CN109316778B - 一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法：采用自乳化/溶剂扩散法，制备具有超疏水性能的聚合物微纳米颗粒并溶于水中得到聚合物纳米颗粒的分散液；将铜网先后浸泡于粘连剂和聚合物纳米颗粒的分散液中，干燥得到超疏水铜网。本发明工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产；制备的超疏水铜网疏水性能强，酸碱稳定性好，对于多种油水混合物具有良好的分离效率及分离重复性。且本发明中没有使用任何昂贵的低表面能物质，大大减少了成本，具有良好的商业前景。

Description

一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法
技术领域
本发明属于超疏水功能材料技术领域，具体涉及一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法。
背景技术
水资源问题一直以来受到社会各界的广泛关注，保护和净化水资源是我们永恒的话题。当前频繁的石油泄漏事故，以及工业含油废水排放量的激增，使得油/水分离技术成为了备受全球研究者关注的一个话题。传统的油/水分离技术主要有过滤、离心、吸附等，但是这些方法的效率太过低下，操作成本高昂，并不符合人们对于绿色经济的诉求。超疏水材料由于其表面油/水润湿性能的巨大差异，在油水分离领域受到了广泛的关注。
目前在油水分离领域中研究较多的超疏水材料主要有超疏水纤维织物、超疏水滤纸、超疏水滤膜、超疏水丝网、超疏水泡沫等三维超疏水构件。其中，以化学性能稳定、耐腐蚀性能较强的铜网为基底制备的超疏水铜网，具有高效的油水分离性能，展现出了巨大的应用潜力。
一般超疏水铜网的制备方法分为两类，第一类是原位生长法在铜网表面构造超疏水结构，水热合成法、化学气象沉积和激光刻蚀属于这类方法；第二类方法是在基底上涂覆超疏水功能层，主要有浸渍涂覆、喷涂、静电纺丝等。原位生长法制备的超疏水表面与丝网表面一般通过化学键连接，因此结构的机械强度高，稳定性好。但是制备过程复杂、生长时间较长等问题，限制了原位生长法的应用。表面粗糙结构涂覆的工艺则相对简单。其中,浸渍涂覆法工艺简单，可大面积施工，且不受基材限制，因此容易得到广泛应用。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种具有高效油水分离的超疏水铜网的制备方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法，其特征在于：所述的方法具体按照如下步骤进行：
(1)将粒径为2mm-5mm的疏水性聚合物颗粒溶于有机溶剂A中，形成5wt％～15wt％的聚合物溶液A，然后在搅拌条件下向所述的聚合物溶液A中加入有机溶剂B搅拌形成半透明溶液B，将所述半透明溶液B倒入水中形成乳白色分散体系，经离心、洗涤后得到超疏水聚合物微纳米颗粒；所述的有机溶剂B为所述聚合物颗粒的不良溶剂；
(2)将步骤(1)所得超疏水聚合物微纳米颗粒分散于有机溶剂C中，得到浓度为1g/L-10g/L的聚合物超疏水分散液；所述的有机溶剂C为醇类或丙酮；
(3)将α-氰基丙烯酸乙酯溶解于丙酮中，得到浓度为1wt％-20wt％的粘连剂；
(4)将铜网浸泡于步骤(3)所得粘连剂中，1～2min后取出，再浸泡于步骤(2)所述的聚合物超疏水分散液中，1～2min后取出干燥，得到超疏水铜网。
进一步，步骤(1)中，所述的疏水性聚合物颗粒包括聚砜(PSF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等常见疏水性聚合物。
进一步，步骤(1)中，所述的有机溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
