由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途

由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途
【专利摘要】本发明提供了用气相沉积涂覆法制备憎水材料的方法，以及所制备的材料的用途。制备憎水材料的方法包括：提供一种天然矿物；提供一种硅酮基材料；加热所述硅酮基材料以释放所述硅酮基材料的蒸气分子；并使所述硅酮基材料的蒸气分子沉积以在所述天然矿物的表面形成硅酮基材料层。
【专利说明】由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途
[0001] 本申请是题为"由气相沉积涂覆法制备的憎水材料及其用途"的第 201080023147. 2号发明专利申请的分案申请。母案对应国际申请PCT/US2010/027693,申 请日为2010年3月17日， 优先权日:为2009年6月8日。
[0002] 相关申请的相互参引
[0003] 本申请要求2009年6月8日提交的序列号为12/480,598的美国正式专利申 请"Hydrophobic Materials Made by Vapor Deposition Coating and Applications Thereof "的优先权。

【技术领域】
[0004] 本发明涉及制造憎水及亲油材料的领域。具体而言，本发明涉及在多种多孔天然 材料上进行气相沉积涂覆以改良其表面性能，从而赋予其憎水性和从水中选择性地吸收油 的性能。

【背景技术】
[0005] 对材料施加涂层以使其憎水或防水已在多种工业中实践应用。例如，美国专利 4, 255, 489、5, 348, 760、5, 964, 934 和 6, 268, 423 中公开了用不同的硅酮（silicone)化合 物涂覆建筑材料从而使建筑材料防水的方法，所述硅酮化合物包括硅酮聚合物、聚合的硅 氧烷、活性硅烷单体、硅酸盐（siliconate)和其他的有机含硅材料。美国专利2, 040, 818、 3, 382, 170、4, 175, 159和5, 302, 570进一步公开了用硅酮涂覆珍珠岩、蛭石或硅藻土作 为吸油剂的方法。美国专利 2,040,818、3,382, 170、4, 175, 159、4,255,489、5,302,570、 5, 348, 760、5, 964, 934和6, 268, 423中公开的内容在此以引用的方式纳入本申请文件。
[0006] 上述参考文献中公开的涂覆方法的共同之处是使用湿涂覆方法，此方法中将硅酮 化合物用液态溶剂溶解或稀释，然后将该混合溶液或乳液喷洒到目标矿物上。之后将浸湿 的材料在特定温度下干燥。娃酮化合物乳液可以市售产品购得，例如Dow Corning36、346、 39 或 349 乳液、Union Carbide L45 乳液、或 General Electric SM62 或 2163 乳液等。通 常，使用湿涂覆方法时，消耗的硅酮化合物的重量占目标矿物重量的几个百分比。换句话 说，涂覆1吨的多孔矿物（例如珍珠岩），需要约5到40千克硅酮化合物来达到较好的结 果。如美国专利4, 175, 159中所述，如果使用更少的硅酮化合物，由于有一些表面可能未被 涂覆，憎水效果可能减弱。
[0007] 湿涂覆方法的另一个缺陷是，即使使用美国专利4, 175, 159中公开的优化方法， 硅酮化合物的成本仍然是制造硅酮处理的多孔天然材料的总成本中的一个重要部分，因为 用湿涂覆方法制备的硅酮层的厚度通常在几个微米的范围内，并且许多原料被浪费了。
[0008] 因此，本发明的一个目的是提供一种将硅酮涂覆到多孔天然矿物上的经济的方 法，此方法消耗的硅酮化合物较少，并且可以用于大规模生产。
[0009] 本发明的另一个目的是提供一种将硅酮涂覆到多孔天然矿物上的方法，此方法可 以使用回收的硅酮材料，例如硅酮橡胶模型、管、板，等。
[0010] 本发明的另一个目的是提供一种将涂覆过程与珍珠岩或蛭石的热膨胀相结合从 而尽可能地使用较少能量的方法。
