CN104294608A - 一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，属于材料领域，所述方法包括如下步骤：①将碱性催化剂溶于溶剂后加入聚甲基氢硅氧烷混匀，再加入二氧化硅前驱体混匀，加水，混匀；②将基质在步骤①所得产品中浸泡、干燥，本发明有益效果为本发明采用价格低廉的聚甲基氢硅氧烷代替现有技术中价格昂贵的含氟硅烷，节约了成本，本发明制备方法简单，反应条件温和，无需复杂的反应装置，适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，属于材料领域。
背景技术
近年来，日益增加的工业油性废水及频繁的原油泄露事故，造成了严重的环境和生态问题。2010年的墨西哥湾石油泄漏严重破坏了海岸线及近岸生态，给海洋动植物造成了难以估计的伤害。除了环境生态问题，泄露的油或有机物也是巨大的资源浪费。燃烧、围油栏堵截、喷洒分散剂、物理吸附等方法已经广泛用于处理油污染问题。
比较而言，基于高效吸附材料的物理吸附过程具有操作简单，费用低，吸附的油或有机物回收后可继续使用，没有二次污染等优点而成为最具有应用前景的处理方法。因此，制备可用于实际过程油水分离和选择性吸油的超疏水高性能材料已受到相关人员广泛关注。
超疏水表面是指与水的接触角大于150°的表面。在研究自然界中具有超疏水的昆虫和植物叶子表面的微观结构中发现，表面的超疏水性能是由表面微纳米级粗糙结构和低表面能共同决定的，因此，基于可控手段实现材料表面结构和表面能的调控是目前制备超疏水材料的关键问题。
目前，超疏水表面的制备方法有刻蚀法、模板法、电纺丝法、化学气相沉积等，但上述方法存在制备成本高，过程复杂，有些需要苛刻的制备工艺和操作环境。
发明内容
本发明通过聚甲基氢硅氧烷与二氧化硅前驱体水解-缩聚合成的胶体颗粒为基质表面提供微纳米级粗糙结构，同时聚甲基氢硅氧烷携带的甲基可显著降低涂层的表面能，结合微纳米级粗糙结构和低表面能的双重特点赋予合成材料呈现超疏水/超亲油特性。
本发明提供了一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，所述方法包括如下步骤：
①将碱性催化剂溶于溶剂后加入聚甲基氢硅氧烷混匀，再加入二氧化硅前驱体混匀，加水，混匀；
所述碱性催化剂、聚甲基氢硅氧烷、水与溶剂的质量比为0.0001684～0.003367：0.001863～0.01863：0.001873～0.01873：1；
所述二氧化硅前驱体与聚甲基氢硅氧烷的质量比为1～20：1；
②将基质在步骤①所得产品中浸泡、干燥。
本发明所述步骤②优选为将基质在步骤①所得产品中浸泡1～6h、干燥。
本发明所述碱性催化剂优选为氢氧化钠或乙二胺。
本发明所述溶剂优选为乙醇、异丙醇、甘油或四氢呋喃。
本发明所述二氧化硅前驱体优选为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷或乙基三乙氧基硅烷。
本发明所述基质优选为滤纸、滤布或多孔聚酯海绵。
本发明有益效果为：
①本发明采用价格低廉的聚甲基氢硅氧烷代替现有技术中价格昂贵的含氟硅烷，节约了成本，本发明制备方法简单，反应条件温和，无需复杂的反应装置，适合工业化生产；
②由图3得本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布具有耐机械磨损性，用金属刀磨损超疏水/超亲油性滤布100次，接触角仍大于150°；
③由图4得本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布具有耐酸碱性，将强酸强碱滴在超疏水/超亲油性滤布上呈球形，接触角仍大于150°；
④本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布使用后可通过无水乙醇洗涤、干燥再生；
⑤本发明实施例7制备的超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵能吸附自身重量26倍的正己烷或44倍的煤油；
⑥本发明实施例7制备的超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵使用后可先将吸附的油排出再通过无水乙醇洗涤、干燥再生。
附图说明
本发明附图6幅，
图1为水滴至普通滤纸与本发明实施例5制备的超疏水/超亲油性滤纸表面的效果对比图；
a、普通滤纸，b、超疏水/超亲油性滤纸。
图2为普通滤布与本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布的扫描电镜图对比图；
a、普通滤布，b、超疏水/超亲油性滤布。
图3为本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布的接触角与磨损次数的关系图。
图4为不同pH值的液体滴在本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布上的效果图；
a、pH＝1、接触角＝151°，b、pH＝7、接触角＝153°，c、pH＝14、接触角＝151°。
图5为本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布用于煤油-水分离的过程图；
a、分离前，b、分离中，c、分离后。
图6为本发明实施例7制备的超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵用于水面上煤油吸附的过程图；
