CN111993630A - 一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，该方法为：将高分子材料和光催化材料混合于溶液中，充分浸泡，之后机械搅拌，得到混合物，使用热压技术在一定温度和压强条件下将混合物热压成复合材料，之后在一定温度下，真空处理得到超疏水材料。本发明的制备流程简单，原料广泛，制备成本低，便于大规模工业化生产，制备的超疏水材料中含有光催化材料，在可见光照射后，被油污污染的材料表面能够重新获得超疏水性，在各种恶劣污染环境以及油污环境下都能保持疏水性和光催化自清洁功能。

Description

一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法。
背景技术
超疏水材料是指表面稳定接触角大于150°，滚动接触角小于10°的材料，超疏水材料近年来关注度不断提高，得到了越来越多的应用，但是超疏水材料在经过油污污染之后就会失去原有的超疏水特性，使得材料失效。
因此，如何获得一种具有优异的疏水性和光催化自清洁性能，适用于恶劣污染环境的材料，是目前需要解决的问题。
光催化技术的核心在于光催化材料，光催化材料在光照条件下可以去除材料表面的油污等污染物，能够使超疏水材料重新获得超疏水的特性。利用光催化技术与超疏水材料结合，使得超疏水材料具有光催化自清洁性能，为保持超疏水材料在污染情况中的超疏水功能稳定性，提供了有效的解决方案。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的第一目的在于提供一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，获得的材料具有疏水性和光催化自清洁性能，旨在解决现有超疏水材料于恶劣污染环境中如何保持疏水性的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将高分子材料和光催化材料混合于溶液中浸泡，机械搅拌后得到混合物；
步骤二、使用热压技术在预设温度和压强条件下，将混合物热压成复合材料；
步骤三、在预设温度下，对复合材料进行真空处理，得到目标材料。
进一步地，所述高分子材料选自低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚乙烯醇(PVA)，聚碳酸酯(Pc)，聚氯乙烯树脂(PVC)，聚偏二氯乙烯(PVDC)，非工程塑料级聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种。
进一步地，所述光催化材料选自纳米非金属光催化材料C3N4、非金属掺杂光催化材料、碱土金属掺杂光催化材料、贵金属元素掺杂光催化材料、化合物掺杂光催化材料、纳米铋系氧化物中的一种或者多种制备而成。
进一步地，所述碱土金属掺杂光催化材料包括K/C3N4、Na/C3N4中的一种或多种，所述非金属掺杂光催化材料包括C/C3N4、O/C3N4、N/C3N4中的一种或多种，所述贵金属元素掺杂光催化材料包括Cu/C3N4，所述化合物掺杂光催化材料包括TiO2/C3N4、聚苯胺/C3N4、石墨烯/C3N4、GO/C3N4、SiO2/C3N4、BiOCl/C3N4、Fe3O4/C3N4、ZnO/C3N4中的一种或多种，所述纳米铋系氧化物包括铋系氧化物为氯氧铋、碳酸氧铋、溴氧铋、碘氧铋中的一种或多种。
进一步地，所述溶液为去离子水、乙醇、丙酮、乙二醇中的一种或多种。
进一步地，所述聚合物材料与光催化材料质量比为1:1-1:20。
进一步地，所述聚合物材料，光催化材料和溶液的质量比为1:1:5-1:20:15。
进一步地，所述浸泡时间为2-5小时。
进一步地，所述机械搅拌为磁力搅拌和超声搅拌，其搅拌速率为300-800r/min，搅拌时间为0.5-12小时。
进一步地，所述预设压强为10-25kPa，预设温度为100-125℃，热压时间为0.2-1小时。
进一步地，所述真空处理的预设温度为60-90℃，处理时间为6-24小时。
有益效果：
本发明提供的制备方法制备流程简单，原料广泛，制备成本低，便于大规模工业化生产，制备的超疏水材料中含有光催化材料，在可见光照射后，被油污污染的材料表面能够重新获得超疏水性，在各种恶劣污染环境以及油污环境下都能保持疏水性，具有光催化自清洁功能，适用于恶劣污染环境。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明光催化超疏水自清洁材料的制备方法流程图。
具体实施方式
本发明实施例中揭露的数值是近似值，而并非确定值。在误差或者实验条件允许的情况下，可以包括在误差范围内的所有值而不限于本发明实施例中公开的具体数值。