[0011] 本发明的另一个目的是提供一种在多孔矿物颗粒的主表面和表面下的部分都形 成均一的硅酮层从而使得即使颗粒被压碎，其憎水及亲油的特性仍可保留的方法。
[0012] 概要
[0013] 本发明涉及憎水材料的气相沉积涂覆方法，以及使用所形成的材料的用途。在一 个实施方案中，一种制备憎水材料的方法包括：提供一种天然矿物，提供一种硅酮基材料， 加热所述硅酮基材料以释放所述硅酮基材料的蒸气分子，使所述硅酮基材料的蒸气分子沉 积以在所述天然矿物的表面形成硅酮基材料层。在该实施方案中，硅酮基材料是一种回收 的硅酮橡胶，其可重复用于后续的在天然矿物上的涂覆。
[0014] 在另一个实施方案中，一种从水中除去油的方法包括将憎水及亲油材料放入含有 待去除的油的水域中，其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于天然 矿物上而制得的，利用该憎水及亲油材料吸收油，以及将浸有油的憎水及亲油材料从所述 水域中去除。该方法可以用于餐馆、城市水处理厂、炼油厂的水处理系统中。
[0015] 在另一个实施方案中，一种憎水材料包括一种天然矿物和一种娃酮基材料，其中 所述硅酮基材料通过气相沉积法涂覆在所述天然矿物上，从而在该天然矿物的表面形成硅 酮基材料层。天然矿物的表面包括内表面和外表面，硅酮基材料层小于20纳米。所述硅酮 基材料包括聚合的硅氧烷，其还包括至少一种聚二甲基硅氧烷（PDMS)或一种硫化的网状 PMDS。
[0016] 在另一个实施方案中，一种由憎水材料制成的建筑材料，所述憎水材料是通过将 硅酮基材料气相沉积涂覆于天然矿物上而制得的。所述建筑材料包括轻量耐火级混凝土、 石膏、灰泥、瓦片、低密度焦渔石、隔音石膏板（acoustic gypsum board)或松散填充的隔热 材料中的至少一种。
[0017] 本发明提供了一种制备憎水材料的方法，包括：
[0018] 提供一种天然矿物；
[0019] 提供一种娃丽基材料；
[0020] 在密闭空间中加热所述硅酮基材料以释放出所述硅酮基材料的蒸气分子；以及
[0021] 使所述硅酮基材料的蒸气分子沉积以在所述天然矿物的表面形成憎水材料层。
[0022] 在一个优选的实施方案中，所述硅酮基材料可重复用于后续的天然矿物上的涂 覆，且所述硅酮基材料包括回收的硅酮橡胶。
[0023] 在一个优选的实施方案中，加热所述硅酮基材料导致交联反应。
[0024] 在一个优选的实施方案中，加热所述硅酮基材料导致分裂反应。
[0025] 在一个优选的实施方案中，加热所述硅酮基材料包括加热至KKTC到400°C之间 包含端值在内的预设温度。
[0026] 在一个优选的实施方案中，加热所述硅酮基材料包括加热至0. 5到2大气压之间 包含端值在内的气相沉积压力。
[0027] 在一个优选的实施方案中，提供所述天然矿物的过程包括：
[0028] 将所述天然矿物加热到760°C到980°C之间包含端值在内的温度，以使其在熔炉 中成为膨胀形态；
[0029] 将膨胀的天然矿物气力输送至旋流分级器；
[0030] 用收集装置收集分级的天然矿物；以及
[0031] 将分级的天然矿物冷却至100°C到400°C之间包含端值在内的温度。
[0032] 在一个优选的实施方案中，使所述蒸气分子沉积的过程包括：
[0033] 物理气相沉积、化学气相沉积或等离子体增强气相沉积中的至少一种。
[0034] 本发明提供了一种憎水材料，包括：
[0035] -种天然矿物；以及
[0036] -种硅酮基材料，其中所述硅酮基材料通过气相沉积过程涂覆于所述天然矿物 上，从而在所述天然矿物的表面形成憎水材料层。
[0037] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物的表面包括内表面和外表面，并且其中 所述憎水材料层小于20纳米。
[0038] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物包括珍珠岩或蛭石中的至少一种。
[0039] 在一个优选的实施方案中，所述珍珠岩或蛭石被加热到膨胀形态。
