[发明专利]一种多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料及其制备方法。该方法采用双官能团的化学改性方法将具有不同维度的纳米粒子通过共价键接枝于三维泡沫材料表面，并进一步通过简单的硅烷偶联剂疏水改性，获得具有超疏水性能的吸油泡沫材料。本发明方法通过化学接枝有效提高粒子粘附性，且可通过反复接枝实现纳米粒子的多层修饰，调控材料表面粗糙度。本发明的超疏水性吸油泡沫材料克服了粒子尺度单一、与基体粘附性差的缺陷，且制备工艺简单，成本低，适合规模化生产。

技术领域

本发明涉及表面功能化纳米复合材料技术领域，特别涉及多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料。

背景技术

近年来，海上石油泄漏，有机溶剂污染造成了对水资源的严重破坏，开发高效实用、低成本可回收的超疏水吸油泡沫材料受到了越来越多的重视。超疏水吸油材料所运用的原理是油比水的表面张力低，当材料表面的粗糙度足够高、表面能足够低时，可使水在材料表面保持非浸润状态而使油呈浸润状态，从而通过毛细作用将油吸入泡沫材料内部。因此，提高材料的表面粗糙度、降低其表面能是获得超疏水吸油泡沫材料的两个途径。

目前文献、专利报道中已有许多基于弹性泡沫材料表面改性而获得的超疏水吸油材料。然而大部分研究多采用单一粒子、或单一改性粒子来对泡沫材料进行修饰，选用粒子多为纳米球状氧化硅或氧化钛。也有通过复合碳材料改性制备吸油泡沫的研究，例如使用石墨烯、碳纳米管等。这些选用的纳米粒子具有不同的维度：零维球状、一维管状、二维片状。若能将具有不同维度的纳米粒子结合起来对泡沫材料进行改性则可更高效地提高材料的表面粗糙度。

另外，在泡沫材料表面改性方面面临的一个最大难题就是纳米粒子与基体材料的粘附性差。多数的报道中都通过采用喷涂或浸泡的方法使粒子附着于材料表面，但两者之间缺乏化学连接，因而长期使用易导致性能降低及粒子泄漏从而造成二次污染。有研究采用商业胶水或多巴胺基体改性的方法来增强其与粒子的粘附性，然而该方法过程复杂且粘附性(尤其是长期粘附性)仍不是很理想。因此，开发一种可直接通过共价键将多维度纳米粒子接枝于泡沫基体材料表面的改性方法具有重要意义。

事实上大部分纳米粒子本身并不具备疏水性能，有些甚至是亲水粒子，例如：氧化硅和氧化钛。因此，用做疏水材料改性时常常需要先对纳米粒子进行改性，不同的长碳链硅烷偶联剂或含氟硅烷偶联剂经常被用来改性纳米粒子并降低其表面能，然而改性后的粒子更难粘附于材料表面。因此，开发具有反应活性能与泡沫基体紧密连接，又可以疏水改性的纳米粒子具有重要意义和应用价值。

发明内容

针对现有技术吸油泡沫材料中存在的改性粒子尺度单一、粒子与泡沫基体缺乏化学连接等问题，本发明提供一种多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料。

本发明还提供所述一种多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料的制备方法。

本发明通过如下技术方案实现。

一种多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将零维的球状纳米粒子、一维的棒状或管状纳米粒子及二维的片状纳米粒子混合装入干燥的烧瓶中，加入无水溶剂，密封并超声分散，得到多维度纳米粒子混合液；

(2)将聚氨酯或三聚氰胺泡沫在乙醇溶液中清洗后并干燥，浸入含有二异氰酸酯的甲苯溶液中，密封并搅拌，得到改性的泡沫材料；

(3)将得到的改性的泡沫材料取出并迅速浸入步骤(1)制备的多维度纳米粒子混合液中，密封并搅拌，得到表面接枝纳米粒子的泡沫材料；

(4)将表面接枝纳米粒子的泡沫材料在乙醇溶液中清洗并干燥后，进行硅烷偶联剂改性，在纳米粒子表面接枝疏水基团，得到所述多维度纳米粒子修饰的超疏水吸油泡沫材料。

进一步地，步骤(1)中，所述零维的球状纳米粒子、一维的棒状或管状纳米粒子及二维的片状纳米粒子均具有易与异氰酸酯反应的羟基、氨基或羧基。