油水分离复合材料及其制备方法与应用

本发明涉及油水分离材料，尤其涉及一种油水分离复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在新能源快速发展的今天，新能源汽车的发展能够帮助摆脱燃油依赖，促进产业升级。新能源汽车在运行过程中，环境中的水蒸气或冷凝水容易与机油混合，形成水油混合物，对机油的重复利用产生较大影响。

2、普通的油水分离主要通过对油的水解反应达到对混合物的分离，但是这种方法会导致油的分解，从而影响机油的重复利用。并且，由于机油本身的粘性过大，导致传统的对柴油水混合物的过滤方法很难对其进行分离。如何通过过滤的方法对机油与水的混合物进行有效分离，以便对机油进行回收利用，仍是当前亟待解决的问题。

3、现有技术中，公开号为cn109680502a的专利提供了一种油水分离织物及其制备方法和应用。该专利通过用薄膜覆盖经碱性反应液处理的洗净织物的双面，经超过100℃温度的环境，烘至薄膜形成鼓泡取出，用去离子水冲洗至ph为7，烘干制得。然而，该方法中的薄膜覆盖及加热至薄膜形成鼓泡的方式并不属于常规织物生产过程的工序，在实际生产过程中需要额外使用特定的装置进行生产，增加了设备的成本，整体制备工序也较为复杂；且该方法提供的油水分离织物的性能及其油水分离速率仍有待提高。

4、有鉴于此，有必要设计一种改进的油水分离复合材料及其制备方法与应用，以解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种油水分离复合材料及其制备方法与应用。本发明通过对高性能纤维毡进行亲油疏水或亲水疏油处理，并在处理后的高性能纤维毡的上下表面分别复合超亲水功能织物和疏油功能织物，并利用上下表面的织物对高性能纤维毡进行压缩，从而利用各层的织物结构及其对水、油的亲疏特性之间的协同作用，实现了高效的油水分离。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种油水分离复合材料的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、对高性能纤维毡进行亲油疏水处理或亲水疏油处理，得到处理后的高性能纤维毡；

4、s2、在所述处理后的高性能纤维毡的上表面复合超亲水功能织物，在所述处理后的高性能纤维毡的下表面复合疏油功能织物，并使所述超亲水功能织物和所述疏油功能织物对所述高性能纤维毡进行压缩，得到油水分离复合材料。

5、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述高性能纤维毡由高性能纤维经针刺而成，所述高性能纤维为玻璃纤维、石英纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维、聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、聚苯硫醚纤维中的一种或多种；所述高性能纤维毡的克重为100g/m2～140g/m2，厚度为0.3～30mm，布幅为5～100cm，孔隙率为50％～70％。

6、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述超亲水功能织物由第一织物经亲水处理后得到；所述亲水处理的方法包括：将所述第一织物置于亲水处理溶液中浸润1～30min，取出后在0.1～0.8mpa压力范围内轧压1～5次，再将轧压后的第一织物置于100～200℃下烘焙1～120min，得到超亲水功能织物；所述第一织物的经向纱支密度为150～1680d，纬向纱支密度为150～1680d，厚度为0.1～2mm，克重为50～900g/m2。

7、作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述疏油功能织物由第二织物经疏油处理后得到，所述疏油处理的方法包括：将所述第二织物平铺，通过喷枪均匀喷涂亲水疏油整理剂1-10次，喷涂气压为0.05～2mpa；喷涂完成后，将第二织物置于100～200℃下烘焙1～120min，得到疏油功能织物；所述第二织物的经向纱支密度为150～1680d，纬向纱支密度为150～1680d，厚度为0.1～2mm，克重为50～900g/m2。

8、作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述亲油疏水或亲水疏油处理的方法包括：

9、s11、配置预定浓度的亲油疏水整理剂溶液或亲水疏油整理剂溶液；

10、s12、采用浸渍或喷涂的方式将步骤s11配置的整理剂溶液负载于所述高性能纤维毡中；

11、s13、对负载有整理剂溶液的高性能纤维毡进行烘焙处理。

12、作为本发明的进一步改进，在步骤s11中，所述亲油疏水整理剂溶液中包含疏水剂和交联剂；所述疏水剂的浓度为0.5～30g/100ml，所述交联剂的浓度为0.5～10g/100ml；

13、所述疏水剂包括改性硅氧烷处理剂，2-甲基咪唑钴盐、十六烷基三甲氧基硅烷、聚二甲基硅氧烷、tio2纳米颗粒、3-氨基丙基三乙氧基硅烷与聚二甲基硅氧烷、乙烯基三乙氧基硅烷、(3-氯丙基)三乙氧基硅烷、丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸六氟丁酯，甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸异冰片酯十八烷基胺、三乙氧基辛基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或多种；