[0040] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物还包含浮石。
[0041] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物还包括：
[0042] 硅藻土、膨润土或沸石中的至少一种。
[0043] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物具有二氧化硅、氧化铝、硅酸盐、铝酸盐 或碳酸盐中的至少一种的化学组成。
[0044] 在一个优选的实施方案中，在气相沉积过程之前，所述娃酮基材料含有聚合的娃 氧烷。
[0045] 在一个优选的实施方案中，所述聚合的硅氧烷含有聚二甲基硅氧烷（PDMS)或硫 化的网状PMDS中的至少一种。
[0046] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物的粒度在0. 01mm到10cm之间，包括端值 在内；所述天然矿物的颗粒中的孔径在lnm到lcm之间，包括端值在内；表面积在0. lm2/g 到100m2/g之间，包括端值在内；容积密度在0. 02g/cm3到2g/cm3之间，包括端值在内。
[0047] 在一个优选的实施方案中，所述天然矿物还包括：
[0048] 一种无细孔的天然矿物，包括沙子、浮石、陶瓷、粘土或宝石中的至少一种。
[0049] 本发明提供了一种由憎水材料制备的建筑材料，所述憎水材料是通过将硅酮基材 料气相沉积涂覆于天然矿物上而获得，其中所述建筑材料包括轻量耐火级混凝土、石膏、灰 泥、瓦片、低密度焦渣石、隔音石膏板或松散填充的隔热材料中的至少一种。
[0050] 本发明提供了一种从水中去除油的方法，包括：
[0051] 将一种憎水及亲油材料放入含有待去除的油的水域中，其中所述憎水及亲油材料 通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于天然矿物上而制得；
[0052] 用所述憎水及亲油材料吸收油；以及
[0053] 从所述水域中除去浸有油的憎水及亲油材料。
[0054] 在一个优选的实施方案中，所述油是烃类物质，并且其中所述烃类物质包括原油、 汽油、柴油或煤油中的至少一种。
[0055] 在一个优选的实施方案中，所述油是植物油和动物油中的至少一种。
[0056] 在一个优选的实施方案中，除去浸有油的憎水及亲油材料的过程包括：
[0057] 根据所吸收的油的挥发性，将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离；
[0058] 回收所述憎水及亲油材料；以及
[0059] 回收所吸收的油。
[0060] 在一个优选的实施方案中，将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离的过程包 括：
[0061] 如果所吸收的油是挥发性的，则将浸有油的憎水及亲油材料加热至所吸收的油的 沸点；
[0062] 使所吸收的油从所述憎水及亲油材料中汽化；以及
[0063] 收集汽化形式的所吸收的油。
[0064] 在一个优选的实施方案中，将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离的过程还包 括：
[0065] 如果所吸收的油是非挥发性的，则将浸有油的憎水及亲油材料与一种有机溶剂混 合，以使所吸收的油从所述憎水及亲油材料中释放；
[0066] 收集液体形式的所吸收的油；以及
[0067] 加热所述憎水及亲油材料与所述有机溶剂的混合物使所述有机溶剂汽化；以及
[0068] 收集所述憎水及亲油材料。
[0069] 在一个优选的实施方案中，将所述方法用于餐馆、市政水处理厂或炼油厂的水处 理系统中。
[0070] 在一个优选的实施方案中，还包括：
[0071] 其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于珍珠岩或蛭石上 而获得，以及
