一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于功能复合材料技术领域，为解决目前单一功能特性已不能满足人们的需求的问题，本发明专利技术提出了一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料及其制备方法，一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料由聚合物泡沫、含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带制成，其中聚合物泡沫在开孔泡沫材料中的质量百分比为80‑97%，含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带在开孔泡沫材料中的质量百分比为3‑20%，开孔泡沫材料的水接触角大于等于140°，柴油接触角大于等于110°。本发明专利技术的开孔泡沫材料吸附牢固，耐洗性好，且制备的方法简单快速、易操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于功能复合材料
，具体地说涉及一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
聚合物泡沫等三维网络结构的开孔材料，具有吸音、耐湿热温度、隔热等功效，特别适合在隔热、节能、降噪要求的环境下使用，在工业、建筑、交通、航空、电子信息等领域具有十分重要的应用价值。另一方面，聚合物泡沫三维网络孔洞结构，使其成为制备吸附材料的理想的载体。但是，一般聚合物泡沫都是两亲性材料，需要表面改性，将功能性的小分子或聚合物修饰到三维载体材料表面上或者在载体表面用粒子构筑微纳粗糙结构，从而制备出表面改性（超疏水性、超亲油性、两亲性等）的复合材料。一般而言，液体能润湿材料表面（接触角在0 ~90º），称为亲水或者亲油表面；如果液体不能润湿表面（接触角在90 ~ 180º），则称为疏水或者疏油表面。以往的研究集中关注于在聚合物表面进行超疏水改性，从而使其具有疏水亲油特性，可应用于油水处理及分离。近年来，借鉴自然界荷叶的超疏水结构，通过填料直接吸附或者聚合物粘接剂的作用将填料吸附于泡沫等开孔材料表面，成功实现材料的疏水亲油特性。如文章“还原氧化石墨烯基三聚氰胺海绵的制备与吸附性能”（高等学校化学学报，2014，35（11），2410-2417）报道，将氧化石墨烯吸附于泡沫表面，使得泡沫水接触角从改性前的0º增加到130º以上。随着社会发展，人们对材料的功能特性提出了越来越高的要求，单一功能特性（如只具有疏水功能)已不能满足人们的需求，因此需要开发多功能性的双疏材料。如在一些应用环境中（如汽车构件、轨道车辆和船舶建造中）需要泡沫与液体介质（如润滑油、雨水等）接触，但泡沫与这些液体接触后，液体的吸收会改变隔音、隔热性能，使得泡沫损失所期望的隔热、隔音功效。然而，由于油和其他有机物的表面张力较低，很难制备疏油性材料，目前对于疏油材料的报道很少且研究进度缓慢。因此，要同时实现疏水疏油，对材料表面微结构要求更高，制备难度很大，方法亟待改进。
技术实现思路
为解决目前单一功能特性（具有疏水功能)已不能满足人们的需求的问题，本专利技术提出了一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料及其制备方法，本专利技术的开孔泡沫材料吸附牢固，耐洗性好，且制备的方法简单快速、易操作。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料由聚合物泡沫、含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带制成，其中聚合物泡沫在开孔泡沫材料中的质量百分比为80-97%，含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带在开孔泡沫材料中的质量百分比为3-20%，开孔泡沫材料的水接触角大于等于140°，柴油接触角大于等于110°。作为优选，聚合物泡沫在开孔泡沫材料中的质量百分比为85-95%，含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带在开孔泡沫材料中的质量百分比为5-15%。作为优选，所述的含氟硅烷偶联剂选自全氟长链硅烷偶联剂，全氟长链硅烷偶联剂碳链长度优选大于等于7，更优选选自十七氟癸基硅烷偶联剂、十三氟辛基硅烷偶联剂中的一种或者几种。所述的既疏水又疏油的开孔泡沫材料的制备方法为以下步骤：（1）先配置浓度为1 -10mg/mL 的氧化石墨烯或氧化石墨烯带的乙醇溶液，然后通过含氟硅烷偶联剂改性，制得含氟硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯或氧化石墨烯带；具体步骤为：先将氧化石墨烯或者氧化石墨烯带加入乙醇中，超声分散配成浓度为1 -10 mg/mL 的氧化石墨烯或氧化石墨烯带的乙醇溶液，然后调节pH值至弱碱性（pH值在8.5-10）或者弱酸性（pH值在3.5-5）后转移至三口烧瓶中再取所需量的含氟硅烷偶联剂，并用少量乙醇稀释后，在60 ℃回流搅拌下将稀释后的含氟硅烷偶联剂逐滴加入到氧化石墨烯或者氧化石墨烯带溶液中，回流24 h，抽滤，用乙醇洗涤，直接备用或者干燥后备用。上述的氧化石墨烯或氧化石墨烯带与含氟硅烷偶联剂的质量比为1：1-3。（2）将聚合物泡沫块浸泡到0.5 - 5 mg/mL步骤（1）制得改性的氧化石墨烯或氧化石墨烯带水溶液中，脱水干燥得到含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料；具体步骤为：配置0.5 - 5 mg/mL的含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带水溶液，将聚合物泡沫块浸泡到上述水溶液中，采用反复挤压、抽真空脱泡等作用将上述含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带吸附到泡沫支架表面，脱水干燥得到含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料。