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疏水棉织物及其制备方法和应用   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2017-11-28
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2018-05-15
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-03-10
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2037-11-28
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201711214323.0 申请日 2017-11-28
公开/公告号 CN107938319B 公开/公告日 2020-03-10
授权日 2020-03-10 预估到期日 2037-11-28
申请年 2017年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 D06M11/56D06M11/28D06M13/238B01D17/022D06M101/06 主分类号 D06M11/56
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 5
权利要求数量 6 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 苏州大学 当前专利权人 苏州大学
发明人 周青青、邢铁玲、陈国强 第一发明人 周青青
地址 江苏省苏州市相城区济学路8号 邮编 215000
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 江苏省 申请人所在市 江苏省苏州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
苏州市中南伟业知识产权代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
杨慧林、冯瑞
摘要
本发明涉及一种疏水棉织物的制备方法,包括以下步骤:将棉织物浸泡于水中,向其中加入亚铁盐反应1‑20min,然后再向其中加入植物多酚,在溶液pH=3‑10的条件下反应15‑320min,得到疏水棉织物。本发明还提供了一种采用上述制备方法所得到的疏水棉织物。本发明还公开了上述制备方法所得到的疏水棉织物在油水分离中的应用。本发明的方法简单、环保、高效,反应条件温和,所制备的疏水棉织物在各种环境中具有稳定的疏水能力,且可用于油水分离领域。
  • 摘要附图
    疏水棉织物及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图1
    疏水棉织物及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图2
    疏水棉织物及其制备方法和应用
  • 说明书附图:图3
    疏水棉织物及其制备方法和应用
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-03-10 授权
2 2018-05-15 实质审查的生效 IPC(主分类): D06M 11/56 专利申请号: 201711214323.0 申请日: 2017.11.28
3 2018-04-20 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种疏水棉织物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将棉织物浸泡于水中,所述棉织物与水的质量比为0.1-1:50-200,向其中加入亚铁盐反应1-20min,所述亚铁盐与水的质量比为0.5-5:100,然后再向其中加入植物多酚,所述亚铁盐与所述植物多酚的质量比为0.5-5:0.05-0.5,在溶液pH=3-10的条件下反应15-
320min,反应温度为45-85℃,得到所述疏水棉织物。

2.根据权利要求1所述的疏水棉织物的制备方法,其特征在于:所述亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。

