[发明专利]一种超疏水材料的制备方法及产品和应用

说明书

本发明公开了一种超疏水材料的制备方法及产品和应用，该制备方法包括：以硅酸钠为原料，制备水合二氧化硅；对水合二氧化硅进行改性处理；将改性后的水合二氧化硅、EHP引发剂与氯乙烯聚合生成聚氯乙烯树脂，聚氯乙烯树脂模压成型即得到该超疏水材料。该超疏水材料具有超疏水、自清洁阻垢的效果，从而将超疏水材料运用于工业管道中，可以直接从源头防止或减少硫酸钙垢在管道内壁沉积，大幅度降低了硫酸钙结垢带来的风险。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种超疏水材料的制备方法及产品和应用。

背景技术

硫酸钙是一种微溶物，在工业管道中由于温度、压力、流速等影响极易析出形成坚硬的硫酸钙垢体，导致管道流通截面积变小，造成压力损失、排量减小及管道堵塞；还会诱发管道局部腐蚀，导致管漏失频繁，甚至穿孔造成破坏性事故。硫酸钙结垢的机理包括了热力学机理和动力学机理，当溶液的温度、压力、流速发生变化时高矿化度水就会结垢，结垢的速率与温度和流体动力学有关，温度升高或者雷诺数增加都会降低结垢速率。根据微溶盐的溶解原理，当硫酸根的浓度与钙离子的浓度之积大于硫酸钙的溶度积时，硫酸钙就会结垢，产生硬度较高的硫酸钙垢，并析出晶体。硫酸钙的结垢过程大致可以分为以下四步:溶液中的阴阳离子相互作用形成离子对；离子聚集形成更大的聚集体；均相成核与晶体生长形成不易在溶解的晶核；非均相成核晶体吸附在接触表面上。硫酸钙垢的形式与温度有关，当温度低于50℃时形成CaSO₄·2H₂O，温度介于50～82℃之间时形成CaSO₄·1/2H₂O，当温度在82℃以上则形成无水CaSO₄，它也是最稳定的硫酸钙，其溶解度相比前两种硫酸钙结晶也最小，但在大多数硫酸钙垢层中主要以二水硫酸钙为主。

目前硫酸钙垢的防治方法有化学防垢法、物理防垢法、工艺防垢法以及物理化学协同防垢法。化学防垢法是利用化学药剂本身的化学性质来预防或者延缓硫酸钙的生成。其中阻垢机理有以下几种：(1)螯合作用：配位键与溶液中的离子相结合，起作用的是阻垢剂分子上的多个配位键，通过配位键与溶液中离子的结合，形成稳定的配合物或者可溶性螯合物。(2)晶格畸变作用：溶液中，阻垢剂分子比较吸附在处于成长过程的晶体表面，使晶体发生畸变。(3)分散作用：通过静电斥力作用阻碍微晶体之间的互相接触，避免晶体聚集形成更大的晶体。化学防垢剂的优点在于阻垢率高，适用于含各种离子的酸、碱或中性溶液。化学防垢法的研究已经有了比较成熟的结果。物理防垢法是通过使用特殊的物理仪器来减缓或者阻止硫酸钙的形成。物理防垢技术主要有晶种技术和电、磁声等。工艺防垢法主要是通过改变工艺条件来达到减少硫酸钙垢的方法；其核心在于改变硫酸钙结垢的影响因素，从而抑制硫酸钙垢的生成。影响硫酸钙结垢的因素有很多，研究表明，影响因素包括温度、压力、流速、材质和矿化度等；实验表明，温度与硫酸钙溶解的关系并不是简单的线性关系，而是先上升在某一温度达到最值而后再随温度的上升而下降。因此工艺防垢法一般是通过调节合适的温度使得硫酸钙溶解达到最大，减缓硫酸钙垢的生成；或者研究溶液中所含的离子和溶液pH，合理调节溶液中的离子浓度，来降低溶液硫酸钙的过饱和度，减缓硫酸钙结垢；或者采用低表面能材料修饰管道表面，从而减缓硫酸钙在管道内壁的沉积。

现阶段普遍采用的除垢方法有物理法和化学法。物理方法只有当硫酸钙垢坚硬时，可用物理方法将其震荡下来，当硫酸钙与管道内壁贴合得较紧密时，物理方法的效果就不佳。化学防垢法是常用的方法，除垢效果较好；但是化学除垢工艺复杂，耗费大量的化学药品，造成生产成本加大，不利于大规模的工业化生产，而且易损坏管道，污染环境。同时，当前对硫酸钙垢的研究大多停留在只含硫酸根或者钙离子的溶液或还含少数其他离子的溶液中；当工厂所排废水中含大量其他物质时，由于溶液中离子之间会影响阻垢而难以达到阻垢效果，故阻垢剂的阻垢效果将下降。很多厂家处理硫酸钙垢仍在使用NaOH或Na₂CO₃浸泡，然后去除硫酸钙垢，但处理效率低。