14、所述交联剂包括硅烷偶联剂、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯、多亚甲基多苯基异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、三甲基-1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、1,4-环己烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、甲基环己基异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、降冰片烷二亚甲基异氰酸酯、hdi三聚体、ipdi三聚体中的一种或多种。

15、作为本发明的进一步改进，在步骤s11中，所述亲水疏油整理剂溶液中包含疏油剂，所述疏油剂在所述亲水疏油整理剂溶液中的浓度为0.5～30g/100ml；

16、所述疏油剂包括氟丙烯酸酯聚合物处理剂、纳米和微米级有机硅填料、双胺基硅氧烷封端剂和烷氧基硅烷的水解产物、烯酸系列亲水单体、含羟基含氟聚醚、氟碳醇、羟基硅油、十八醇、硬脂醇、酯蜡醇、含氨基含氟聚醚、氨基氟碳、氨基硅油、十八胺、甲氧基氟硅烷、乙氧基氟硅烷、丙氧基氟硅烷、全氟烷基三氯硅烷，含氟异氰酸酯、含硅异氰酸酯、异氰酸十八酯、甲基丙烯酸十二氟庚酯、甲基丙烯酸羟乙酯中的一种或多种。

17、作为本发明的进一步改进，在步骤s13中，所述烘焙处理的温度为100～200℃，所述烘焙处理的时间为1～120min。

18、为实现上述目的，本发明提供了一种油水分离复合材料，该复合材料根据上述技术方案中任一技术方案提供的制备方法制备得到，包括经亲油疏水处理或亲水疏油处理的高性能纤维毡、设置于所述高性能纤维毡上表面的超亲水功能织物以及设置于所述高性能纤维毡下表面的疏油功能织物。

19、本发明还提供了上述油水分离复合材料在汽车发动机领域的应用。

20、本发明的有益效果是：

21、1、本发明提供了一种油水分离复合材料的制备方法，通过对高性能纤维毡进行亲油疏水或亲水疏油处理，并在处理后的高性能纤维毡的上下表面分别复合超亲水功能织物和疏油功能织物，形成由上至下依次为超亲水功能织物、处理后的高性能纤维毡、疏油功能织物的三明治复合结构，并使上下表面的织物对高性能纤维毡进行紧密包裹，通过上下挤压物理压缩高性能纤维毡的厚度，使其厚度压缩至原本厚度的50％～70％，并通过封边，使纤维毡厚度维持压缩状态。在此基础上，使用涤纶布制备的超亲水功能织物和疏油功能织物由于不易变形，能够持续对纤维毡的压缩，并实现装置稳定性。基于此，当机油与水形成的油水混合物与本发明提供的油水分离复合材料上表面的超亲水功能织物接触时，超亲水功能织物通过芯吸作用快速吸附油水混合物中因重力作用分层后下层的水，从而形成水膜，成为第一层阻拦油的屏障。压缩后的高性能纤维毡相比于常规的未经压缩的厚度较薄的小孔隙纤维毡具有更高的孔隙率和密度，通过纤维交叉形成的小孔隙能够实现对水的物理作用导水，并且，由于超亲水功能织物的阻拦，压缩后的高性能纤维毡还能够加速水的通过。同时，纤维毡能够存储一部分经过纤维毡的水，保持超亲水功能织物的湿润，维持水膜的形成，阻隔机油的通过，从而利用各层的织物结构及其对水、油的亲疏特性之间的协同作用，实现了高效的油水分离。

22、2、本发明提供的油水分离复合材料的制备方法，通过对高性能纤维毡进行亲油疏水或亲水疏油处理，能够实现油水分离，相较于未进行处理的高性能纤维毡能够有效提高油水分离效率。并且，本发明通过对高性能纤维毡的处理方式以及亲油疏水整理剂溶液和亲水疏油整理剂溶液的具体组成进行选择与优化，能够对油水分离复合材料的过滤速率进行有效调控，以满足不同应用场景的需求。

23、3、本发明提供的油水分离复合材料，在实现对油水混合物进行高效过滤的同时，还能够实现重复多次过滤的效果，且该油水分离复合材料具有极高的机械性能、耐高温性和耐腐蚀性，能够适应各种极端环境。将本发明提供的油水分离复合材料应用于汽车发动机中，可以快速有效地对发动机中机油与水的混合物进行过滤，使油水混合物中的水滤出，同时对机油进行阻隔，以便对机油进行回收与重复利用，且该过滤过程可重复进行，即便在多次使用至少量机油已浸透至材料内部后仍能实现对水的有效过滤，具有较高的实际应用价值。