CN110393949A - 一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料及其制备方法 - Google Patents

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王海荣
厉梁
陈静华
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Abstract

本发明涉及一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：（1）预处理聚氨酯空白海绵；（2）聚氨酯海绵的粗化：采用同体积的浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用，将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中；（3）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：用表面修饰剂对粗化后的聚氨酯海绵进行浸泡修饰，修饰完成后，用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即得到超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。本发明的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料可以大量吸附油水混合物中的油类有机物，同时又具备了超疏水性能，其超疏水超亲油特性特别适用于海上石油泄漏事故的应急处理。

Description

一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯海绵材料，特别涉及一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料及其制备方法，属于无机材料合成领域。
背景技术
伴随着石油开采储运、机械制造、食品加工、纺织及运输等经济活动的进行，每年有大量的油类或其他有机物通过各种途径进入水体，造成了巨大的经济损失和严重的生态环境破坏，引起了社会的广泛关注。因此，开发一种适应性强、性能稳定、成本低廉的超疏水超亲油油水分离材料成为当前研究的热点。
发明内容
本发明提供一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料及其制备方法，该方法工艺简单，聚氨酯海绵粗化后经修饰剂表面修饰，有效的增加了材料表面的水接触角，赋予材料对油类有机物的强吸附能力，在处理大规模海上石油泄漏领域具有较为广泛的应用前景。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）预处理聚氨酯空白海绵：选择孔径均一的聚氨酯海绵，然后将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗至少3小时，烘干待用；
（2）聚氨酯海绵的粗化：采用同体积的浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用，将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，粗化时间为30~120s，粗化温度为10~20℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液后待用；
（3）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：用表面修饰剂对粗化后的聚氨酯海绵进行浸泡修饰，修饰时环境湿度为20~80%RH，修饰时间为0.5~3小时；修饰完成后，用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即得到超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
本发明制备的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料可以大量吸附油水混合物中的油类有机物，同时又具备了超疏水性能，其超疏水超亲油特性特别适用于海上石油泄漏事故的应急处理。
作为优选，所述的表面修饰剂是以有机溶剂为溶剂，亲油性硅烷为溶质，体积浓度为0.5~5.0%的溶液。
作为优选，步骤（3）所述的溶剂为正己烷、甲苯、乙醇、丙酮或四氢呋喃中的一种或几种。
作为优选，步骤（3）所述的溶质为甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
作为优选，步骤（1）的所述聚氨酯海绵孔径范围为150~500μm。孔径过大，接触角实验室水滴直接掉落于复合材料的空隙内，聚氨酯海绵复合材料界面与水滴之间的接触基线消失，将无法辨认水滴的形状。而当孔径过小时，聚氨酯海绵复合材料存储油品的空间会下降，其储油能力亦随之下降。最佳孔径是200-350μm。
一种所述的制备方法制得的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制得的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料具有独特的显微组织结构，能有效提高材料表面的水接触角，接触角可高达162°以上，赋予其较为优异的疏水性能；
（2）采用简单的实验装备和少量的试剂即可在室温下制备一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。本发明使用的实验装备为250mL烧杯、玻璃棒等玻璃仪器及烘箱，降低了制备成本，使用的正己烷、甲苯、甲基三氯硅烷等试剂用量少，且易于回收，减少了对环境的污染。相比较其他超疏水超亲油复合材料的制备方法，本发明具备了低能耗及环保的优势。
附图说明
图1是实施例1聚氨酯海绵粗化后的偏光显微镜照片；
图2是实施例1聚氨酯海绵修饰后的偏光显微镜照片（附水接触角照片）。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法具体是：
（1）选择孔径为150-300μm的聚氨酯海绵；
（2）预处理聚氨酯空白海绵：将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中经超声清洗3小时，烘干待用；
（3）聚氨酯海绵的粗化：各量取50mL浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合搅拌均匀制成粗化液备用。将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，设定粗化时间为60s，粗化温度为20℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液；
（4）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：以正己烷为溶剂，甲基三氯硅烷为溶质，配置体积比浓度为0.5%的表面修饰剂。设定修饰时环境湿度为30%RH，修饰时间为1.5小时。使用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即可制备超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
本实施例聚氨酯海绵粗化、修饰后的偏光显微镜照片分别见图1和图2，由图可知，经粗化和修饰后的海绵骨架上覆盖了一层薄薄的透明物质，使得海绵骨架具有较好的连续性，生成的物质紧密且连续的附着于海绵表面，为复合材料的超疏水特性提供了必要的结构条件。
本实施例制得的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料进行静态水接触角测试，使用体积为3μL去离子水作为测试液体，记录液体与修饰后海绵表面从接触到稳定的过程，由仪器直接读取接触角。经检测，接触角高达162°，数据见图2。