[0072] 其中将浸有油的硅酮涂覆的珍珠岩或蛭石从所述水域的表面去除。
[0073] 在一个优选的实施方案中，还包括：
[0074] 其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于浮石粉末上而获 得，以及
[0075] 其中使浸有油的硅酮涂覆的浮石粉末附聚并沉入所述水域的底部而自然降解。

【具体实施方式】
[0076] 本发明提供了通过气相沉积涂覆硅酮基材料而制备憎水材料的方法，以及使用所 制备的材料的用途。作出下列说明是为了使得任何本领域技术人员能够制造并使用本发 明。对于特定实施方案和用途的说明仅作为实例提供。对于本领域技术人员而言显而易见 的是，可对这里描述的实施例进行多种改变及结合，并且这里所定义的一般原理在不偏离 本发明范围的情况下可以应用于其他的实施例和用途。因此，本发明并不意欲被所叙述和 展示的实施例所限制，而是应根据与此处公开的原理和特征相一致的最宽范围。
[0077] 多孔天然矿物（例如浮石、硅藻土、膨润土、沸石、膨胀珍珠岩和蛭石等）的资源在 地球上很丰富。天然矿物的多孔性可以在特定自然环境下形成，或在特定人工条件下形成。 例如，浮石可在如下情形下形成：当过热的高压熔岩猛烈地从火山喷发或遇水时，在减压下 形成气泡并同时冷却而使气泡凝结时；娃藻土，也称砂藻土，是娃藻（一种硬壳藻类）的化 石残留物；膨胀珍珠岩可在如下情形下形成：将珍珠岩原矿石加热到850-900°C，捕集于结 构中的水迅速汽化，并导致该材料膨胀到其初始体积的很多倍，其中约90%的体积是所捕 集的气泡。孔径可以改变，从纳米尺度（例如在沸石中）到微米尺度或甚至毫米尺度（在 浮石、珍珠岩等中）。通常，这些多孔材料的密度远小于水。例如，膨胀珍珠岩的容积密度 (bulk density)可以低至0. 03g/cm3。其表面积变化范围是0. lm2/g到100m2/g。多孔天然 矿物通常由多种无定形成分组成，例如二氧化硅、氧化铝、硅酸盐、铝酸盐、碳酸盐和其他金 属氧化物；它们在高达l〇〇〇°C的温度下保持物理和化学稳定。
[0078] 根据本发明实施方案的经硅酮处理的多孔天然矿物由于具有易得性、相对低的成 本和独特的性能，使得其可应用于多种工业,例如建筑材料、过滤介质和吸收介质等。例如， 由于具有低密度和热稳定性，浮石和膨胀珍珠岩可以用于制造轻量耐火级混凝土、石膏、灰 泥、天花板瓦片或低密度焦渣石、隔音石膏板等。多孔结构使得珍珠岩和蛭石成为非常好的 隔热材料，它并不像玻璃纤维那样会随着时间而下陷（settle)。然而，为了进行这些应用， 需要在这些材料的表面涂覆憎水涂层以使得它们防水。本发明实施方案中的涂覆方法可以 将表面特性从亲水改变成憎水。并且，改性后的表面可以成为亲油的，因此经涂覆的多孔矿 物可以作为选择性吸油剂或者过滤介质使用。
[0079] 以下公开内容提供了经济并且环境友好的气相沉积涂覆技术，使用这种技术，可 将多种材料（例如多孔天然矿物）的表面特性从亲水转变成憎水及亲油。根据本发明的实 施方案，硅酮聚合物可以对极端的环境条件提供更好的长期耐受性。借助合适的制剂方法， 硅酮的化学、电学和机械性能可以在_50°C到250°C温度内大体上保持不变。这些持久耐用 的聚合物不受紫外线或臭氧影响，并在加速老化器中成功地进行了延长时间的测试。硅酮 具有低的可燃性等级，所以其不助燃，也不产生有毒的燃烧副产物。硅酮耐酸、碱、溶剂、化 学品、油和水。也已知硅酮对环境安全。当废弃的硅酮被掩埋后，其最终降解为310 2、〇)2和 H20。以上所有特性使得硅酮适宜用于憎水及亲油应用。
[0080] 根据本发明的实施方案，使用气相沉积的方法可以制备出薄达几纳米的涂层，而 这极大地减少了涂覆过程中硅酮的消耗。并且，气相沉积方法可以更好地控制硅酮薄膜沉 积在目标材料上的数量和位置。
