[发明专利]一种超亲水及水下超疏油的油水分离网膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型功能性环保涂料，特别是涉及一种表面富含羧基盐的聚合物乳胶粒微球和一种具有空气中超双亲及水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法和应用，属于有机无机杂化纳米功能材料技术领域。

背景技术

超亲水超疏油涂膜具有空气中超亲水，水中超亲水超疏油性质，当含油废水接触膜表面时，在水的刺激下膜表面发生重组装由超疏水变为超亲水，从而水可以仅在重力和毛细力作用下源源不断的往下渗透，而表面始终保持超疏油性，油一直留在表面从而达到油水分离的效果，且由于膜的潜在憎油性，油始终无法污染膜表面，是一种真正的抗污染、无能耗、长寿命、高效率的分离膜。在原材料方面，目前制备超亲水膜主要使用三种思路，即单一亲水性聚合物，亲水聚合物接枝低能链段或者含氟聚合物接枝亲水链段。单一亲水聚合物存在着因聚合物水溶性太好而使膜的耐水性差，聚合物被溶掉或者因吸水溶胀而使膜孔堵塞的现象；大量使用氟化POSS、氟化两亲聚合物等含氟材料，制备困难，价格昂贵，对环境的影响目前无法评估，难以在实际中大量应用。

公开号为CN102029079A的中国发明专利申请公开了具有水下超疏油性质的油水分离网，虽然这种网具有油水分离效果，但是这种膜的制备需要光引发聚合，反应时间为60‐100min，制备方法不够简单。公开号为CN102716676A的中国专利申请公开了以壳聚糖制备具有水下超疏油性质的油水分离网的方法，但是不涉及有机无机杂化。并且这两个专利所用到的成膜物质都是完全水溶的聚合物，导致网膜的耐水性较差。

发明内容

本发明的目的在于制备一种具有在空气中及水下超亲水同时在水下超疏油性质的油水分离网膜及其制备方法。

本发明另一目的是提供超亲水及水下超疏油的油水分离网膜在含油污水的油水分离中的应用。

本发明的具有超亲水及水下超疏油性质的油水分离网膜是以100‐300目的织物丝网作为基材，采用浸涂或喷涂的方法在上面包覆有微米厚度的掺杂有无机纳米粒子的表面富含羧基盐的聚合物乳胶粒微球包覆层，同时在包覆层上具有纳米尺度的突起，从而得到一种超亲水及水下超疏油的油水分离网膜。

本发明的油水分离网膜具有特殊的纳米与微米的复合结构，微米尺度的网孔，微米厚度的有机‐无机掺杂包覆层和包覆层上纳米尺寸的突起结构，本发明的油水分离网膜在空气对水和油的接触角为0°，在水下却具有超疏油性质。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种超亲水及水下超疏油的油水分离网膜的制备方法，包括如下步骤：

1)将100‐300目的织物丝网超声清洗，常温晾干；

2)种子乳液的制备：以质量份数计，将50‐100份去离子水和0.0126‐0.0252份乳化剂搅拌混合，升温至85‐90℃，然后加入0.2‐0.4份引发剂、0.225‐0.45份羧基单体和2.2‐4.4份苯乙烯混合物，搅拌均匀，反应1‐1.5h后保温，得种子乳液；

3)核乳胶粒的制备：以质量份数计，将100‐120份去离子水、100‐122份苯乙烯和3‐6份链转移剂搅拌加热升温至85‐90℃，1h内缓慢加入所述种子乳液中；

4)核‐壳聚合物乳胶粒微球的制备：以质量份数计，在含有所述核乳胶粒溶液中，加入100‐120份去离子水和0.8‐1.056份引发剂组成的混合液，1‐1.5h内加入50‐60份去离子水、3‐5份乳化剂、80‐100份苯乙烯和19‐22份交联剂，反应2‐2.5h后滴加2‐5份羧基单体，继续搅拌并保温1‐1.5h，后滴加中和剂100%中和，得核‐壳聚合物乳胶粒微球；

5)采用溶胶‐凝胶法，以四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷或四乙氧基钛为原料，以醇类物质和水按质量比1：5‐5：1配制成共溶剂，将原料与共溶剂按质量比1：1‐1：5混合于20‐80℃恒温水浴、搅拌，5‐10min后，滴加催化剂，保温4‐5h，即得到纳米溶胶；所述醇类物质为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇和异丁醇中的一种或多种；所述催化剂为盐酸、硝酸、硼酸、硫酸、氨水、碳酸氢钠或氢氧化钠；

6)将步骤4)中的核‐壳乳胶粒和步骤5)中的纳米溶胶按质量比1：9‐9：1的比例配制成浓度为1‐99%的混合溶液，超声分散均匀；

7)将步骤(1)中得到的丝网浸入步骤6)中的混合溶液中，浸泡5‐20min后将其垂直提拉起，或者采用高压喷枪直接喷涂，将浸泡或喷涂后的丝网挂在恒温真空烘箱中保持温度在100‐200℃烘干；得超亲水及水下超疏油的油水分离网膜；