一种石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜及制备方法

本发明涉及疏水膜材料领域，尤其是一种石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜及制备方法。

背景技术：

1、疏水性膜在众多领域中发挥着关键作用，其主要应用包括但不限于以下领域。在防水材料领域：疏水性膜广泛用于制造防水服装、防水袋、防水鞋和防水涂料等产品。这些材料能够有效地抵御水和液体的渗透，提供保护和舒适性。在油水分离：在油污水处理中，疏水性膜用于高效地分离油和水。这种分离过程对于环保和资源回收至关重要。在气体分离领域：疏水性膜在气体分离和膜蒸馏中发挥关键作用，可用于分离不同组分的气体，具有广泛的应用前景。此外，在防污染领域：疏水性膜常被用于制造抗粘涂层，能够有效防止污垢和沉积物在表面附着，从而维护设备和结构的性能。

2、碳五石油树脂(c5树脂)是一种主要链节为脂肪性结构的树脂，具有一系列优良特性，包括：低酸值：c5树脂具有低酸值，有助于改善其在不同应用中的稳定性。混溶性好：这种树脂与多种溶剂兼容，使其在制备涂料和黏合剂等产品时易于处理。耐水性和耐乙醇性：c5树脂表现出良好的耐水性和耐乙醇性，适用于要求高度稳定性的应用。耐化学品腐蚀：它对化学品的抗腐蚀性能使其成为多种领域的理想选择。黏性调节和热稳定性：c5树脂的黏性和热稳定性表现出良好的可调节性，适用于多种工业用途。

3、经碳五石油树脂表面改性修饰的疏水膜相对于其他制备方法得到的疏水膜具有一些特点与优点：经济性：碳五石油树脂是一种相对廉价的原材料，因此使用它进行表面改性相对经济。这降低了制备疏水膜的成本。可持续性：碳五石油树脂通常是从可再生或可持续的原材料中生产的，这符合可持续性的发展趋势。疏水性能：经过碳五石油树脂表面改性的疏水膜通常具有良好的疏水性能，使其能够抵御水、液体和潮湿环境的侵蚀。这在防水材料、油水分离和其他需要疏水性的应用中非常有用。耐化学性：碳五石油树脂通常具有较好的耐化学性，可以在各种化学环境下保持稳定性，从而提高薄膜的持久性。表面改性控制：使用碳五石油树脂进行表面改性可提供对膜表面性质的更好控制。通过调整树脂的类型和浓度，可以调节疏水性能，以满足不同应用的需求。多功能性：除了疏水性，碳五石油树脂还具有增粘、增稠、黏合等性质，因此经改性的膜不仅可以实现疏水性，还可以在其他方面提供多功能性能。

4、针对c5树脂的众多优点，本发明油树脂涂层中掺入微纳米粒子，疏水膜形成微纳米结构表面，可以进一步提升疏水性能，带来一些额外的优点：比如增强表面粗糙度：微纳米结构的颗粒或添加剂可以增加表面的粗糙度，从而提高涂层的疏水性。这些微观结构可以形成更多的空气或液体与表面的接触角，使液滴更容易保持球形并排斥表面。提高自洁性：微纳米结构的存在可以减少表面对污垢、尘埃和其他颗粒的吸附。这提高了涂层的自洁性能，使其更容易清洁和维护。抗污染性：微纳米离子可以减少涂层表面的附着性，因此液滴和颗粒不容易附着在上面。这提高了涂层的抗污染性，降低了维护成本。优化特定应用：不同类型的微纳米结构添加剂可以根据特定应用的需求进行选择。例如，金属有机框架材料可以用于脱盐和去除水中的特定污染物如重金属离子或有机污染物，而氧化硅或陶瓷颗粒可以增强表面的耐腐蚀性。改善涂层的持久性：微纳米结构的添加可以增加涂层的持久性，使其在长时间内保持良好的性能。