本发明实施例中揭露的数值范围用于表示在混合物中的组分的相对量以及其他方法实施例中列举的温度或者其他参数的范围。
如图1所示，为发明实施例获得一种光催化超疏水自清洁材料的方法流程图，包括如下步骤：
110、将高分子材料和光催化材料混合于溶液中浸泡，机械搅拌后得到混合物；
120、使用热压技术在预设温度和压强条件下，将混合物热压成复合材料；
130、在设定温度下，对复合材料进行真空处理，得到超疏水材料。
具体的，聚合物材料与光催化材料质量比为1:1-1:20，聚合物材料、光催化材料和溶液的质量比为1:1:5-1:20:15，浸泡时间为2-5小时，目的是提供混合均匀度，机械搅拌为磁力搅拌和超声搅拌，其搅拌速率为300-800r/min，搅拌时间为0.5-12小时；热压压强为10-25kPa，热压温度为100-125℃，热压时间为0.2-1小时；真空处理的温度为60-90℃，处理时间为6-24小时。
上述方法制备流程简单，制备的超疏水材料在光催化材料的加入下，使得被油污污染的材料表面在可见光照射后能够重新获得超疏水性，在各种恶劣污染环境以及油污环境下都能保持疏水性，因此复合材料具有光催化自清洁功能。
在一实施例中，高分子材料选自高分子材料选自低密度聚乙烯(LDPE)，高密度聚乙烯(HDPE)，聚丙烯(PP)，聚苯乙烯(PS)，聚乙烯醇(PVA)，聚碳酸酯(Pc)，聚氯乙烯树脂(PVC)，聚偏二氯乙烯(PVDC)，非工程塑料级聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的中一种或多种；光催化材料选自纳米非金属光催化材料C3N4、非金属掺杂光催化材料、碱土金属掺杂光催化材料、贵金属元素掺杂光催化材料、化合物掺杂光催化材料、纳米铋系氧化物中的一种或者多种光催化材料制备而成；溶液为去离子水、乙醇、丙酮、乙二醇中的一种或多种组合。
在一实施例中，碱土金属掺杂光催化材料包括K/C3N4、Na/C3N4中的一种或多种，非金属掺杂光催化材料包括C/C3N4、O/C3N4、N/C3N4中的一种或多种，贵金属元素掺杂光催化材料包括Cu/C3N4，化合物掺杂光催化材料包括TiO2/C3N4、聚苯胺/C3N4、石墨烯/C3N4、GO/C3N4、SiO2/C3N4、BiOCl/C3N4、Fe3O4/C3N4、ZnO/C3N4中的一种或多种，纳米铋系氧化物包括铋系氧化物为氯氧铋、碳酸氧铋、溴氧铋、碘氧铋中的一种或多种。
上述原料获取广泛，制作成本低，便于大规模工业化生产。
基于以上所示的制备方法，以下提供若干具体实例以详细说明本发明实施例提供的具有光催化自清洁性能的超疏水材料。
实施例1：
1)将聚丙烯材料和C3N4混合于乙醇中，充分浸泡，之后机械搅拌，得到混合物，其中聚丙烯材料、C3N4和乙醇的质量比1:1:5，浸泡时间1小时，机械搅拌速率300r/min，搅拌时间0.5小时，搅拌速度提高到800r/min，搅拌时间0.5小时；
2)混合物加入带有模具的热压机中，使用热压机在一定温度和压强条件下热压成复合材料，其中热压压强为25kPa，热压温度为100℃，热压时间为0.2小时；
3)热压得到的复合材料在一定温度下，真空处理得到超疏水材料，其中真空温度为80℃，处理时间为12小时。
实施例2：
1)将聚乙烯材料和SiO2/C3N4混合于乙醇中，充分浸泡，之后机械搅拌，得到混合物，其中聚丙烯材料、C3N4和乙醇的质量比1:10:20，浸泡时间2小时，机械搅拌速率400r/min，搅拌时间1.5小时，搅拌速度提高到600r/min，搅拌时间0.5小时；
2)混合物加入带有模具的热压机中，使用热压机在一定温度和压强条件下热压成复合材料，其中热压压强为20kPa，热压温度为110℃，热压时间为0.5小时；
3)热压得到的复合材料在一定温度下，真空处理得到超疏水材料，其中真空温度为80℃，处理时间为18小时。
实施例3：
1)将聚苯乙烯材料和GO/C3N4混合于丙酮中，充分浸泡，之后机械搅拌，得到混合物，其中聚丙烯材料、C3N4和乙醇的质量比1:5:5，浸泡时间1小时，机械搅拌速率400r/min，搅拌时间1.5小时，搅拌速度提高到600r/min，搅拌时间1.5小时；
2)混合物加入带有模具的热压机中，使用热压机在一定温度和压强条件下热压成复合材料，其中热压压强为20kPa，热压温度为110℃，热压时间为0.5小时；
3)热压得到的复合材料在一定温度下，真空处理得到超疏水材料，其中真空温度为90℃，处理时间为6小时。
实施例4：
1)将聚丙烯材料和C3N4混合于去离子水中，充分浸泡，之后机械搅拌，得到混合物，其中聚丙烯材料、C3N4和乙醇的质量比1:1:5，浸泡时间2小时，机械搅拌速率400r/min，搅拌时间2.5小时，搅拌速度提高到600r/min，搅拌时间2小时；