[0081] 根据本发明的实施方案，固化硅酮橡胶可作为多孔天然矿物的涂层的原料而在特 定温度下释放憎水剂，且无需催化剂或固化剂。固化硅酮橡胶由硫化的网状聚合硅氧烷 (例如聚二甲基硅氧烷（PDMS))构成。高的热稳定性是PDMS的重要特征之一。PDMS的蒸 气压在25°C时小于10_ 3mmHg。当固化硅酮橡胶被加热到较高的温度，例如100°C到400°C之 间时，交联和分裂同时发生。交联反应产生商分子量的链。而分裂反应产生低分子量的链。 [0082] 需指出的是，残余的聚合催化剂、固化剂或金属氧化物的存在可能会改变交联和 分裂的比率。这些反应的相对重要性基于所使用的材料和环境条件而改变。在这些情况 下，以短链聚硅氧烷或环硅氧烷形式存在的挥发性的硅酮分子汽化。当多孔天然矿物（主 要由二氧化硅、氧化铝、硅酸盐、铝酸盐和其他金属氧化物构成）存在于蒸气中时，聚硅氧 烷和环硅氧烷分子与矿物颗粒的表面具有高的亲合力，主要具有金属-氧键或硅-氧键或 碳-氧键。聚硅氧烷和环硅氧烷的蒸气分子也通过扩散过程进入相连的孔。由此，在矿物 颗粒的外表面以及孔的内表面上形成硅酮的共形层（conformal layer);促进了后续的交 联反应，憎水性硅酮橡胶的薄层被涂覆在多孔天然矿物颗粒的外表面和内表面上。矿物表 面上的硅酮橡胶层将其自身与孔和毛细管壁相连结，而薄硅酮橡胶层的极性硅氧烷骨架被 矿物的极性表面吸引。硅酮橡胶层中的非极性有机基团（例如甲基）被矿物的极性表面排 斥，从而形成憎水界面。当矿物中存在二氧化硅时，硅酮橡胶层与结构上相关的二氧化硅的 亲合力通过它们之间形成的化学键而增强。
[0083] 在本发明的一些实施方案中，憎水涂层材料是固化硅酮橡胶，它是由市售的两部 分的弹性体套装（two-part elastomer kits)(例如Dow Corning 的 Sylgard? 160 或 184 硅酮弹性体）制备而成的。将两种液体组分在一个容器中彻底地混合后，将该混合物在室 温固化成为柔性的弹性体，或在加热的温度下进行，以使其加速固化。随后将重量比在1:1 到1:10之间变化的固化硅酮橡胶和多孔天然矿物放在密闭的加热室（例如加盖的玻璃容 器或铝容器）之内，然后在100°c到400°C之间的不同温度下在带有自动温度控制装置的熔 炉中加热，加热时间可以在10分钟到90分钟之间变化。这里的固化硅酮橡胶可以被重复 使用数百次。在一个方法中，发现在使用50次，平均每次使用40分钟后弹性体变硬。这是 因为硅酮橡胶在提高的温度下降解的缘故。然而，并没有发现对涂覆过程的不利影响。硅 酮橡胶的重量损失通过重复的加热过程测量，发现由于PDMS分子的汽化，每60分钟的平均 重量损失为少于0.1%。这样，硅酮橡胶的损耗率可以被优化至0.1%以下。换句话说，在 大规模工业生产过程中，用气相沉积方法涂覆1公吨的多孔天然矿物耗费1千克以下的硅 酮橡胶。由于回收的硅酮材料（例如硅酮橡胶模制品、管和板）可以被用作原料，生产过程 中的材料成本可以被进一步减少。
[0084] 需指出的是，硅酮气相沉积涂覆方法可以被扩展至其他无细孔的天然矿物，例如 沙子、石头、陶瓷、粘土、宝石等。这种方法也可以被用于其他的人造材料，例如，与天然矿物 具有相似成分的二氧化硅气凝胶和玻璃纤维。
[0085] 在本发明的一些实施方案中，硅酮气相沉积涂覆方法与珍珠岩和蛭石的膨胀过程 结合在一起，从而可以将气相沉积涂覆中的能量成本降低或消除。将珍珠岩或蛭石原矿石 在熔炉中加热到760°C到980°C以使其膨胀。用引风机将膨胀的颗粒从熔炉中引出，并将其 气力输送至旋流分级器系统（cyclone classifier system)中进行收集。悬浮于空气中的 珍珠岩或蛭石颗粒在被气流输送至收集装置的过程中冷却。旋流分级器系统将膨胀的珍珠 岩或蛭石颗粒从气流中分离出来，气流被排放至大气中。在收集步骤中，当温度降至200°C 和300°C之间时，将膨胀的珍珠岩或蛭石颗粒与硅酮橡胶在密闭空间中混合，从而在多孔珍 珠岩或蛭石颗粒的外表面和内表面形成硅酮橡胶层。
[0086] 在本发明的一些实施方案中，通过气相沉积方法形成于多孔矿物颗粒上的硅酮层 的厚度在lnm到3nm之间。由于硅酮涂层而增加的重量小于0· 1%。粒度可以从0.01 μ m到 10cm变化；多孔矿物颗粒中孔径可以从lnm到lcm变化；多孔矿物的表面积可以从0. lm2/ g到100m2/g变化；多孔矿物的容积密度可以从0. 02g/cm3到2g/cm3变化。
