[發(fā)明專利]一種含氟有機(jī)硅樹脂改性基體材料及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310095161.2
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116284979A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鴻志;張?zhí)?/a>;葛倩
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C08J9/36
• 分類號: C08J9/36;C09D4/04;C09D4/06;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/40
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻(xiàn)龍

本發(fā)明提供一種含氟有機(jī)硅樹脂改性基體材料及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明方法包括步驟：將三氟丙基三甲氧基硅烷溶于有機(jī)溶劑a中，滴加酸催化劑的水溶液，滴加完畢后攪拌均勻；靜置反應(yīng)，然后經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到含氟有機(jī)硅樹脂；將含氟有機(jī)硅樹脂和氰基丙烯酸乙酯溶于有機(jī)溶劑b中，得到涂層改性液B；將涂層改性液B涂覆于基底表面，經(jīng)干燥即得。本發(fā)明耗費(fèi)原材料較少，制備方法簡單易行，低能耗，低成本；可對多種基材進(jìn)行性能優(yōu)化處理；改性所得的材料有著良好的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，大大提高了材料的使用壽命，其中改性海綿在疏水性能方面有著極大的提升，在油水分離或抗水污領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含氟有機(jī)硅樹脂改性基體材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

有機(jī)硅樹脂結(jié)構(gòu)中既含有“有機(jī)基團(tuán)”，又含有“無機(jī)結(jié)構(gòu)”，這種特殊的組成和分子結(jié)構(gòu)使它集有機(jī)物特性與無機(jī)物功能于一身。例如低溫韌性、耐熱性、耐候性、電絕緣性、憎水性、阻燃性、耐化學(xué)性等。目前已經(jīng)在航空航天、建筑建工、國防產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于有機(jī)硅樹脂的優(yōu)異性能，其在制備各類型的防護(hù)涂層上，皆為理想的材料。眾所周知，含氟化合物是一類低表面能的材料，這和氟原子的低表面能有關(guān)系，目前很多表面疏水材料、自清潔材料都是使用有機(jī)氟物質(zhì)表面改性后得到。通過使用氟、硅元素對材料進(jìn)行改性，可以在保留材料優(yōu)異性能的前提下，一方面利用C—F鍵、Si—O鍵的化學(xué)穩(wěn)定性提高涂層的防護(hù)能力；另一方面利用引入的憎水基團(tuán)降低涂層的表面張力，提高涂層的抗?jié)B透能力。因此，含氟有機(jī)硅樹脂的合成，能結(jié)合氟、硅元素二者的優(yōu)勢，具有比單一元素更低的表面能、更突出的耐候性及化學(xué)穩(wěn)定性，更好的達(dá)到所需的高性能改性材料；其可以能夠在基質(zhì)中以分子級別均勻分散，賦予被改性材料更出色的性能，很好的解決傳統(tǒng)無機(jī)納米粒子改性聚合物所不能解決的問題。

在近代工業(yè)發(fā)展以來，全球范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)與科技日益繁榮，石油作為工業(yè)的血液也隨之興盛，但石油的開采，運(yùn)輸及加工過程中所產(chǎn)生的石油泄漏與排放問題也逐漸嚴(yán)重。逐步增多的輪船漏油及海上溢油事故，既導(dǎo)致了巨額的經(jīng)濟(jì)損失，又嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)，加之人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)中不溶于水的化工有機(jī)溶劑的泄漏與排放，既污染水源與土壤，影響著許多生物的活動，嚴(yán)重的情況下還導(dǎo)致污染后環(huán)境下生物大量死亡及有毒物質(zhì)富集，進(jìn)而近一步給環(huán)境造成了負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)惡性循環(huán)。目前對于含油和有機(jī)溶劑類的廢水的處理方法有物理法(燃燒法、重力分離法、膜分離法和吸附法)，化學(xué)法(化學(xué)分離和氧化法)和生物法(生物膜法和活性污泥法)等，但這些方法有著油水分離效率低，過程復(fù)雜，運(yùn)行成本高等缺陷；因此，有著良好油水選擇性、操作簡單及可回收性等優(yōu)點(diǎn)的特殊潤濕性超疏水材料顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

與天然吸收材料相比，高孔隙率的海綿具有高吸收能力、優(yōu)異的可壓縮性和彈性而表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性，且其易于回收，這使海綿成為油水分離的最佳候選材料之一。然而，這些海綿是天然親水性的，并且它們可以在油凈化過程中吸收油和水，這降低了它們的分離效率并阻礙了油水分離的實(shí)際應(yīng)用。因此，制備一種具備高疏水性、親油的海綿材料對解決油水分離的問題有重大意義。目前關(guān)于超疏水海綿的制備和性能研究主要是利用多巴胺、蛭石、Fe₃O₄納米顆粒或還原氧化石墨烯等在基體表面形成粗糙結(jié)構(gòu)，然后使用不同種類的低表面能物質(zhì)對材料進(jìn)行改性，制得超疏水性海綿。如：以低表面能聚硅氧烷(PDMS)及納米SiO₂改性聚氨酯海綿制得超疏水親油海綿，用于油水混合物的分離，并且有著良好的循環(huán)使用性能；以還原氧化石墨烯(RGO)、鹽酸多巴胺(DPA)及十三氟辛基三乙氧基硅氧烷(FAS)改性海綿制得超疏水阻燃海綿，極大的提高了其疏水性能，熱穩(wěn)定性及表現(xiàn)出良好的阻燃效果。但這些改性海綿材料的制備方法需要耗費(fèi)原材料的種類與數(shù)量較多，成本高昂，制備法又較為復(fù)雜，生產(chǎn)周期長且高能耗；同時所得材料的機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性，使用壽命，疏水性能等有待進(jìn)一步提高。

因此，急需研發(fā)一種制備方法簡單、成本低，穩(wěn)定性好，使用壽命長，疏水性能優(yōu)異的改性基體材料。

發(fā)明內(nèi)容