[发明专利]一种超疏水聚氨酯海绵及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超疏水聚氨酯海绵及其制备方法和应用。本发明采用廉价易得的蒙脱石为原材料，经长链羧酸和硅烷修饰后，得到超疏水材料的悬浮液，再将经过盐酸多巴胺修饰后的聚氨酯海绵浸入悬浮液中即可制得超疏水聚氨酯海绵。所制备的海绵选择性的吸附油相，可用于油水分离装置中，实现油水分离，分离效率高达99.6％以上。本发明所制备的海绵环境适应能力强，耐摩擦、耐腐蚀，而且无含氟物质，属于环境友好型材料。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种超疏水聚氨酯海绵及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化程度的提高，石油化工、金属冶炼、造纸等工业会产生大量的含油废水，近年来频繁的海上石油泄漏也对生态环境造成了严重破坏。快速、高效地收集水面浮油以及实现油－水分离的技术引起了科学家的高度重视。

传统的油水分离方法费时、效率低，采用吸附材料对油类进行吸附处理是一种有效的油水分离方法，利用吸附材料从水中收集溢油和有机溶剂，因其成本效益高、操作简便、速度快、使用方便等优点越来越受到人们的重视。尽管许多常见的吸附剂材料(如活性炭)有着广泛的实际应用，但是这些吸附剂具有选择性差、可循环利用性差、吸附能力低，以及不能有效地处理污染物等缺点(孙兰等，流域溢油污染中常见吸油材料吸附效果研究，水处理技术，第45卷第9期)。

相对于活性炭等吸附材料，三维多孔吸附材料因其孔隙率高、比表面积大、会弹性好，不仅能够方便地吸附和存储油品，而且通过挤压等方式实现油品回收利用也十分便捷，材料可以重复使用，在实际应中更具优势。超疏水多孔吸附材料在油水分离应用中，使用最广泛的基体是聚氨酯海绵或者泡沫。有目的性的对基体构建材料表面形貌和引进低表面能物质，可以制备超疏水的聚氨酯海绵。

近年来，受海洋贻贝粘附功能的启发，贻贝仿生化学渐渐发展起来，人们开始通过多巴胺表面修饰构造微纳米结构，再结合长链烷基硫醇、胺等物质降低表面能，制备超疏水材料。然而，单纯的多巴胺纳米表面的构建或者是加入额外的纳米粒子实现微纳米结构的构建，这两种情况负载的纳米粒子易受到外力作用破坏，导致材料的超疏水性能消失，例如中国专利CN106807338A。因此，急需开发一种耐久性的超疏水油水分离材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用廉价易得的蒙脱石为原材料，经长链羧酸和硅烷修饰后，得到超疏水材料的悬浮液；再结合贻贝仿生化学，将经过盐酸多巴胺修饰后的聚氨酯海绵浸入悬浮液中即可制得耐久性超疏水聚氨酯海绵。

本发明的目的之一在于提供一种超疏水聚氨酯海绵，包括聚氨酯海绵及包裹在聚氨酯海绵骨架上的修饰膜，所述修饰膜包括蒙脱石和聚多巴胺。

上述超疏水聚氨酯海绵中，所述的修饰膜与聚氨酯海绵的质量比为(0.03～0.8)：1，优选为(0.05～0.5)：1，更优选为(0.05～0.3)：1；具体例如：0.03:1、0.04:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1等。

所述的蒙脱石为超疏水蒙脱石，优选为长链羧酸改性的蒙脱石；其中，所述的长链羧酸结构式为R₁-COOH，其中，R₁为C_nH_2n+1，n为7～23的整数，优选为11～19的整数；优选选自月桂酸、十三酸、肉豆蔻酸、正十五酸、软脂酸、十七烷酸、硬脂酸、十九酸、花生酸中的至少一种，更优选选自月桂酸、正十五酸、软脂酸、十七烷酸、硬脂酸、十九酸中的至少一种；

所述的超疏水聚氨酯海绵中还包括硅烷类化合物，所述的硅烷类化合物结构式为