[0087] 在本发明的一些实施方案中，可通过外力粉碎由气相沉积方法得到的硅酮涂覆的 多孔矿物粗粒，例如浮石或膨胀珍珠岩。发现粉碎和研磨后获得的较小颗粒和精细粉末保 留了憎水及亲油特征。这是因为孔之间的壁非常薄；硅酮层既形成于矿物颗粒的外表面上， 也形成于孔的内表面上。将粗粒粉碎使得表面下的部分暴露出来，其是憎水的。
[0088] 在本发明的一些实施方案中，可将硅酮橡胶的气相沉积过程应用于表面积从 0. lm2/g到100m2/g变化的精细矿物、粘土或陶瓷粉末，以避免附聚或因从极性分子变为非 极性分子而改变吸收性。
[0089] 在本发明的一些实施方案中，将硅酮橡胶的气相沉积过程应用于浮石，从而可以 令浮石漂浮更长的时间。
[0090] 本发明与现有的湿涂覆方法相比，一个优点是气相沉积涂覆方法保持了矿物颗粒 的初始多孔性。在湿涂覆方法中，粘性液体可能会堵塞一些孔的入口，导致吸收能力下降。
[0091] 使用本文公开的气相沉积涂覆方法，可以制得多种具有防水特性的材料，它们适 合用于多种建筑材料，例如轻量耐火级混凝土、石膏、灰泥、天花板瓦片、低密度焦渣石、隔 音石膏板、或者松散填充的隔热材料等。
[0092] 此外，使用本文公开的气相沉积涂覆方法，可以制得多种具有表面特性，从而使对 非极性分子（例如汽油）的亲合力比对极性分子（例如水）的亲合力强得多的材料。其 表面积、密度、形态（块状或粉末、或者组装成特定形状）可以变化以使其适合不同的水净 化用途。根据本发明的一些实施方案，可使含油的水流流过根据本文所述的气相沉积方法 涂覆有憎水材料的天然矿物制成的微粒床。在另一个方法中，可使含油的水流流过由涂覆 有憎水材料的天然矿物制成的滤芯（cartridge)，从而将油的乳液通过微粒床或滤芯滤出。 这些示例性的应用可以用在餐馆、水处理厂、或是炼油厂的过滤系统中。所述的油包括但不 限于原油、汽油、柴油、煤油、植物油、动物油等。所述微粒床和滤芯可以为任一种形式或形 状。微粒床或滤芯中使用的涂覆材料的量取决于水流的流速、水流中油的百分比、以及更换 过滤介质之间的间隔时间。
[0093] 此外，使用本文公开的气相沉积涂覆方法，多种材料（天然矿物）的表面特性可以 用这种方式改变，以使获得的材料可以用于去除水中大量及少量的油/油光。这种方法的 成本很低而产出量很高，并且所用的材料是环境友好的。在一些实施方案中，根据本文所述 的气相沉积方法涂覆有憎水材料的珍珠岩或蛭石颗粒可以用于油清除用途。所述油清除用 途的一个例子是处理被泄漏或溢出的油（例如原油、汽油、柴油、煤油等）污染的海洋表面。 可以将涂覆的珍珠岩或蛭石颗粒以松散形态或装于编织袋中而散布在污染的水中。涂覆的 珍珠岩或蛭石颗粒吸收泄漏的油并浮在水上，从而可将其除去。1千克的涂覆的珍珠岩或蛭 石颗粒可以处理最高达10千克的油。在其他的应用中，由本文公开的方法制备的涂覆的浮 石粉末也可以用于散布在被泄漏或溢出的油污染的水的表面。浮石粉末吸收油，附聚成大 块，然后沉到水的底部，变得对环境无害。
[0094] 需指出的是，根据本发明的一些实施方案，涂覆有憎水及亲油涂层的天然矿物和 所吸收的油可以循环利用。在一个方法中，如果涂覆有憎水及亲油涂层的天然矿物吸收了 挥发性的油（例如汽油或柴油），可将此化合物加热到所吸收的油（如汽油）的沸点，使所 吸收的油汽化并进行收集。然后可将涂覆有憎水及亲油涂层的天然矿物进行干燥并重复使 用。在另一个方法中，如果涂覆有憎水及亲油涂层的天然矿物吸收了非挥发性的油（例如 植物油或动物油），则可将此化合物与一种有机试剂例如乙醇混合。在此情况下，吸收的植 物油或动物油会释放出来，因为乙醇分子与憎水及亲油涂层之间的亲合力大于植物或动物 油分子与天然矿物表面的憎水及亲油涂层之间的亲合力。将天然矿物加热而释放乙醇，然 后使其干燥并重复使用。
[0095] 实施例1