作为优选，聚合物泡沫选自聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、三聚氰胺、聚酯泡沫中一种。作为优选，改性的氧化石墨烯或氧化石墨烯带水溶液体积量为聚合物泡沫块体积的3倍以上，可通过反复挤压、抽真空脱泡进行吸附，步骤（2）可重复若干次。本专利技术通过调节含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带的水溶液浓度和浸泡-干燥循环次数来调节含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带的修饰吸附量。调节含氟硅烷偶联剂的用量和吸附于泡沫表面的氧化石墨烯和氧化石墨烯带的质量，可调节疏水疏油性能。（3）最后还原含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料，得到一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料。作为优选，通过采用化学还原法或者热还原法还原含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料。化学还原法为：将含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料浸泡于还原剂的水溶液中还原；或者修饰后的聚合物基泡沫材料置于密闭容器中，通过还原剂蒸汽还原。还原剂的水溶液还原时所采用的还原剂选自水合肼、氨水、乙二胺中的一种或者几种；蒸汽还原时所述的还原剂选自水合肼、氨水中的一种或者两者。热还原法为：加热还原含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料。将含氟硅烷偶联剂改性氧化石墨烯或氧化石墨烯带修饰的聚合物基泡沫材料浸泡于还原剂的水溶液中还原，还原剂与水的体积用量比为2 -40：100，温度为50 -90 ℃，时间为2 - 12 h。更优选，水合肼作为还原剂时条件为：水合肼与水的体积用量比为2 -5:100，温度为90 ℃，时间为2- 5h。乙二胺为还原剂时条件为：乙二胺与水的体积用量比为20 - 40:100，温度为80 ℃，时间为2 - 6 h；氨水作为还原剂时条件为：氨水与水的体积用量比为20 - 40:100，温度为80 ℃，时间为5- 12 h。作为优选，还原方法为化学蒸汽还原方法，当氨水作为还原剂的化学还原法条件为：在 90 ℃蒸汽还原3 - 8 h，水合肼作为还原剂的化学还原法条件为：在 90 ℃蒸汽还原0.5 - 8 h。更优选，水合肼作为还原剂的化学还原法条件为：在90 ℃蒸汽还原2 - 4 h。氨水作为还原剂的化学还原法条件为：在90 ℃蒸汽还原4 - 6 h。作为优选，热还原法：当所选用的泡沫基材为三聚氰胺泡沫（蜜胺泡沫）时在160 -190 ℃下处理5 - 7 h。所述的既疏水又疏油的开孔泡沫材料在作为超疏水材料或自清洁等同时具有疏水疏油要求的材料上的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术既疏水又疏油的开孔泡沫保持改性前聚合物泡沫的规整孔道结构及相应力学性能；（2）本专利技术的制备方法操作简单，过程环保，无需特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料，其特征在于，所述的开孔泡沫材料由聚合物泡沫、含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带制成，其中聚合物泡沫在开孔泡沫材料中的质量百分比为80‑97%，含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带在开孔泡沫材料中的质量百分比为3‑20 %，开孔泡沫材料的水接触角大于等于140°，柴油接触角大于等于110°。

【技术特征摘要】
1.一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料，其特征在于，所述的开孔泡沫材料由聚合物泡沫、含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带制成，其中聚合物泡沫在开孔泡沫材料中的质量百分比为80-97%，含氟硅烷偶联剂改性的石墨烯或者石墨烯带在开孔泡沫材料中的质量百分比为3-20 %，开孔泡沫材料的水接触角大于等于140°，柴油接触角大于等于110°。2.根据权利要求1所述的一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料，其特征在于，所述的含氟硅烷偶联剂选自全氟长链硅烷偶联剂。3.根据权利要求2所述的一种既疏水又疏油的开孔泡沫材料，其特征在于，全氟长链硅烷偶联剂碳链长度大于等于7。4.一种如权利要求1或2或3所述的既疏水又疏油的开孔泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为以下步骤：（1）先配置浓度为1 - 10mg/mL 的氧化石墨烯或氧化石墨烯带的乙醇溶液，然后通过含氟硅烷偶联剂改性，制得含氟硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯或氧化石墨烯带，（2）将聚合物泡沫块浸泡到0.5 - 5 mg/mL步骤（1）制得改性的氧化石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丽，吴连斌，汤龙程，胡丽丽，蒋剑雄，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33