5、总之，微纳米粒子的添加不仅提高了疏水性能，还可以改善涂层的各种性能，使其更适用于多种应用领域，包括防水材料、油水分离、自洁表面、防污涂层等。这些优点使得微纳米结构的引入在材料科学和工程中具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、疏水膜的制备一直是研究和工业应用中备受关注的核心问题。本发明旨在充分发挥碳五石油树脂独特的疏水性能，以及多级微纳米结构的优势，为疏水膜的制备提供了一种简便易行的工艺方法。这一创新方法不仅提高了薄膜的疏水性能，还为进一步探索碳五石油树脂在新领域的应用潜力开辟了新的途径。

2、本发明第一方面提供一种石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜，所述石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜包含无纺布基层，碳五石油树脂层、高分子有机薄膜层和微纳米结构碳五石油树脂层，所述疏水膜上下表面的最外层为微纳米结构碳五石油树脂层，无纺布基层为中间层，所述无纺布基层上下两面紧贴碳五石油树脂层，所述高分子有机薄膜层位于碳五石油树脂层和微纳米结构碳五石油树脂层之间。本发明提供的疏水膜含有微纳米结构碳五石油树脂层，提高了疏水膜的疏水性能、自清洁性能、耐水性和耐腐蚀性能，制备成本低，特别适用于油水分离和污水净化领域。

3、进一步的，所述微纳米结构碳五石油树脂层中掺入有微纳米粒子，所述微纳米粒子为疏水性氧化铝和疏水性氧化硅中的一种或多种，也可以为疏水特性的二氧化硅、氧化铝、微纳米级结构的陶瓷材料、金属有机框架材料、共价有机框架以及微纳米结构的碳材料，进一步的微纳米结构的碳材料为氧化石墨烯，碳纳米管，碳纳米颗粒，石墨烯，多壁碳纳米管和碳纳米纤维中的一种或多种。

4、进一步的，微纳米结构的颗粒或添加剂可以增加表面的粗糙度，从而提高涂层的疏水性。这些微观结构可以形成更多的空气或液体与表面的接触角，使液滴更容易保持球形并排斥表面。微纳米结构的存在可以减少表面对污垢、尘埃和其他颗粒的吸附。这提高了涂层的自洁性能，使其更容易清洁和维护。微纳米离子可以减少涂层表面的附着性，因此液滴和颗粒不容易附着在上面。这提高了涂层的抗污染性，降低了维护成本。

5、进一步的，所述微纳米粒子为不同粒径级配组合的微纳米粒子。所述微纳米结构碳五石油树脂层中微纳米粒子的组成为质量比为4:3:2:1的10微米、1微米、300纳米、20纳米的疏水性二氧化硅。

6、进一步的，所述微纳米结构碳五石油树脂层中微纳米粒子的组成为质量比为2:2:1:1的10微米、5微米、500纳米、100纳米的疏水性氧化铝。

7、本发明第二方面提供一种石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜的制备方法。

8、所述制备方法包括如下步骤：

9、s1配制铸膜液和涂覆溶液，配制用于形成高分子有机薄膜层的铸膜液、用于形成碳五石油树脂层的涂覆溶液a和用于形成微纳米结构碳五石油树脂层的涂覆溶液b；

10、s2涂覆无纺布基层，将无纺布浸渍于涂覆溶液a中，处理时间为5-30分钟，然后在低温下烘干；

11、s3制备高分子有机薄膜层，在干净的玻璃上，将铸膜液倾倒在经过s2步骤处理过的无纺布上的某一侧，并用刮膜刀以1mm/s-100mm/s的速度推开铸膜液，形成高分子有机薄膜层，然后将玻璃板匀速浸入沉淀浴中，待薄膜从玻璃板上分离后进行冲洗和储存；

12、s4将s3步骤处理过的高分子有机薄膜浸渍于混合微纳米粒子的碳五石油树脂涂覆溶液b中，浸渍5-60分钟，将浸渍后的薄膜在通风橱里自然风干1-10小时，得到石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜。