2)混合物加入带有模具的热压机中，使用热压机在一定温度和压强条件下热压成复合材料，其中热压压强为20kPa，热压温度为125℃，热压时间为0.3小时；
3)热压得到的复合材料在一定温度下，真空处理得到超疏水材料，其中真空温度为60℃，处理时间为24小时。
上述实施例获得的超疏水材料的测试结果为：
实施例1获得的超疏水材料在油污污染前，其材料表面接触角为170°，具有超疏水特性，油污污染后的表面接触角为80°，失去超疏水特性，之后经过光照处理后，油污被分解去除，材料表面接触角恢复到了170°，重新具备超疏水特性；实施例2-4的实验测试数据在实施例1的基础上波动，其材料表面接触角的变化范围如表1所示。
表1材料表面接触角的变化范围
Figure BDA0002595334440000061
综上所述，光催化超疏水自清洁材料在油污污染之前的接触角是大于150°，属于超疏水材料；油污污染之后，材料表面的超疏水性变差，接触角变小，失去疏水性能；经过光照之后，油污被分解去除，材料表面接触角恢复，其疏水性恢复，重新成为超疏水材料。光催化超疏水自清洁材料具有持续性的超疏水性能，即使被污染，经过光催化的自清洁性能，使得材料可以迅速恢复超疏水性能。
上述实施例提供的制备方法具有制备流程简单，原料获取广泛，制作成本低，便于大规模工业化生产的优点，其制备获得的超疏水自清洁材料，具有优异的疏水性和光催化自清洁性能，适用于恶劣的化学和油性环境。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将高分子材料和光催化材料混合于溶液中浸泡，机械搅拌后得到混合物；
步骤二、使用热压技术在预设温度和压强条件下，将混合物热压成复合材料；
步骤三、在预设温度下，对复合材料进行真空处理，得到目标材料。
2.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述高分子材料选自高分子材料选自低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚乙烯醇，聚碳酸酯，聚氯乙烯树脂，聚偏二氯乙烯，非工程塑料级聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述光催化材料选自纳米非金属光催化材料C3N4、非金属掺杂光催化材料、碱土金属掺杂光催化材料、贵金属元素掺杂光催化材料、化合物掺杂光催化材料、纳米铋系氧化物中的一种或者多种制备而成。
4.根据权利要求3所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述碱土金属掺杂光催化材料包括K/C3N4、Na/C3N4中的一种或多种，所述非金属掺杂光催化材料包括C/C3N4、O/C3N4、N/C3N4中的一种或多种，所述贵金属元素掺杂光催化材料包括Cu/C3N4，所述化合物掺杂光催化材料包括TiO2/C3N4、聚苯胺/C3N4、石墨烯/C3N4、GO/C3N4、SiO2/C3N4、BiOCl/C3N4、Fe3O4/C3N4、ZnO/C3N4中的一种或多种，所述纳米铋系氧化物包括铋系氧化物为氯氧铋、碳酸氧铋、溴氧铋、碘氧铋中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述溶液为去离子水、乙醇、丙酮、乙二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料与光催化材料质量比为1:1-1:20。
7.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物材料，光催化材料和溶液的质量比为1:1:5-1:20:15。
8.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述机械搅拌为磁力搅拌和超声搅拌，其搅拌速率为300-800r/min，搅拌时间为0.5-12小时。
9.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述浸泡时间为2-5小时。
10.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的预设压强为10-25kPa，预设温度为100-125℃，热压时间为0.2-1小时。
11.根据权利要求1所述的一种光催化超疏水自清洁材料的制备方法，其特征在于，所述“步骤三、在预设温度下，对复合材料进行真空处理，得到目标材料”的步骤包括：
在60-90℃的温度下，对复合材料进行6-24小时的真空处理，得到目标材料。
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