[发明专利]一种用于乳液分离的超疏水-超亲油金属橡胶复合材料的制备及应用

说明书

本发明公开了一种用于乳液分离的超疏水‑超亲油金属橡胶复合材料的制备及应用，属于金属材料改性技术领域。所述超疏水‑超亲油金属橡胶复合材料由以下原料制成：基底金属橡胶、填充物碳纤维、粘结剂和低表面能修饰剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)。本发明制备的超疏水‑超亲油金属橡胶复合材料，配方科学合理，工艺流程简单实用。采用机械性能优异的金属橡胶多孔结构框架为复合材料的基底，碳纤维可以牢固的嵌入其内部，再用具有低表面能和粘结性的聚二甲基硅氧烷包裹，形成稳定的三维网络结构。制备的超疏水‑超亲油金属橡胶复合材料具有较强的抗磨性能，也可以高效分离乳液。同时也为今后为开发耐磨的超疏水‑超亲油表面提供了新的思路与探索，并在实际应用中具有巨大的社会经济效益。

技术领域

本发明属于属于金属材料改性技术领域，具体涉及一种用于乳液分离的超疏水-超亲油金属橡胶复合材料的制备及应用。

背景技术

近年来，随着工业含油废水排放和石油泄漏事件的增多，水污染导致的全球环境和生态系统的恶化引起了全世界的广泛关注。因此开发乳液分离材料对保护环境有重要意义。其中表面能低、表面粗糙度高的超疏水-超亲油材料在油液分离中的水处理方面取得了很大的进展。然而超疏水材料表面的粗糙结构极易被破坏，不能再有磨损和冲击的环境下使用，这些缺点严重限制了超疏水-超亲油材料在乳液分离中的应用。

金属橡胶材料是一种均质的弹性多孔物质,具有比表面积大,渗透性好,工作温度范围大,能减震,抗冲击等特点,决定了它可在乳液分离方面应用的合理性和优越性。传统的超疏水-超亲油材料的基底如泡沫铜，金属有机骨架，石墨烯海绵等并不具备这些优点。因此，基于金属橡胶研究出具有抗磨抗振的超疏水-超亲油材料在保护环境和油液的回收利用方面有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于乳液分离的超疏水-超亲油金属橡胶复合材料的制备及应用。本发明配方科学合理，工艺流程简单实用。针对超疏水-超亲油乳液分离材料机械性能差，不抗磨抗振等缺点，采用金属橡胶当作基底材料，通过真空抽滤将碳纤维嵌入到其内部，再用PDMS包裹，制备出具有抗磨抗振性能的超疏水-超亲油乳液分离复合材料。该材料具有很大的应用前景，将会在保护环境方面做出巨大贡献。

为了达到上述目的，具体采取以下方案：

一种用于乳液分离的超疏水-超亲油金属橡胶复合材料，其原料组成包括：以金属橡胶为基底，碳纤维为填充物，PDMS为粘结剂和低表面能修饰剂。

所述超疏水-超亲油金属橡胶复合材料的制备具体包括以下步骤：

a)将金属丝通过设备缠绕成适当螺距的螺旋卷,在将螺旋卷规则的缠绕在芯轴上形成毛坯；然后将毛坯放入指定形状的磨具中，冲压成金属橡胶；

b)将a)中制备好的金属橡胶分别用乙醇和丙酮在超声波清洗机中各自清洗10分钟,在用去离子水冲洗3次，然后在烘箱中60℃烘干；

c)将碳纤维粉、去离子水、十二烷基苯磺酸钠混合制成碳纤维分散液，再用磁力搅拌器500rad/min搅拌10分钟,然后用超声清洗仪30kHz超声1小时；

d)将b)中准备好的金属橡胶置于真空过滤系统中，用密封膜对界面进行密封；接下来，在0.6bar压力下，将c)中准备的碳纤维分散液缓慢加入真空过滤系统，30分钟内加完，在金属橡胶上进行过滤。同时使用滴管进行持续搅拌，防止碳纤维过早的沉积在金属橡胶表面，最终，肉眼观察当不管怎样搅拌碳纤维始终沉积在金属橡胶表面时，停止加入碳纤维分散液；

e)将d)中的金属橡胶放入PDMS溶液中5分钟，然后拿出并自然干燥，再以0.2bar的压力在真空泵中吸1分钟，最后放入100℃的马弗炉中加热固化10分钟。

进一步地，所述金属橡胶的材料为不锈钢，铝合金，高碳钢中的任一种；形状为圆柱体，长方体，正方体，球形，椭圆形中的任一种；金属丝直径范围为0.15-0.3mm,螺旋卷的螺距范围为1-2mm,孔隙度在0.6-0.9之间。