进一步，步骤(1)中，所述的有机溶剂B为乙醇、丙醇或正丁醇。
进一步，步骤(1)中，所述的有机溶剂B与所述的有机溶剂A的体积比为3～10：20。
进一步，步骤(1)中，所述搅拌速度为500-200ran/min。
进一步，步骤(1)中，所述水的体积用量至少为所述半透明溶液B体积的3倍。
进一步，步骤(2)中，所述的有机溶剂C为甲醇、乙醇或丙酮。
进一步，步骤(4)中，所述的铜网依次在清水、乙醇中经超声清洗30分钟。
进一步，步骤(4)中，所述的干燥温度为室温至100℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.和传统油水分离方法相比较，本发明以自乳化/溶剂扩散法制备的具有微纳米结构的油水分离材料具有极高的分离效率和分离速率，有效克服了传统油水分离分离效率低、分离不彻底等问题。
2.本发明采用铜网作为基材，耐腐蚀性较好，在高盐弱碱的海水中具有实际的应用性能。此外，涂层采用工业级502胶水(α-氰基丙烯酸乙酯)作为粘连剂，具有涂覆速度快、黏附力强等优点。
3.本发明中所用到制备超疏水涂层的原料都是常见的聚合物材料，且超疏水表面制备方法简单，对于设备、工艺条件要求较低，造价低廉，易于扩大化生产。
4、本发明中没有使用任何昂贵的低表面能物质，大大减少了成本，具有良好的商业前景。
5、本发明制备的超疏水铜网疏水性能强，酸碱稳定性好，对于多种油水混合物具有良好的分离效率及分离重复性。
附图说明
图1为本发明实施制备的具有油水分离性能的超疏水铜网实物图。
图2为普通铜网和超疏水铜网的SEM图，a和b为普通铜网的SEM图，c和d为超疏水铜网的扫描电镜图。
图3为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网的水和油的接触示意图(油为正己烷)。
图4为本发明实施例制备的具有油水分离功能的铜网分离前后效果图。
具体实施方式
下面结合具体实施过程对本发明进行详细的说明。
实施例1：
以自乳化/溶剂扩散法制备超疏聚合物微纳米颗粒。
(1)将1g热塑性聚氨酯弹性体溶于30mlDMF中，形成溶液A，加入15ml正丁醇，搅拌形成半透明溶液B；将上述溶液倒入水中，搅拌形成乳白色分散体系，离心、洗涤后按1g/L的浓度分散于乙醇溶液中得到聚合物超疏水分散液；
(2)将工业级速干胶502(α-氰基丙烯酸乙酯)溶解于丙酮中，形成10wt％浓度的溶液C，作为粘连剂备用；
(3)将待加工的铜网置于清水以及乙醇中超声清洗30分钟，去除表面杂质；
(4)将清洗过后的铜网浸泡于溶液C中，2分钟后取出，再浸泡到所述的聚合物超疏水涂料中，2分钟后取出，在60℃下使铜网表面干燥，得到具有油水分离性能的超疏水铜网。
制备得到的超疏水铜网具有良好的超疏水性能，其最大水接触角达到154.6°，滚动接触角为8°。并且高超疏水铜网具有良好的耐酸碱性能，将得到的超疏水铜网分别利用1mol/L的HCl、NaOH、NaCl进行水接触测试，得到的水接触角分别为149.2°、150.4°、150.7°，仍然保持了良好的疏水性能。
实施例2：
(1)以自乳化/溶剂扩散法制备超疏聚合物微纳米颗粒。将1gPVDF溶于30mlDMF中，形成溶液A，加入10ml乙醇，搅拌形成半透明溶液B；将上述溶液倒入水中,搅拌形成乳白色分散体系，离心、洗涤后按1g/L的浓度分散于乙醇溶液中得到超疏水聚合物涂料；
(2)将工业级速干胶502(α-氰基丙烯酸乙酯)溶解于丙酮中，形成15wt％浓度的溶液C，作为粘连剂备用；
(3)将待加工的铜网置于清水以及乙醇中超声清洗30分钟，去除表面杂质；
(4)将清洗过后的铜网浸泡于溶液C中，2分钟后取出，再浸泡到聚合物超疏水涂料中，2分钟后取出，在60℃下使铜网表面干燥。得到具有油水分离性能的超疏水铜网。
