一种聚脲涂料及其制备方法和应用

本发明属于新材料及表面，尤其是涉及一种聚脲涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着工业的发展与人们生活水平的提高，石油的需求量急剧增加，导致在石油的开采与运输，工业废水排放等过程中产生的含油废水正在严重威胁着人类的生存与周围的环境。因此，人们致力于开发更高效的油水分离方法。近年来，在众多油水分离方式中，具有特殊浸润表面的油水分离膜材料因其分离效率高、节能环保、成本低等优点，在油水分离领域受到广泛的关注。其中，天然高分子材料是构筑超亲水表面最常用的材料之一。然而，由于天然高分子涂层的不稳定性与低耐久性，且含油废水往往具有复杂的成分，如腐蚀性物质、泥沙等，在油水分离过程中，天然高分子涂层往往难以保持长期的水下超疏油性，失去油水分离能力。一方面，天然高分子涂层大多力学性能较差，在油水分离过程中，难以承受长时间的刮擦。另一方面，天然高分子涂层与基底间的结合往往是简单的涂覆方式，结合力较弱，在复杂的水体环境下，较容易脱落。因此，制备具有长期稳定耐久的超亲水-水下超疏油涂层仍然是一个挑战。

2、中国授权专利cn110302564b-一种基于纳米纤维素/瓜尔胶复合水凝胶的油水分离材料及其制备方法和应用公开了以纳米纤维素和瓜尔胶为原料，在网状基体上利用纳米纤维素和瓜尔胶经层层自组装方式形成水凝胶涂覆层，制成高分子复合水凝胶涂覆的网状过滤材料，凝胶化仅依靠静电相互作用等非共价键作用，过程非常迅速，两种物质接触后水凝胶即可瞬时完成经层层自组装方式制成基于纳米纤维素/瓜尔胶复合水凝胶的油水分离材料。此专利虽然制备方式简便，但是只有简单的涂覆方式，仅靠静电等弱结合力，难以保证分离材料的耐久性使用，简单便捷的同时加大了资源的浪费。

3、中国授权专利cn113577826b-聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法公开了利用长碳链的十六烷基三甲氧基硅烷对预处理后的花生壳粉末进行接枝改性；然后将疏水改性花生壳粉末与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体和水混合搅拌，发泡固化后，得到疏水的聚氨酯泡沫负载改性花生壳粉末复合材料。本发明制备的聚氨酯泡沫/改性花生壳粉末复合材料具有良好的疏水性、稳定性和再生性，能够有效提高聚氨酯泡沫的油水分离能力，但疏水涂层极易被油污染表面不利于使用。中国授权专利cn114437402b-一种超疏水聚氨酯海绵及其制备方法和应用公开了采用廉价易得的蒙脱石为原材料，经长链羧酸和硅烷修饰后，得到超疏水材料的悬浮液，再将经过盐酸多巴胺修饰后的聚氨酯海绵浸入悬浮液中即可制得超疏水聚氨酯海绵。所制备的海绵选择性的吸附油相，可用于油水分离装置中，实现油水分离，分离效率高达99.6％以上。本发明所制备的海绵环境适应能力强，耐摩擦、耐腐蚀，而且无含氟物质，属于环境友好型材料，但同样地，疏水涂层极易被油污染表面不利于使用。以上为聚脲、聚氨酯领域在油水分离材料中的应用，多是以泡沫、海绵等形式使用，泡沫形式虽然以简单的发泡形式制备，但是在油水分离领域难以具有良好的抗污性与力学性能，海绵形式多是以基底的方式存在，同时存在抗污性差、能源消耗高等缺点。

4、膜分离技术是现有众多分离方法中最节能环保高效的，并且分离过程中会形成水膜使其具有良好的抗污性，现有方案中多使用天然高分子及其衍生物来构筑特殊浸润表面，耐久性不佳。聚脲、聚氨酯材料用于油水分离多以泡沫、海绵等形式，分离效果不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种聚脲涂料及其制备方法和应用。