实施例2
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法具体是：
（1）选择孔径为250-400μm的聚氨酯海绵；
（2）预处理聚氨酯空白海绵：将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗4小时，烘干待用；
（3）聚氨酯海绵的粗化：各量取50mL浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用。将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，设定粗化时间为90s，粗化温度为17℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液；
（4）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：以甲苯为溶剂，以三甲基氯硅烷试剂为溶质，配置体积比浓度为1.0%的表面修饰剂。设定修饰时环境湿度为40%RH，修饰时间为0.5小时。使用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即可制备超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
实施例3
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法具体是：
（1）选择孔径为250-400μm的聚氨酯海绵；
（2）预处理聚氨酯空白海绵：将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗4小时，烘干待用；
（3）聚氨酯海绵的粗化：各量取50mL浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用。将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，设定粗化时间为120s，粗化温度为17℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液；
（4）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：以乙醇为溶剂，以乙烯基三氯硅烷为溶质，配置体积比浓度为2.0%的表面修饰剂。设定修饰时环境湿度为50%RH，修饰时间为2.0小时。使用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即可制备超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
实施例4
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法具体是：
（1）选择孔径为250-400μm的聚氨酯海绵；
（2）预处理聚氨酯空白海绵：将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗4小时，烘干待用；
（3）聚氨酯海绵的粗化：各量取50mL浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用。将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，设定粗化时间为120s，粗化温度为13℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液；
（4）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：以丙酮为溶剂，以甲基三氯硅烷为溶质，配置体积比浓度为3.0%的表面修饰剂。设定修饰时环境湿度为60%RH，修饰时间为2.5小时。使用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即可制备超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
实施例5
一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，该方法具体是：
（1）选择孔径为250-400μm的聚氨酯海绵；
（2）预处理聚氨酯空白海绵：将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗4小时，烘干待用；
（3）聚氨酯海绵的粗化：各量取50mL浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用。将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，设定粗化时间为30s，粗化温度为15℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液；
（4）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：以四氢呋喃为溶剂，以乙烯基三甲氧基硅烷为溶质，配置体积比浓度为4.0%的表面修饰剂。设定修饰时环境湿度为70%RH，修饰时间为3.0小时。使用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即可制备超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）预处理聚氨酯空白海绵：选择孔径均一的聚氨酯海绵，然后将空白海绵分别置于丙酮和去离子水中超声清洗至少3小时，烘干待用；
（2）聚氨酯海绵的粗化：采用同体积的浓度为100g/L铬酐和100g/L硫酸溶液，混合后搅拌均匀制成粗化液备用，将洗净的聚氨酯空白海绵置于粗化液中，粗化时间为30~120s，粗化温度为10~20℃，粗化后用大量蒸馏水反复冲洗，去除未洗净的粗化液后待用；
（3）粗化后聚氨酯海绵的表面修饰：用表面修饰剂对粗化后的聚氨酯海绵进行浸泡修饰，修饰时环境湿度为20~80%RH，修饰时间为0.5~3小时；修饰完成后，用丙酮和去离子水对材料进行清洗后烘干处理，自然冷却至室温，即得到超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
2.根据权利要求1的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于：所述的表面修饰剂是以有机溶剂为溶剂，亲油性硅烷为溶质，体积浓度为0.5~5.0%的溶液。
3.根据权利要求1的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于步骤（3）所述的溶剂为正己烷、甲苯、乙醇、丙酮或四氢呋喃中的一种或几种。
4.根据权利要求1的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于步骤（3）所述的溶质为甲基三氯硅烷、三甲基氯硅烷、乙烯基三氯硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
5. 根据权利要求1的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于步骤（1）的所述聚氨酯海绵孔径范围为150~500 μm。
6. 根据权利要求5的一种超疏水超亲油聚氨酯海绵材料的制备方法，其特征在于步骤（1）的所述聚氨酯海绵孔径范围为200-350 μm。
7.一种权利要求1所述的制备方法制得的超疏水超亲油聚氨酯海绵材料。
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