上述方法得到的超疏水铜网具有良好的疏水性能，其水接触到达到154°，滚动接触角小于10°。此外，该超疏水铜网具有良好的热稳定性，在150℃的烘箱中热处理该铜网10小时后，铜网表面涂层的微观形貌没有明显改变，同时保持了较高的疏水性能，静态水接触角保持在148.7°。
实施例3：
(1)以自乳化/溶剂扩散法制备超疏聚合物微纳米颗粒。将1g PSF溶于30mlDMF中，形成溶液A，加入5ml乙醇，搅拌形成半透明溶液B；将上述溶液倒入水中,搅拌形成乳白色分散体系，离心、洗涤后按1g/L的浓度分散于乙醇溶液中得到超疏水涂料；
(2)将工业级速干胶502(α-氰基丙烯酸乙酯)溶解于丙酮中，形成15wt％浓度的溶液B，作为粘连剂备用；
(3)将待加工的铜网置于清水以及乙醇中超声清洗30分钟，去除表面杂质；
(4)将清洗过后的铜网浸泡于溶液C中，2分钟后取出，再浸泡到聚合物超疏水涂料中，2分钟后取出，在60℃下使铜网表面干燥。得到具有油水分离性能的超疏水铜网。
按照上述方法制备的超疏水铜网具有良好的油水分离性能。
方案利用体积比为1:1的亚甲基蓝水溶液与正己烷进行油水分离测试。油水分离装置如图4所示，将油水混合物倒入以超疏水铜网为主要组件的装置中，油相透过铜网流入收集装置，而水相被阻截，快速实现油水分离。
由图2可知，普通铜网表面很光滑，而涂覆微纳米聚合物后，铜网表面有一层粗糙度很大的球棍状聚合物微纳米层，这些粗糙的聚合物结构是铜网超疏水性能的关键，铜网在涂覆聚合物纳米颗粒后依然保留有几十微米大小的孔径，因而能够保证油相顺利透过铜网。
以上所述是本发明的较佳实施例，因此不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰,皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种浸渍涂覆聚合物纳米颗粒制备超疏水铜网的方法，其特征在于：所述的方法具体按照如下步骤进行：
(1)将粒径为2mm-5mm的疏水性聚合物颗粒溶于有机溶剂A中，形成5wt％～15wt％的聚合物溶液A，然后在搅拌条件下向所述的聚合物溶液A中加入有机溶剂B搅拌形成半透明溶液B，将所述半透明溶液B倒入水中形成乳白色分散体系，经离心、洗涤后得到超疏水聚合物微纳米颗粒；所述的有机溶剂B为乙醇、丙醇或正丁醇；所述的有机溶剂B与所述的有机溶剂A的体积比为3～10：20；所述的疏水性聚合物颗粒为聚砜、聚偏二氟乙烯、热塑性聚氨酯弹性体或聚甲基丙烯酸甲酯；
(2)将步骤(1)所得超疏水聚合物微纳米颗粒分散于有机溶剂C中，得到浓度为1g/L-10g/L的聚合物超疏水分散液；所述的有机溶剂C为醇类或丙酮；
(3)将α-氰基丙烯酸乙酯溶解于丙酮中，得到浓度为1wt％-20wt％的粘连剂；
(4)将铜网浸泡于步骤(3)所得粘连剂中，1～2min后取出，再浸泡于步骤(2)所述的聚合物超疏水分散液中，1～2min后取出干燥，得到超疏水铜网。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的有机溶剂A为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述搅拌速度为500-200ran/min。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述水的体积用量至少为所述半透明溶液B体积的3倍。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的有机溶剂C为甲醇、乙醇或丙酮。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的铜网依次在清水、乙醇中经超声清洗30分钟。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的干燥温度为室温至100℃。
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