13、进一步的，上述铸膜液的配制方法为将高分子聚合物与极性溶剂混合，形成质量浓度为10-20％的铸膜液，将铸膜液在60℃温度下搅拌6-12小时，然后停止加热和搅拌，确保铸膜液中的气泡完全去除，其中所述高分子聚合物为聚砜、聚醚砜、醋酸纤维素、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯醚、聚酯中的一种或多种，所述极性溶剂为n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、磷酸三乙酯中的一种或多种。

14、进一步的，所述涂覆溶液a是将碳五石油树脂与非极性溶剂混合，搅拌0.5-2小时使石油树脂完全溶解得到的，所述涂覆溶液a中碳五石油树脂的重量浓度为2-20％。

15、进一步的，所述涂覆溶液b的配制方法为在涂覆溶液a中加入疏水性微纳米颗粒，并在30-50℃温度下通过超声波振荡器均匀混合5-30分钟得到，所述疏水性微纳米颗粒为疏水特性的二氧化硅、氧化铝、微纳米级结构的陶瓷材料、金属有机框架材料、共价有机框架以及微纳米结构的碳材料，进一步的微纳米结构的碳材料为氧化石墨烯，碳纳米管，碳纳米颗粒，石墨烯，多壁碳纳米管和碳纳米纤维中的一种或多种；所述涂覆溶液b中疏水性微纳米颗粒的质量浓度为0.05-5％。

16、进一步的，所述制备方法中采用的碳五石油树脂的软化点为100-105℃。

17、本发明的有益效果在于：

18、本发明提供的石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜包含无纺布基层，碳五石油树脂层、高分子有机薄膜层和微纳米结构碳五石油树脂层，所述疏水膜上下表面的最外层为微纳米结构碳五石油树脂层，无纺布基层为中间层，所述无纺布基层上下两面紧贴碳五石油树脂层，所述高分子有机薄膜层位于碳五石油树脂层和微纳米结构碳五石油树脂层之间。本发明提供的疏水膜含有微纳米结构碳五石油树脂层，提高了疏水膜的疏水性能、自清洁性能、耐水性和耐腐蚀性能，制备成本低。

19、本发明提供的微纳米粒子的添加不仅提高了疏水性能，还可以改善涂层的各种性能，使其更适用于多种应用领域，包括防水材料、油水分离、自洁表面、防污涂层等。这些优点使得微纳米结构的引入在材料科学和工程中具有广泛的应用前景。

20、本发明提供的石油树脂修饰的多级微纳米结构疏水膜及制备方法还具有如下优点：

21、简单易操作的工艺：本发明提供的疏水膜制备工艺操作简单，易于实施，无需复杂的设备或高级技术，降低了制备成本和技术门槛。

22、疏水性能提升：利用碳五石油树脂的疏水性能，以及多级微纳米结构，本发明制备的膜具有出色的抗水性和防污染性能，能够有效阻止水或液体的渗透，维持表面干燥和清洁。通常经表面修饰后薄膜表面接触角可提升40-70％。

23、多领域应用潜力：本发明为碳五石油树脂的新应用提供了思路和方法，使其在防水材料、油水分离、气体分离、防污染等多个领域中具备广泛的应用潜力。

24、环保和资源回收：通过疏水膜在油污水处理中的应用，有望改善环境保护和资源回收的效率，有助于解决油污水处理中的重要问题。

25、石油树脂性能发挥：本发明中使用的碳五石油树脂具有良好的性能，如低酸值、混溶性、耐水性和耐化学品腐蚀性，使其成为制备高效疏水膜的理想材料。

26、总之，本发明不仅创造了一种简单有效的疏水膜制备工艺，还为碳五石油树脂的新应用提供了有力支持，有望在多个领域中改善产品性能和质量，同时促进环保和资源回收。