水性聚氨酯基超疏水涂層的制備及在油水分離中的應(yīng)用研究.pdf

1、超疏水涂層是一種具有特殊表面浸潤(rùn)性質(zhì)的新型涂層，具有拒水、自清潔、抗冰覆、抗菌、減阻、防腐蝕和抗粘附等重要特性，可廣泛應(yīng)用于人們生活的各個(gè)方面。本文以疏水型水性聚氨酯為基底材料，以納米材料構(gòu)筑表面粗糙結(jié)構(gòu)，制備了三種性能優(yōu)異的超疏水表面。
　　首先采用低聚物二元醇、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、二羥甲基丙酸（DMPA）為主要原料，氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷（AEAPS）為改性劑，制備了一系列有機(jī)硅改性的水性聚氨酯乳液（SiWPU

2、）。探究了不同類(lèi)型低聚物二元醇對(duì)水性聚氨酯(WPU）膠膜疏水性能的影響，并重點(diǎn)討論了AEAPS用量對(duì)SiWPU乳液及膠膜性能的影響。采用傅里葉紅外變換光譜（FT-IR）、熱重分析儀（TG）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描電鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）對(duì)SiWPU進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果顯示：采用聚四氫呋喃二醇為軟段材料，w（AEAPS）為6％（以聚氨酯預(yù)聚體質(zhì)量計(jì)），所制備的SiWPU乳液及膠膜各項(xiàng)性能較佳。與未改性的WPU膠膜相比，

3、SiWPU膠膜的表面疏水性、耐水性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性明顯提高，相分離程度變大；XRD測(cè)試結(jié)果表明：AEAPS的加入導(dǎo)致WPU的結(jié)晶能力下降。
　　其次，將SiWPU與多壁碳納米管（MWCNTs）相結(jié)合，采用從源頭控制污染的新技術(shù)體系制備了具有“SiWPU-MWCNTs-SiWPU”三明治結(jié)構(gòu)的超疏水導(dǎo)電涂層。為改善MWCNTs在乙醇溶劑中的分散性和穩(wěn)定性，先采用十八胺（ODA）對(duì)其修飾，通過(guò)FT-IR、TG、XPS、核磁共振氫譜

4、、透射電鏡（TEM）和穩(wěn)定性分析儀等對(duì)其結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：十八胺接枝到了MWCNTs上，接枝率為10.97%，且改性后的MWCNTs可以穩(wěn)定地分散在乙醇中，團(tuán)聚現(xiàn)象得到有效改善?？疾炝藦?fù)合涂層的表面微觀形貌、浸潤(rùn)性、電學(xué)性能、通電發(fā)熱特性、機(jī)械穩(wěn)定性及耐紫外線性能。結(jié)果顯示：復(fù)合涂層表面形成鳥(niǎo)巢狀的微納米級(jí)階層結(jié)構(gòu)，靜態(tài)接觸角達(dá)到158.1±2.0°且滾動(dòng)角小于1°；超疏水導(dǎo)電涂層的方塊電阻為1.1±0.1 kΩ/sq，導(dǎo)

5、電性能優(yōu)異，同時(shí)具有通電發(fā)熱特性；此外，該超疏水導(dǎo)電涂層表現(xiàn)出較好的機(jī)械穩(wěn)定性和耐紫外線特性，有望應(yīng)用于室外苛刻條件下的除冰系統(tǒng)。
　　再次，將十八胺修飾的多壁碳納米管（MWCNTs-ODA）與SiWPU在丙酮溶劑中共混，噴涂到銅網(wǎng)制備了一種耐腐蝕超疏水銅網(wǎng)，并應(yīng)用于油水分離。SEM和接觸角測(cè)試結(jié)果表明：銅網(wǎng)經(jīng)處理后在其表面形成鳥(niǎo)巢狀的微納米階層結(jié)構(gòu)，水接觸角達(dá)到162.3±1.2°而油（煤油）接觸角接近0°。油水分離測(cè)試結(jié)果表明

6、，該超疏水銅網(wǎng)可對(duì)石油醚/水、四氯化碳/水、甲苯/水、己烷/水、煤油/水等油水混合物高效分離，分離效率均大于93.79%，且具有良好的可循環(huán)使用性。耐腐蝕性測(cè)試結(jié)果表明，該超疏水銅網(wǎng)分別在1mol/L的NaOH、HCl、NaCl溶液中浸泡24h后，仍可保持超疏水特性，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。
　　最后，將疏水納米二氧化硅引入到SiWPU體系，噴涂到銅網(wǎng)制備了一種可拒熱水且具有良好機(jī)械穩(wěn)定性能的超疏水銅網(wǎng)，并應(yīng)用于高達(dá)100℃的油水混