[发明专利]一种超疏水海绵的制备方法

说明书

本发明公开了一种超疏水海绵的制备方法，包括以下步骤：首先在三聚氰胺树脂海绵表面包覆聚多巴胺，然后在聚多巴胺表面修饰结合了巯基长链烷烃的聚多巴胺纳米粒子，制得所述的超疏水海绵，所述巯基长链烷烃的碳原子数为6～18个。本发明采用两步法制备得到超疏水海绵，其表面具有纳米粒子修饰层，修饰层覆盖度高，负载量大；具有优异的抗酸抗碱性和好的可折叠性和高的油吸附性，好的循环利用性。本发明的制备方法所需的多巴胺浓度低，节约了制造成本，方法简便，适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种超疏水海绵的制备方法。

背景技术

润湿性是固体表面的重要特征之一，它由表面的化学组成和微观几何结构共同决定。通常用水滴在固体水平面上的静态接触角CA(contact angle)衡量固体表面的润湿性。CA＜90°的材料为亲水材料，CA＜5°时的材料称为超亲水材料。与之对应的，CA＞90°的材料为疏水材料，CA＞150°的材料为超疏水材料。由于超疏水材料通常具有超亲油特性，因此近年来超疏水材料在水油分离等领域具有广泛应用。

伴随着油泄漏以及工业排放的有机试剂造成环境污染的不断加剧，制备性能优异的油吸附材料显得尤为重要。迄今制备得到的油吸附材料主要有粘土、活性炭、沸石、碳纳米管、聚合物、橡胶材料、羊毛纤维和稻草等。然而，这些材料具有各自的局限性，如复杂的制备过程、低的吸附量和差的可重复利用。因此，通过简单方法制备一种价格低廉、吸附量高且可重复利用的新型超疏水材料具有重要意义。

聚多巴胺能在不破坏基体材料自身结构的基础上，实现对固体材料的改性，赋予材料亲水性、生物相容性等，从而实现对材料表面性能的优化。同时，聚多巴胺层还能与含有氨基(-NH₂)和巯基(-SH)等基团的有机聚合物或生物分子发生二次反应，形成有机聚合物涂层或生物分子涂层，从而使物体表面进一步功能化，进而可制备具有特定功能的表面，进一步拓宽了材料的应用范围。因此，对适当的材料进行聚多巴胺修饰后，再进一步共价固定化含有巯基、可降低材料低表面能的小分子(通过麦克尔加成反应)，可以构筑超疏水材料。

如申请公布号为CN 103951843 A的专利文献公开了采用两步合成法(第一步进行多巴胺改性，第二步共价键合表面能低的小分子)，通过将三聚氰胺树脂海绵浸泡在多巴胺水溶液中进行聚多巴胺包覆后，进一步浸泡在巯基烷烃的碱性乙醇溶液中制备得到超疏水海绵。然而，超疏水海绵的扫描电镜表征结果表明，仅得到了聚多巴胺膜改性材料。很明显，聚多巴胺膜改性层活性比表面积低于聚多巴胺粒子改性层。

Huang Shouying通过一步法利用极高浓度的多巴胺(8mg/mL)在聚氨酯海绵表面修饰上结合了十二硫醇的聚多巴胺纳米粒子，制备得到超疏水海绵，反应液采用pH为8.5的水和乙醇混合液，但由于未采用缓冲体系，反应介质的pH易发生变化，使得超疏水海绵制备的可重复性较差，且超疏水海绵的扫描电镜显示纳米粒子量少，表明修饰层负载量低(ACS.Appl.Mater.Interfaces,2014,6,17144-17150)。此外，如此高浓度的多巴胺势必造成材料制备成本的提高。

三聚氰胺树脂海绵由于具有大的粗糙表面、三维孔道结构，轻便的质量和高的机械强度。此外，三聚氰胺树脂海绵具有较好的阻燃性和热稳定性。以三聚氰胺树脂海绵为基材将其进行改性制备超疏水材料有望在油水分离等领域得到应用。

发明内容

本发明提供了一种超疏水海绵的制备方法，以三聚氰胺树脂海绵为基底，首先利用低浓度多巴胺的温和聚合，得到聚多巴胺包覆的三聚氰胺树脂海绵，再进一步利用多巴胺在特殊介质中的聚合反应，制得结合了低表面能物质的聚多巴胺粒子修饰层，得到超疏水海绵。制备过程中所需的多巴胺浓度低，并实现聚多巴胺纳米粒子对三聚氰胺树脂海绵的高负载量修饰。

一种超疏水海绵的制备方法，包括以下步骤：