[0096] 将约10克（10g)的Dow Corning Sylgard? 184的A部分和lg的B部分在乙烯 基塑料容器中混合，然后在室温留置约48小时直至其固化。将固化的硅酮橡胶从乙烯基塑 料容器中取出，切成小块，每块重约lg。然后将lg固化娃酮橡胶和lg粒度为3mm到6mm的 膨胀珍珠岩放入带盖的玻璃盘中，之后将其在带有数字温度计的熔炉中在约250°C加热约 10分钟得到试样A，加热30分钟得到试样B，加热60分钟得到试样C。将这三个试样在约 100ml自来水中浸泡约5分钟，然后从水中取出。测量试样浸入水中之前和从水中取出之后 的重量，增加的重量表示试样所持的水。观测到试样A增重了约20%，试样B和C增重了约 5%。同一系列实验的不同批次之间增加的重量略有差别。
[0097] 之后将试样A、B和C的珍珠岩颗粒粉碎并再次投入水中。观测到试样A的一些粉 末沉入水中，而试样B或C没有出现这种现象。
[0098] 该实施例表明，进行蒸气涂覆一段时间后达到最大防水能力，在该实施例中少于 30分钟。
[0099] 实施例2
[0100] 使用实施例1制备的固化硅酮橡胶。分别将lg的PDMS和不同量的膨胀珍珠岩放 入带盖的玻璃容器中，然后在约250°C加热约30分钟。试样A含有lg珍珠岩。试样B含 有2g珍珠岩，试样C含有5g珍珠岩。涂覆的珍珠岩A、B和C在持水能力方面没有表现出 显著的差别。
[0101] 该实施例表明，硅酮橡胶与珍珠岩的重量比不影响涂层效果。
[0102] 实施例3
[0103] 使用实施例1制备的固化硅酮橡胶。将约lg的PDMS和lg的膨胀珍珠岩分别放 入带盖的玻璃容器中，然后在不同温度下加热约30分钟。试样A在KKTC加热。试样B在 150°C加热。试样C在200°C加热。试样D在250°C加热。试样E在300°C加热。试样F在 350°C加热。试样G在400°C加热。将这七个试样在约100ml自来水中浸泡5分钟，然后从 水中取出。测量试样浸入水中之前和从水中取出之后的重量，增加的重量表示试样所持的 水。观测到试样A增重了约250%，试样B增重了约210%，试样C增重了约130%，试样D、 E、F和G增重了约5%到10%。还观测到试样E和F中使用的PDMS在30分钟后显示出用 尽的迹象，试样G中使用的PDMS则很快就被用尽。
[0104] 该实施例表明，对于本实施例使用的PDMS (Dow Corning Sy丨gartT? 184)，可在约 250°C或更高的温度时获得最大防水能力。然而，如果温度过高，PDMS的可重复使用性就会 被减弱。需指出的是，对于其他的硅酮橡胶材料，最适宜的温度可能会不同。
[0105] 实施例4
[0106] 使用实施例1制备的固化硅酮橡胶和精细研磨的硅藻土粉末。将所述固化硅酮橡 胶和研磨的硅藻土粉末在约250°C加热30分钟。将经涂覆的硅藻土粉末洒到100ml自来水 上，搅拌。经涂覆的粉末与水没有目测可见的混合迹象。将经涂覆的硅藻土粉末留置在水 的表面约一个月，该粉末与水仍没有混合的迹象。
[0107] 作为对照，将未经涂覆的硅藻土粉末洒到水上，所述粉末迅速地沉到了水底。
[0108] 该实施例表明，气相沉积涂覆是一种用于使天然矿物（例如粘土等）的微细粉末 防水的有效方法。
[0109] 实施例5
[〇11〇] 该实施例证实了经涂覆的膨胀珍珠岩的吸油能力。在一个24ml的玻璃瓶中混合 10ml自来水与0.5ml植物油制得油-水乳液。用一种蓝色溶剂将油染色以增强视觉效果。
【权利要求】
1. 一种憎水材料，包括： 一种天然矿物；以及 一种硅酮基材料，其中所述硅酮基材料通过气相沉积过程涂覆于所述天然矿物上，从 而在所述天然矿物的表面形成憎水材料层。
2. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物的表面包括内表面和外表面，并且其中 所述憎水材料层小于20纳米。
3. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物包括珍珠岩或蛭石中的至少一种。
4. 权利要求3的憎水材料，其中所述珍珠岩或蛭石被加热到膨胀形态。
5. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物还包含浮石。
6. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物还包括： 硅藻土、膨润土或沸石中的至少一种。
7. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物具有二氧化硅、氧化铝、硅酸盐、铝酸盐 或碳酸盐中的至少一种的化学组成。
8. 权利要求1的憎水材料，其中在气相沉积过程之前，所述硅酮基材料含有聚合的硅 氧烷。
9. 权利要求8的憎水材料，其中所述聚合的硅氧烷含有聚二甲基硅氧烷（PDMS)或硫化 的网状PMDS中的至少一种。
10. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物的粒度在0. 01mm到10cm之间，包括端 值在内；所述天然矿物的颗粒中的孔径在lnm到lcm之间，包括端值在内；表面积在0. lm2/ g到100m2/g之间，包括端值在内；容积密度在0. 02g/cm3到2g/cm3之间，包括端值在内。
11. 权利要求1的憎水材料，其中所述天然矿物还包括： 一种无细孔的天然矿物，包括沙子、浮石、陶瓷、粘土或宝石中的至少一种。
12. -种由憎水材料制备的建筑材料，所述憎水材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂 覆于天然矿物上而获得，其中所述建筑材料包括轻量耐火级混凝土、石膏、灰泥、瓦片、低密 度焦渔石、隔首石骨板或松散填充的隔热材料中的至少一种。
13. -种从水中去除油的方法，包括： 将一种憎水及亲油材料放入含有待去除的油的水域中，其中所述憎水及亲油材料通过 将硅酮基材料气相沉积涂覆于天然矿物上而制得； 用所述憎水及亲油材料吸收油；以及 从所述水域中除去浸有油的憎水及亲油材料。
14. 权利要求13的方法，其中所述油是烃类物质，并且其中所述烃类物质包括原油、汽 油、柴油或煤油中的至少一种。
15. 权利要求13的方法，其中所述油是植物油和动物油中的至少一种。
16. 权利要求13的方法，其中除去浸有油的憎水及亲油材料的过程包括： 根据所吸收的油的挥发性，将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离； 回收所述憎水及亲油材料；以及 回收所吸收的油。
17. 权利要求16的方法，其中将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离的过程包括： 如果所吸收的油是挥发性的，则将浸有油的憎水及亲油材料加热至所吸收的油的沸 占. ^ \\\ ? 使所吸收的油从所述憎水及亲油材料中汽化；以及 收集汽化形式的所吸收的油。
18. 权利要求16的方法，其中将所述憎水及亲油材料与所吸收的油分离的过程还包 括： 如果所吸收的油是非挥发性的，则将浸有油的憎水及亲油材料与一种有机溶剂混合， 以使所吸收的油从所述憎水及亲油材料中释放； 收集液体形式的所吸收的油；以及 加热所述憎水及亲油材料与所述有机溶剂的混合物使所述有机溶剂汽化；以及 收集所述憎水及亲油材料。
19. 权利要求13的方法，其中将所述方法用于餐馆、市政水处理厂或炼油厂的水处理 系统中。
20. 权利要求13的方法，其还包括： 其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于珍珠岩或蛭石上而获 得，以及 其中将浸有油的硅酮涂覆的珍珠岩或蛭石从所述水域的表面去除。
21. 权利要求13的方法，其还包括： 其中所述憎水及亲油材料是通过将硅酮基材料气相沉积涂覆于浮石粉末上而获得，以 及 其中使浸有油的硅酮涂覆的浮石粉末附聚并沉入所述水域的底部而自然降解。
【文档编号】B32B9/00GK104085141SQ201410309141
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2010年3月17日 优先权日:2009年6月8日
【发明者】袁稽康, 董和 申请人:因诺瓦纳诺有限公司