聚氨酯材料的超疏水改性及应用研究

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1、工程硕士学位论文聚氨酯材料的超疏水改性及应用研究作者姓名柳雷工程领域材料工程校内指导教师刘维锦教授校外指导老师李冬梅高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月SuperhydrophobicModificationandApplicationofPolyurethaneMaterialsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuLeiSupervisor：Prof.LiuWeijinSouthChinaUniversityofTechnologyGu

2、angzhou,China分类号：TQ33学校代号：10561学号：201521016246华南理工大学硕士学位论文聚氨酯材料的超疏水改性及应用研究作者姓名：柳雷指导教师姓名、职称：刘维锦教授李冬梅高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计■应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：高分子材料工程论文提交日期：2018年4月27日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：吴叔青副教授委员：刘维锦教授、严玉蓉副教授、卢珣副教授、郭涛高级工

3、程师摘要超疏水材料具有优异的拒水性和自清洁性，在拒水防污、抗结冰、金属防腐蚀、油水分离等领域有广泛的用途。本文分别采用模板法和废旧绿色轮胎燃烧物对聚氨酯橡胶进行表面改性，制备超疏水聚氨酯橡胶；利用聚氨酯海绵的多孔网络结构，将废旧绿色轮胎燃烧物负载于聚氨酯海绵上，制备具有超疏水亲油性能的油水分离材料。在制备超疏水材料的同时也为废旧绿色轮胎的处理提供一种新思路。论文的主要工作如下：（1）以硫酸铜刻蚀的铁片作为金属模板，在聚氨酯硫化成型的过程中，将模板表面粗糙结构“复制”到橡胶表面，再利用低表面能的硬脂酸修饰橡胶表面，制备超疏水聚氨酯橡胶。系

4、统研究模压板的材料、刻蚀溶液及刻蚀条件、聚氨酯橡胶填料及硫化体系、拒水修饰剂等对聚氨酯橡胶拒水性及力学性能等的影响。扫描电子显微镜观察表明，此法制备的聚氨酯橡胶表面为粗糙的微米级沟壑结构，沟壑上有更细小的纳米级凸起和孔洞，这种微纳米复合粗糙结构是聚氨酯橡胶获得超疏水的重要基础。在本研究范围内，超疏水聚氨酯橡胶的最佳制备条件为：以0.05mol/LCuSO4刻蚀铁片20s以上，在80℃真空干燥1h；以硫磺为硫化剂、炭黑为填料（30phr）、硫化温度为160℃、硫化时间为8min，热压脱模后的聚氨酯橡胶浸渍于质量分数为1%的硬脂酸溶液中处理

5、5min以上，获得的聚氨酯橡胶接触角可达到155°，滚动角6°，拉伸强度为33.7MPa、断裂伸长率为552%，硬度为52，超疏水功能具有良好的耐候性。（2）利用废旧绿色轮胎燃烧物的疏水性，将燃烧物研磨后，通过粘结剂将粉末与聚氨酯橡胶复合，制备超疏水聚氨酯橡胶。在探讨该燃烧物疏水机理的基础上，系统研究超疏水聚氨酯橡胶的制备条件和性能。XPS元素分析表明，粉末由SiO2和碳组成，经过高斯拟合分峰处理的C1s谱图显示的峰位置表明，碳元素是sp2和sp3杂化混合的无定型碳，正是这种无定型碳随机地沉积于SiO2表面，构成了珊瑚状的微纳米表面结构

6、，使燃烧物具有超疏水性，SEM观察证实了这种结构；燃烧残余物粉末200目以上、粉末用量为0.02g/cm2对聚氨酯橡胶进行表面改性，表面接触角可以达到156°、滚动角为7°，并产生“银镜”现象，获得优良的超疏水性。所制备的超疏水聚氨酯橡胶具有良好的热稳定性、抗剥离性、耐酸碱性和抗结冰性。（3）以聚氨酯海绵为载体，用胶黏剂将废旧绿色轮胎燃烧物粉末负载到海绵上，制备超疏水亲油聚氨酯海绵。当燃烧物粉末与粘结剂比例为5:1，分散液浓度为0.15g/mL时，聚氨酯海绵接触角可达155°。所制备的海绵对水滴表现极低的粘附性，表现出对油I品的高选择性

7、吸收、吸收效率高，能快速吸收甲苯、三氯甲烷等有机溶剂。在循环使用10次后依然能够保持较稳定的吸收容量，能够吸收自身重量60倍以上的溶液。关键词：超疏水；聚氨酯橡胶；模板法；废旧绿色轮胎；油水分离IIAbstractSuperhydrophobicmaterialshaveexcellentwaterrepellencyandself-cleaningproperties,andarewidelyusedinwaterrepellentandanti-fouling,anti-icing,metalanti-corrosion,oil-w

8、aterseparationandotherfields.Inthiswork,thesurfaceofthepolyurethanerubberwasmodifiedbyusingthetemplatem