材料内部引入开孔结构，即得所述泡沫材料。
[0007]优选的，复合泡沫材料中，超疏水二氧化硅纳米粒子的质量比例为0.5％<br/>‑
1％，最优比为1％。
[0008]发泡温度优选控制在125
‑
127℃。
[0009]超疏水二氧化硅纳米粒子的制备方法优选如下进行：将二氧化硅纳米粒子的无水甲苯均匀分散液与改性剂于60
‑
80℃条件下充分反应2
‑
4h，反应产物分离干燥获得所述超疏水二氧化硅纳米粒子。
[0010]优选的，二氧化硅纳米粒子与改性剂的投料质量比3
‑
5:2。
[0011]二氧化硅纳米粒子与无水甲苯的质量体积比为1:30
‑
40(g/ml)。
[0012]二氧化硅纳米粒子经改性后，由亲水、高黏附状态转变为超疏水、低黏附状态，性能提升较大。改性过程中，在甲苯中水解的改性剂(以十八烷基三氯硅烷为例)和二氧化硅纳米粒子表面的羟基发生缩合反应，使得十八烷基三氯基团固定在二氧化硅纳米粒子表面，十八烷基三氯基团本身的疏水性能使得材料不用进一步氟化。
[0013]所述熔融共混工艺可如下进行，但本专利技术只是提供了一种方式而已，本领域技术人员可选择任何能实现熔融共混目的的工艺参数以及步骤：将超疏水二氧化硅纳米粒子与
超高分子量聚乙烯粉末的混合物干燥后于170℃、30rpm下熔融混合，之后冷却造粒；然后于
‑
90Kpa的真空下热压成型，得到超疏水二氧化硅/超高分子量聚乙烯纳米复合材料。
[0014]可选的，将获得的超疏水二氧化硅/超高分子量聚乙烯纳米复合材料置于反应釜中，于125
‑
127℃下，保持发泡气体压力为16
‑
24Mpa条件下保压2
‑
4h，然后泄压至常压后冷却至室温获得所述复合泡沫材料。
[0015]具体的，所述复合泡沫材料的制备步骤如下：
[0016]1)超疏水纳米二氧化硅粒子的制备：
[0017]首先将二氧化硅纳米粒子(30nm)和无水甲苯置于圆底烧瓶中超声处理以分散均匀，时间一般30min左右。然后将得到的溶液转移到65℃的油浴锅中，加入改性剂并以30rpm的速度搅拌4h。将反应过后的溶液进行抽滤，将抽滤得到的固体放入烘箱，在70℃的条件下烘干30min，充分研磨后获得改性的超疏水纳米二氧化硅粒子。
[0018]2)超疏水二氧化硅/超高分子量聚乙烯纳米复合材料的制备：
[0019]将超疏水二氧化硅纳米粒子与超高分子量聚乙烯粉末机械混合，混合物在真空烘箱中干燥后，用双螺杆挤出机在170℃和30rpm下熔融混合，经过水冷却后造粒。然后，通过真空辅助热压机将干燥后的复合颗粒在真空下热压成型，得到超疏水二氧化硅/超高分子量聚乙烯纳米复合材料。
[0020]3)超疏水纳米复合泡沫的制备：
[0021]将制得的复合材料放入高压反应釜中，注入二氧化碳气体并保压，然后快速泄压至常压，同时用循环冷却水冷却模具至室温，最终得到超疏水纳米复合泡沫。
[0022]步骤1)中的改性剂可选择十八烷基三氯硅烷，同时也可替换为：异丁基三乙氧基硅烷、十二烷基三氯硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷等。
[0023]步骤2)中的超高分子量聚乙烯还可以用其他材料代替，如聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸、硅橡胶、热塑性聚苯乙烯弹性体、热塑性、聚烯烃弹性体、热塑性共聚酯弹性体、热塑性聚酰胺弹性体或热塑性聚氨酯弹性体等。
[0024]步骤3)中的发泡气体二氧化碳还可以用氮气、空气、氦气、氩气、石油醚、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、正戊烷、正己烷、正庚烷、二氯甲烷或三氯氟甲烷等替换。
[0025]本专利技术获得的所述选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料为多级微纳结构，其中超疏水二氧化硅纳米颗粒均匀分布。
[0026]本专利技术通过简单的熔融共混工艺和独特的超临界流体发泡技术制备了超疏水纳米复合泡沫，所述的泡沫可以实现高效率、低成本油水分离。本专利技术中，一方面通过熔融共混工艺引入不同强度的材料从而形成开孔泡沫，而采用将改性的超疏水二氧化硅纳米粒子引入超高分子量聚乙烯基体，还能起到降低材料表面能的作用；再结合超临界气体发泡技术在纳米复合材料内部引入开孔结构，从而形成超疏水二氧化硅纳米粒子和泡孔壁共同组成的微纳多层级结构，以增加表面复杂度，使得疏水效果进一步提升。同时，复合泡沫内部的开孔结构为油剂及有机试剂的吸附提供了空间，最终实现超疏水纳米复合泡沫的制备。
[0027]本专利技术中超疏水纳米复合泡沫的超疏水和油剂吸附机理主要体现在：
[0028](1)超疏水机理：通过熔融共混工艺将超疏水二氧化硅纳米粒子引入超高分子量聚乙烯基体中，再通过超临界气体发泡技术在复合材料内部引入开孔结构，超疏水二氧化硅纳米颗粒的均匀分布和开放性泡孔使材料形成一个复杂的多级微纳结构，增加了材料的
表面粗糙度，赋予其优异的疏水性能；
[0029](2)油剂吸附原理：相对较低的基体强度促使泡沫细胞壁破裂从而产生开孔结构，为油剂的吸附提供了空间。
[0030]综上，本专利技术提供了一种简易可行、绿色环保、可规模化生产的微纳多级结构超疏水纳米复合泡沫的制备工艺。仅通过简单的熔融共混与超临界气体发泡技术就可以实现兼具优异疏水性能和高效率油剂吸附性能的泡沫材料的制备，成本低、可规模化生产，可应用于化工、食品加工、水体治理等领域。
附图说明
[0031]图1为本专利技术超疏水纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，先对纳米二氧化硅粒子改性获得超疏水二氧化硅纳米粒子，再采用熔融共混工艺将超疏水二氧化硅纳米粒子引入超高分子量聚乙烯基体中，最后通过超临界气体发泡技术在复合材料内部引入开孔结构，即得所述泡沫材料。2.如权利要求1所述的选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，复合泡沫材料中，超疏水二氧化硅纳米粒子的质量比例为0.5%
‑
1%。3.如权利要求1所述的选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，进行超临界气体发泡时，发泡温度控制在125
‑
127℃。4.如权利要求1
‑
3任一所述的选择性吸油的超疏水纳米复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，超疏水二氧化硅纳米粒子的制备方法如下：将二氧化硅纳米粒子的无水甲苯均匀分散液与改性剂于60
‑
80℃条件下充分反应2
‑
4h，反应产物分离干燥获得所述超...

【专利技术属性】
技术研发人员：米皓阳，张志，尚盈辉，任筱玥，郭亚豪，
申请(专利权)人：深圳微检无忧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：