3.根据权利要求1所述的疏水棉织物的制备方法,其特征在于:所述植物多酚为单宁酸、阿魏酸、茶多酚、咖啡酸、绿原酸、没食子酸和愈创木酚中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的疏水棉织物的制备方法,其特征在于:在搅拌条件下进行反应,搅拌速度为50-300转/分。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法所得到的疏水棉织物。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法所得到的疏水棉织物在油水分离中的应用。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及纺织领域以及油水分离技术领域,尤其涉及一种疏水棉织物及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 在自然界中,很多超疏水材料的接触角都大于150°,最常见的就是荷叶和蚊子眼睛。目前,超疏水材料已经被应用于很多领域,如油水分离、减阻、自清洁和防污等。人们利用很多方法模拟超疏水表面,如气象沉积法、等离子体刻蚀、溶胶-凝胶法和浸渍法等。然而,从环境和可持续发展的角度看,现有方法存在很多缺陷:如需复杂的工艺、有机溶剂和含氟物质(一般都有毒,难降解)的使用、原材料价格贵等。因此,目前亟需一种简单、环境友好和低成本的方法制备超疏水材料。
[0003] 棉在自然界中广泛存在,并用于纺织行业中。其价格便宜,容易获得,棉织物已经被用于多种改性研究中,包括抗紫外和阻燃,甚至抗拒和电化学。为了满足人们日益增长的需要,功能化棉织物的制备已经被广泛研究。棉织物本身就有为尺度纹理,可以在次粗糙度的基础上附加二级纳米粗糙度或者低表面能物质,制备超疏水棉织物。同时,受自然界启发的现象也被广泛研究,代表性的有受贻贝邻苯二酚启发的超疏水表面制备方法。该方法一般分为三步:通过邻苯二酚的自聚,构造聚邻苯二酚表面涂层;通过自聚物的还原性制备纳米微粗糙度;通过迈克尔加成或者席夫碱反应接枝带有H2N-或HS-基团的低表面能的物质。然而,上述反应常使用多巴胺,而且制备过程非常耗时(一般为24小时)且成本高。因此探索制备廉价、环境友好、制备工艺简单的超疏水棉织物具有很大意义。
[0004] 近年来,油水分离的材料的研究非常广泛,但是目前的油水分离材料价格昂贵,材料本身的制备过程复杂,且分离效率还有不足,且分离过程浪费能源,因此,研究可连续高效的油水分离技术在实际应用中具有很高的应用价值。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种疏水棉织物及其制备方法和应用,本发明的方法简单、环保、高效,反应条件温和,所制备的疏水棉织物在各种环境中具有稳定的疏水能力,且可用于油水分离领域。
[0006] 在一方面,本发明提供了一种疏水棉织物的制备方法,包括以下步骤:
[0007] 将棉织物浸泡于水中,向其中加入亚铁盐反应1-20min,然后再向其中加入植物多酚,在溶液pH=3-10的条件下反应15-320min(优选地,反应时间为30-120min),得到疏水棉织物。
[0008] 进一步地,棉织物与水的质量比为0.1-1:50-200。
[0009] 进一步地,亚铁盐为硫酸亚铁或氯化亚铁。优选地,亚铁盐为硫酸亚铁。
[0010] 进一步地,亚铁盐与水的质量比为0.5-5:100。
[0011] 加入亚铁盐反应1-20min,在此过程中,亚铁离子被吸附到纤维表面并且会进入到纤维之间的空隙中,使其充分附着在棉纤维表面。
[0012] 进一步地,植物多酚为单宁酸、阿魏酸、茶多酚、咖啡酸、绿原酸、没食子酸和愈创木酚中的一种或几种。
[0013] 进一步地,亚铁盐与植物多酚的质量比为0.5-5:0.05-0.5。
[0014] 本发明中,植物多酚为天然多酚,天然植物多酚广泛的存在于自然界中,来源广泛,价格便宜,生物相容性好,生物可降解,其一方面起到络合剂的作用,首先会与亚铁离子络合,另一方面起到还原剂的作用,能够将溶液中的亚铁离子还原为铁单质,这些铁单质附着在棉织物的表面,一定程度上增加了织物和纤维表面的粗糙度,能够提高其疏水性能,使其具有超疏水性能。
[0015] 进一步地,反应温度为45-85℃。
[0016] 进一步地,采用磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH至3-7。根据所使用的植物多酚的性质调节pH值,如当植物多酚为阿魏酸、咖啡酸、绿原酸、没食子酸和愈创木酚中的一种或几种时,调节pH至3-7;当植物多酚为茶多酚时,调节pH至7(或不需调节pH,因反应液接近中性);植物多酚为单宁酸时,调节pH至7-10。
[0017] 进一步地,反应均在搅拌条件下进行,搅拌速度为50-300转/分。
[0018] 进一步地,在溶液pH=3-10的条件下反应15-320min后,还包括取出织物,洗涤、干燥的步骤。
[0019] 进一步地,采用去离子水洗涤织物,在45-80℃干燥15-45min。
[0020] 在另一方面,本发明还提供了一种采用上述制备方法所得到的疏水棉织物。
[0021] 采用本发明的方法所制备的疏水棉织物,其对油滴的接触角几乎为零,对水滴的接触角大于160°,滚动角小于15°,且对热水(温度为45-80℃)的接触角大于155°,对10wt%的氯化钠水溶液、10wt%的氢氧化钠水溶液和10wt%的盐酸水溶液的接触角均大于150°。
[0022] 在又一方面,本发明还公开了上述制备方法所得到的疏水棉织物在油水分离中的应用。
[0023] 应用时,在疏水棉织物中包裹多孔材料,制备成超疏水吸油包,置于油水混合物或水包油乳液中,在负压条件下进行油水分离。
[0024] 借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
[0025] 本发明的疏水棉织物的制备方法简单,为一步法,不需要复杂繁琐的流程,不需要复杂的工艺设备,实用性强,可以通过相应调节各物质的用量来获得大小不一的超疏水棉织物。
[0026] 本发明在制备过程中不用到任何氟化物和有机溶剂,原材料成本低,经济环保。
[0027] 采用本发明的方法制备的疏水棉织物具有很强的疏水性,可耐受各种极端条件,且仍然保持良好的稳定性。
[0028] 采用本发明的方法制备的疏水棉织物可用于油水分离领域,甚至可以分离热水中的油和水包油乳液,分离效率高,且疏水棉织物可重复利用。
[0029] 本发明的整个疏水棉织物的制备过程和其油水分离应用过程对环境友好,几乎无污染,符合可持续发展观,且工艺其极简单非常适合大规模生产。
[0030] 上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