a、吸附前，b、吸附中，c、吸附后。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种胶体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
①将乙二胺与四氢呋喃在室温下搅拌30min，所述乙二胺在四氢呋喃中的浓度为1.5g/L；
②将步骤①所得产品与聚甲基氢硅氧烷在室温下搅拌30min，所述聚甲基氢硅氧烷与四氢呋喃的质量比为0.005589：1；
③将步骤②所得产品与正硅酸乙酯在室温下搅拌12h，所述正硅酸乙酯与聚甲基氢硅氧烷的质量比为8：1；
④将步骤③所得产品与去离子水在600～800rpm搅拌3h，得到胶体，所述去离子水与四氢呋喃的质量比为0.005618：1。
实施例2
一种胶体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
①将氢氧化钠与无水乙醇在室温下搅拌30min，所述氢氧化钠在无水乙醇中的浓度为0.8333g/L；
②将步骤①所得产品与聚甲基氢硅氧烷在室温下搅拌30min，所述聚甲基氢硅氧烷与无水乙醇的质量比为0.006302：1；
③将步骤②所得产品与正硅酸乙酯在室温下搅拌12h，所述正硅酸乙酯与聚甲基氢硅氧烷的质量比为8：1；
④将步骤③所得产品与去离子水在600～800rpm搅拌3h，得到胶体，所述去离子水与无水乙醇的质量比为0.006335：1。
实施例3
一种胶体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
①将氢氧化钠与四氢呋喃在室温下搅拌30min，所述氢氧化钠在四氢呋喃中的浓度为0.8333g/L；
②将步骤①所得产品与聚甲基氢硅氧烷在室温下搅拌30min，所述聚甲基氢硅氧烷与四氢呋喃的质量比为0.005589：1；
③将步骤②所得产品与甲基三甲氧基硅烷在室温下搅拌12h，所述甲基三甲氧基硅烷与聚甲基氢硅氧烷的质量比为8：1；
④将步骤③所得产品与去离子水在600～800rpm搅拌3h，得到胶体，所述去离子水与四氢呋喃的质量比为0.005618：1。
实施例4
一种胶体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
①将乙二胺与四氢呋喃在室温下搅拌30min，所述乙二胺在四氢呋喃中的浓度为1.5g/L；
②将步骤①所得产品与聚甲基氢硅氧烷在室温下搅拌30min，所述聚甲基氢硅氧烷与四氢呋喃的质量比为0.005589：1；
③将步骤②所得产品与乙基三乙氧基硅烷在室温下搅拌12h，所述乙基三乙氧基硅烷与聚甲基氢硅氧烷的质量比为1：1；
④将步骤③所得产品与去离子水在600～800rpm搅拌3h，得到胶体，所述去离子水与四氢呋喃的质量比为0.005618：1。
实施例5
一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，将滤纸在实施例1所得产品中浸泡6h、自然干燥，得到超疏水/超亲油性滤纸。
由图1得本发明实施例5制备的超疏水/超亲油性滤纸具有超疏水性，将水滴在超疏水/超亲油性滤纸表面，接触角为153°。
实施例6
一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，将滤布依次用无水乙醇、去离子水超声洗涤30min，60℃干燥2h，得到预处理滤布；将预处理滤布在实施例1所得产品中浸泡6h、自然干燥，得到超疏水/超亲油性滤布。
由图2得本发明实施例6制备的超疏水/超亲油性滤布具有微纳米级粗糙结构表面，且超疏水/超亲油性滤布可以30s内分离煤油-水混合物。
实施例7
一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，将多孔聚酯海绵依次用无水乙醇、去离子水超声洗涤30min，60℃干燥2h，得到预处理多孔聚酯海绵；将预处理预处理多孔聚酯海绵在实施例1所得产品中浸泡6h、自然干燥，得到超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵。
由图6得本发明实施例7制备的超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵具有吸附选择性，超疏水/超亲油性多孔聚酯海绵吸附水面上的煤油，但不被水浸湿。
Claims (5)
1.一种基于聚甲基氢硅氧烷制备疏水材料的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
①将碱性催化剂溶于溶剂后加入聚甲基氢硅氧烷混匀，再加入二氧化硅前驱体混匀，加水，混匀；
所述碱性催化剂、聚甲基氢硅氧烷、水与溶剂的质量比为0.0001684～0.003367：0.001863～0.01863：0.001873～0.01873：1；
所述二氧化硅前驱体与聚甲基氢硅氧烷的质量比为1～20：1；
②将基质在步骤①所得产品中浸泡、干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碱性催化剂为氢氧化钠或乙二胺。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶剂为乙醇、异丙醇、甘油或四氢呋喃。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述二氧化硅前驱体为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三甲氧基硅烷或乙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述基质为滤纸、滤布或多孔聚酯海绵。
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