2、为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

3、第一个方面，本发明提供一种聚脲涂料，由以下原料按以下固液比组成：

4、聚脲预聚体：单宁酸:有机溶剂:异佛尔酮二异氰酸酯＝30.47-56.59：0.66-1.24：6.64-12.32：0.62-1.16；

5、所述聚脲预聚体由以下原料按以下固液比组成：

6、有机溶剂：聚醚胺：异佛尔酮二异氰酸酯：有机锡类催化剂＝13.28-24.64：14-26：3.11-5.77：0.013-1.3。

7、进一步地，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺dmf或二甲基乙酰胺。

8、进一步地，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡。

9、优选地，所述的一种聚脲涂料，由以下原料按以下固液比组成：

10、聚脲预聚体：单宁酸：有机溶剂：异佛尔酮二异氰酸酯＝43.53：0.95：10：0.89；

11、所述聚脲预聚体由以下重量份的组分组成：

12、二甲基甲酰胺：聚醚胺：异佛尔酮二异氰酸酯：有机锡类催化剂＝20：20：4.44：0.13。

13、第二个方面，本发明提供上述第一个方面所述的聚脲涂料的制备方法，包括以下步骤：

14、①在二甲基甲酰胺中加入聚醚胺和异佛尔酮二异氰酸酯，再加入二月桂酸二丁基锡作为催化剂，水浴条件下搅拌，得到聚脲预聚体；

15、②预先将单宁酸溶于二甲基甲酰胺中，然后将其加入聚脲预聚体中，同时加入异佛尔酮二异氰酸酯，水浴条件下搅拌，得到聚脲涂料。

16、第三个方面，本发明提供一种浸润聚脲基油水分离膜，是由上述第一个方面所述的聚脲涂料与基底复合获得。

17、进一步地，所述基底为金属网。

18、第四个方面，本发明提供上述第三个方面所述的浸润聚脲基油水分离膜的制备方法，包括以下步骤：

19、将上述第一个方面所述的聚脲涂料稀释至10wt％后涂在金属网上，在70℃的烘箱中烘干，然后在30℃-60℃的1wt％-4wt％戊二醛水溶液中浸泡1h-4h，将戊二醛处理过的金属网置于cs/hcl水溶液中浸渍反应，取出后冲洗去除未反应的化学物质，然后放入去离子水中水化，得到浸润聚脲基油水分离膜。

20、优选地，所述cs/hcl水溶液的浓度为1wt％。

21、第五个方面，本发明提供上述第三个方面所述的浸润聚脲基油水分离膜在油水分离领域的应用。

22、本发明所具有的优点和有益效果是：

23、本发明以贻贝仿生的天然多酚类物质单宁酸与聚脲预聚体相结合制备出仿生半聚脲涂料，单宁酸作为扩链剂与聚脲预聚体结合形成物理化学双交联网络结构，既有异氰酸酯与羟基的化学反应，又有单宁酸中羟基与脲键之间存在的氢键。将涂料以涂刷的方式简单便捷地涂覆在金属网等基底上，单宁酸的强附着力和聚脲组分的高耐磨性与金属基底间形成的配位协同作用使涂层牢固地附着在金属网表面。通过戊二醛进一步引入壳聚糖，水化后即可得到油水分离膜。由于涂层的强力附着与聚脲本身特有的韧性与耐磨性，并且通过化学键连接的方式引入壳聚糖，使分离材料表现出高耐久性，适用于各种复杂的油水分离环境。

24、本发明制备的油水分离膜，配合具体的油水分离器使用，可应用于分离大量的含酸碱盐等复杂成分的油水混合物。

25、本发明由于是将特制的聚脲涂料涂刷在孔径40-50微米之间的金属网上形成一层涂层，涂层中的氮、氧等元素可与金属离子形成配位作用，使涂层更加牢固的附着在基底表面。由于单宁酸具有多酚羟基结构，与聚脲涂料中的其它组份协同作用，使得聚脲涂层与金属网基底中金属元素发生络合作用，同时与涂层中其他组分发生化学连接，提高了对基底附着力，从而有效增强涂层耐久性。亲水组分壳聚糖的引入不仅包括戊二醛这种化学键连接的方式，还包括壳聚糖与聚脲涂层间的氢键，壳聚糖通过戊二醛连接到单宁酸的活性位点(-oh)上，进一步提高了其结合的牢固性。

26、本发明浸润聚脲基油水分离膜的制备方法简单；无需上百度的高温条件即可制备完成，节约能源；聚脲涂料制备完成后可以储存备用，需要使用时直接涂刷在金属网上即可，方便使用。

技术特征：

1.一种聚脲涂料，其特征在于，由以下原料按以下固液比组成：

2.根据权利要求1所述的一种聚脲涂料，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。

3.根据权利要求1所述的一种聚脲涂料，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种聚脲涂料，其特征在于，由以下原料按以下固液比组成：

5.权利要求1-4任一项所述的聚脲涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.一种浸润聚脲基油水分离膜，其特征在于：是由权利要求1-4任一项所述的聚脲涂料与基底复合获得。

7.根据权利要求6所述的浸润聚脲基油水分离膜，其特征在于：所述基底为金属网。

8.权利要求6或7所述的浸润聚脲基油水分离膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的浸润聚脲基油水分离膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖/hcl水溶液的浓度为1wt%。

10.权利要求6或7所述的浸润聚脲基油水分离膜在油水分离领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种聚脲涂料及其制备方法和应用。一种聚脲涂料，由以下原料按以下固液比组成：聚脲预聚体：单宁酸:有机溶剂:异佛尔酮二异氰酸酯=30.47‑56.59：0.66‑1.24：6.64‑12.32：0.62‑1.16；所述聚脲预聚体由以下原料按以下固液比组成：有机溶剂：聚醚胺：异佛尔酮二异氰酸酯：有机锡类催化剂=13.28‑24.64：14‑26：3.11‑5.77：0.013‑1.3。本发明制备得到的油水分离膜材料具有高耐久性，适用于各种复杂的油水分离环境。

技术研发人员：武金龙,王鹏,田煜坤,梁珊
受保护的技术使用者：北方民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23