实施方案

[0036] 下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
[0037] 本发明以下实施例中,将棉织物浸入水中,加入硫酸亚铁,于55-80℃下反应1-20min后,再加入植物多酚,用磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节溶液pH值为3-10,在55-80℃下搅拌反应15min-320min,取出棉织物,用去离子水洗净,在45-80℃下干燥15-45min后即得到疏水棉织物。具体方法见实施例。
[0038] 实施例1
[0039] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入1.25g七水合硫酸亚铁,然后置于75℃的水浴锅中,保温10min后,加入0.15g茶多酚,无需调节pH值,保温轻微搅拌30min(搅拌速度约100转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于75℃烘箱中干燥25min,即得到超疏水棉织物。
[0040] 图1是本实施例制备的超疏水棉织物的扫描电镜图,图a-c为原始棉织物的高倍扫描电镜图,从图中可以清晰的看出,原始的棉纤维表面很平整,几乎无很明显的凸起,且对水的接触角为0°;d-f为整理过的棉织物高倍扫描电镜图,从图中可以清晰的看到,棉纤维的表面被一层颗粒所附着,且小颗粒排列规整,纤维表面比原始棉纤维粗糙,且织物对水的静态接触角约为160°,滚动角约为15°。
[0041] 实施例2
[0042] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入3g七水合硫酸亚铁,然后置于75℃的水浴锅中,保温5min后,加入0.2g绿原酸,磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH值约
3,保温轻微搅拌120min(搅拌速度约300转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于60℃烘箱中干燥30min,即得到超疏水棉织物。
[0043] 在各种极端环境条件下测试以上得到的超疏水棉织物的疏水性能,具体方法如下:
[0044] 将得到的超疏水棉织物浸泡在不同液体中12h后测其接触角;或者[0045] 将超疏水棉织物在200℃或-196℃下处理1h后测其接触角;或者
[0046] 将超疏水棉织物在紫外光(紫外加速老化试验机,8个功率40W的紫外灯)下辐照24h后测其接触角;或者
[0047] 对超疏水棉织物水洗3h后(根据ISO 105-C10:2006标准)测其接触角;或者[0048] 对超疏水棉织物1000次干摩擦(根据ISO105-X12:2001标准)后测其接触角。
[0049] 结果如表1所示,从表1可看出,在各种极端条件下,超疏水棉织物被处理后的接触角没有发生明显变化,其稳定性较高。
[0050] 表1超疏水棉织物在各种极端环境条件下的疏水性
[0051]
[0052]
[0053] 实施例3
[0054] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入1g七水合硫酸亚铁,然后置于60℃的水浴锅中,保温7min后,加入0.1g阿魏酸,磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH值约
5,保温轻微搅拌60min(搅拌速度约为约250转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于75℃烘箱中干燥15min,即得到超疏水棉织物。
[0055] 实施例4
[0056] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入5g七水合硫酸亚铁,然后置于60℃的水浴锅中,保温10min后,加入0.25g咖啡酸,磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH值约6,保温轻微搅拌60min(搅拌速度约200转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于55℃烘箱中干燥45min,即得到超疏水棉织物。
[0057] 实施例5
[0058] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入5g七水合硫酸亚铁,然后置于60℃的水浴锅中,保温20min后,加入0.15g愈创木酚,磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH值约7,保温轻微搅拌120min(搅拌速度约150转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于80℃烘箱中干燥15min,即得到超疏水棉织物。
[0059] 实施例6
[0060] 将4×4cm2的棉织物浸入水溶液(100毫升)中,加入4g氯化亚铁,然后置于65℃的水浴锅中,保温15min后,加入0.2g没食子酸,磷酸缓冲液或Tris-HCl缓冲液调节pH值约6,保温轻微搅拌150min(搅拌速度约200转/分),取出棉织物,用去离子水洗净,置于70℃烘箱中干燥35min,即得到超疏水棉织物。
[0061] 实施例7
[0062] 用海绵填充于上述实施例制备的超疏水棉织物中,制作吸油包2,制作简单的油水分离装置,如图2所示(图2未图示真空泵)。
[0063] 分别将100毫升甲苯(用油红O染色)、80毫升食用油、水在烧杯中混合,将吸油包2置于上述油水混合物1中,吸油包2的一端与橡胶管3的一端连接,橡胶管3的另一端连接密封的收集装置4,收集装置4与真空泵连通。由于吸油包2表面疏水亲油,油会浸入吸油包2内,在真空泵提供的负压下,海绵吸附的油5经橡胶管3被吸到收集装置4中。在实验过程中可明显看到,混合物表面的油很快被吸附,而水相几乎无变化,计算得其对甲苯和食用油的分离效率分别为99.8%和98.9%。如图3,重复试验多次,所制备的吸油包对甲苯(图3a)和食用油(图3b)的分离效率仍然在98%和95%以上。
[0064] 实施例8
[0065] 分别将甲苯(用油红O染色)置于纯水、酸性溶液(pH=1),碱性溶液(pH=12)和热水(80℃)中,用上述吸油包吸附甲苯,发现其在各种极端条件下,仍然保持良好的吸附性能,计算得其对甲苯的分离效率均大于98%。
[0066] 实施例9
[0067] 将甲苯(用油红O染色)和水配置成1:99的混合溶液,且在3000转/分下搅拌2h制作油包水乳液,然后将吸油包置于上述水包油乳液中,经过约1min吸附后,此乳液基本被分离干净。通过观察光学显微镜图,水中几乎没有油颗粒,表明其吸附能力强,能够有效的去除水包油乳液中的油相。
[0068] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

附图说明

[0031] 图1是本发明实施例1制备的超疏水棉织物的扫描电镜图;
[0032] 图2是本发明简单的油水分离装置的结构示意图;
[0033] 图3是本发明油水分离装置循环使用多次条件下对甲苯和食用油的分离效率实验结果;
[0034] 附图标记说明:
[0035] 1-油水混合物;2-吸油包;3-橡胶管;4-收集装置;5-油。
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