[发明专利]由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途

说明书

本申请是题为“由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途”的第201080023147.2号发明专利申请的分案申请。母案对应国际申请PCT/US2010/027693，申请日为2010年3月17日，优先权日为2009年6月8日。

相关申请的相互参引

本申请要求2009年6月8日提交的序列号为12/480,598的美国正式专利申请“Hydrophobic Materials Made by Vapor Deposition Coating and Applications Thereof”的优先权。

技术领域

本发明涉及制造憎水及亲油材料的领域。具体而言，本发明涉及在多种多孔天然材料上进行气相沉积涂覆以改良其表面性能，从而赋予其憎水性和从水中选择性地吸收油的性能。

背景技术

对材料施加涂层以使其憎水或防水已在多种工业中实践应用。例如，美国专利4,255,489、5,348,760、5,964,934和6,268,423中公开了用不同的硅酮(silicone)化合物涂覆建筑材料从而使建筑材料防水的方法，所述硅酮化合物包括硅酮聚合物、聚合的硅氧烷、活性硅烷单体、硅酸盐(siliconate)和其他的有机含硅材料。美国专利2,040,818、3,382,170、4,175,159和5,302,570进一步公开了用硅酮涂覆珍珠岩、蛭石或硅藻土作为吸油剂的方法。美国专利2,040,818、3,382,170、4,175,159、4,255,489、5,302,570、5,348,760、5,964,934和6,268,423中公开的内容在此以引用的方式纳入本申请文件。

上述参考文献中公开的涂覆方法的共同之处是使用湿涂覆方法，此方法中将硅酮化合物用液态溶剂溶解或稀释，然后将该混合溶液或乳液喷洒到目标矿物上。之后将浸湿的材料在特定温度下干燥。硅酮化合物乳液可以市售产品购得，例如Dow Corning36、346、39或349乳液、Union Carbide L45乳液、或General Electric SM62或2163乳液等。通常，使用湿涂覆方法时，消耗的硅酮化合物的重量占目标矿物重量的几个百分比。换句话说，涂覆1吨的多孔矿物(例如珍珠岩)，需要约5到40千克硅酮化合物来达到较好的结果。如美国专利4,175,159中所述，如果使用更少的硅酮化合物，由于有一些表面可能未被涂覆，憎水效果可能减弱。

湿涂覆方法的另一个缺陷是，即使使用美国专利4,175,159中公开的优化方法，硅酮化合物的成本仍然是制造硅酮处理的多孔天然材料的总成本中的一个重要部分，因为用湿涂覆方法制备的硅酮层的厚度通常在几个微米的范围内，并且许多原料被浪费了。

因此，本发明的一个目的是提供一种将硅酮涂覆到多孔天然矿物上的经济的方法，此方法消耗的硅酮化合物较少，并且可以用于大规模生产。

本发明的另一个目的是提供一种将硅酮涂覆到多孔天然矿物上的方法，此方法可以使用回收的硅酮材料，例如硅酮橡胶模型、管、板，等。

本发明的另一个目的是提供一种将涂覆过程与珍珠岩或蛭石的热膨胀相结合从而尽可能地使用较少能量的方法。

本发明的另一个目的是提供一种在多孔矿物颗粒的主表面和表面下的部分都形成均一的硅酮层从而使得即使颗粒被压碎，其憎水及亲油的特性仍可保留的方法。

概要

本发明涉及憎水材料的气相沉积涂覆方法，以及使用所形成的材料的用途。在一个实施方案中，一种制备憎水材料的方法包括：提供一种天然矿物，提供一种硅酮基材料，加热所述硅酮基材料以释放所述硅酮基材料的蒸气分子，使所述硅酮基材料的蒸气分子沉积以在所述天然矿物的表面形成硅酮基材料层。在该实施方案中，硅酮基材料是一种回收的硅酮橡胶，其可重复用于后续的在天然矿物上的涂覆。

在另一个实施方案中，一种从水中除去油的方法包括将憎水及亲油材料放入含有待去除的油的水域中，其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于天然矿物上而制得的，利用该憎水及亲油材料吸收油，以及将浸有油的憎水及亲油材料从所述水域中去除。该方法可以用于餐馆、城市水处理厂、炼油厂的水处理系统中。

在另一个实施方案中，一种憎水材料包括一种天然矿物和一种硅酮基材料，其中所述硅酮基材料通过气相沉积法涂覆在所述天然矿物上，从而在该天然矿物的表面形成硅酮基材料层。天然矿物的表面包括内表面和外表面，硅酮基材料层小于20纳米。所述硅酮基材料包括聚合的硅氧烷，其还包括至少一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)或一种硫化的网状PMDS。