水性聚氨酯基超疏水涂層的制備及在油水分離中的應用研究.pdf

1、超疏水涂層是一種具有特殊表面浸潤性質的新型涂層，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，可廣泛應用于人們生活的各個方面。本文以疏水型水性聚氨酯為基底材料，以納米材料構筑表面粗糙結構，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，制備了一系列有機硅改性的水性聚氨酯乳液（SiWPU

2、）。探究了不同類型低聚物二元醇對水性聚氨酯(WPU）膠膜疏水性能的影響，并重點討論了AEAPS用量對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SiWPU進行了結構表征。結果顯示：采用聚四氫呋喃二醇為軟段材料，w（AEAPS）為6％（以聚氨酯預聚體質量計），所制備的SiWPU乳液及膠膜各項性能較佳。與未改性的WPU膠膜相比，

3、SiWPU膠膜的表面疏水性、耐水性、力學性能、熱穩(wěn)定性明顯提高，相分離程度變大；XRD測試結果表明：AEAPS的加入導致WPU的結晶能力下降。
　　其次，將SiWPU與多壁碳納米管（MWCNTs）相結合，采用從源頭控制污染的新技術體系制備了具有“SiWPU-MWCNTs-SiWPU”三明治結構的超疏水導電涂層。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）對其修飾，通過FT-IR、TG、XPS、核磁共振氫譜

4、、透射電鏡（TEM）和穩(wěn)定性分析儀等對其結構及性能進行了表征，結果表明：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，團聚現象得到有效改善?？疾炝藦秃贤繉拥谋砻嫖⒂^形貌、浸潤性、電學性能、通電發(fā)熱特性、機械穩(wěn)定性及耐紫外線性能。結果顯示：復合涂層表面形成鳥巢狀的微納米級階層結構，靜態(tài)接觸角達到158.1±2.0°且滾動角小于1°；超疏水導電涂層的方塊電阻為1.1±0.1 kΩ/sq，導

5、電性能優(yōu)異，同時具有通電發(fā)熱特性；此外，該超疏水導電涂層表現出較好的機械穩(wěn)定性和耐紫外線特性，有望應用于室外苛刻條件下的除冰系統。
　　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，噴涂到銅網制備了一種耐腐蝕超疏水銅網，并應用于油水分離。SEM和接觸角測試結果表明：銅網經處理后在其表面形成鳥巢狀的微納米階層結構，水接觸角達到162.3±1.2°而油（煤油）接觸角接近0°。油水分離測試結果表明

6、，該超疏水銅網可對石油醚/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。耐腐蝕性測試結果表明，該超疏水銅網分別在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，噴涂到銅網制備了一種可拒熱水且具有良好機械穩(wěn)定性能的超疏水銅網，并應用于高達100℃的油水混