摘要 以軟質(zhì)三聚氰胺泡沫為基材，甲基三氯硅烷作為改性劑，使用化學(xué)氣相沉積法成功制備得到包含二維聚硅氧烷涂層和三維多孔網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)的三聚氰胺改性泡沫。 這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予三聚氰胺改性泡沫優(yōu)異的疏水、油水分離、吸油以及阻燃性能，其水接觸角、吸油量、氧指數(shù)、熱釋放速率、熱釋放速率峰值和總熱釋放量下降比例分別可以達到104（°）、155. 6 g/g、38. 5%、57. 4%、59. 5%和31. 1%。 兼具獨特結(jié)構(gòu)、優(yōu)異疏水和阻燃性能的三聚氰胺改性泡沫的設(shè)計制備，為今后多功能油水分離材料的設(shè)計以及處理油污問題的解決提供了一種新的途徑。

關(guān)鍵詞 三聚氰胺泡沫；聚硅氧烷涂層；疏水；阻燃性能

中圖分類號：O631 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0518（2024）04-0538-09

隨著海上石油的勘探、開發(fā)和運輸?shù)陌l(fā)展，石油泄漏、運油輪船的傾覆等事故對海洋生態(tài)環(huán)境造成難以挽回的損失。 為有效地處理含油污水，各種各樣的油水分離材料相繼被開發(fā)出來。 油水分離材料主要分為粒子或者粉體的一維材料［1］、網(wǎng)狀或者膜狀的二維材料［2-4］以及三維多孔材料［5-7］。 其中，三維多孔材料具有高孔隙率、大比表面積和疏水性好等優(yōu)勢，在油水分離領(lǐng)域具有很高的優(yōu)勢。 然而，絕大多數(shù)的油水分離材料不阻燃或者阻燃性差，無法有效處理海面上燃燒的油污，因此設(shè)計制備兼具阻燃性的油水分離材料，具有十分重要的意義。

三聚氰胺泡沫是一種由以三聚氰胺和甲醛為原料合成樹脂液后，經(jīng)過特殊發(fā)泡工藝制備得到的三維多孔泡沫材料。 該泡沫材料由于其本質(zhì)阻燃、回彈性好和易進行二次改性等優(yōu)點而十分適合制備各種疏水性的油水分離材料［8-10］。

聚硅氧烷是一種以Si—O—Si為主鏈，硅原子上連接其他有機官能團為側(cè)鏈的高分子聚合物，具有優(yōu)異的疏水性、阻燃性、耐熱性以及良好的生理惰性等特性，在油水分離［11-12］、阻燃［13-14］等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 Zhou等［11］利用3-巰基丙基三甲氧基硅烷和四氧化三鐵粒子對三聚氰胺泡沫進行改性，制備的超疏水磁性三聚氰胺泡沫，水接觸角可以高達155（°）。 Guo等［12］合成了一種超分子聚硅氧烷，在此基礎(chǔ)上，制備出聚硅氧烷-碳纖維復(fù)合泡沫，復(fù)合泡沫的水接觸角和油水分離的效率分別可以達到153（°）和96%。 Liu等［14］利用環(huán)狀聚硅氧烷和四甲基環(huán)甲硅烷氧基哌嗪次膦酸銨鹽合成了含硅、磷和氮協(xié)同阻燃劑。 將其接枝到棉織物表面后，大大提高了棉織物的阻燃性。 然而，傳統(tǒng)聚硅氧烷的設(shè)計制備流程復(fù)雜耗時生產(chǎn)成本較高，功能單一化，嚴(yán)重限制其進一步發(fā)展。 因此，如何以簡單快捷的方式設(shè)計制備得到多功能化的聚硅氧烷基材料，成為目前亟需解決的一大難題。 尤其研發(fā)兼具優(yōu)異阻燃、疏水性能的聚硅氧烷復(fù)合材料在安全處理海上溢油事故方面，具有十分重大的意義。

本文以軟質(zhì)三聚氰胺泡沫（Melamine modified foam，MF）作為基材，首先，通過簡單的超聲清洗法，將MF泡沫在無水乙醇和去離子水中反復(fù)超聲清洗，以除去泡沫表面的雜質(zhì)。 然后，將清洗過后的MF泡沫，利用化學(xué)氣相沉積法，在其表面沉積一層聚硅氧烷涂層，制備得到兼具疏水和阻燃性能的三聚氰胺改性泡沫（Si-MF）（圖1），并對該改性泡沫的油水分離、吸油以及阻燃性能進行了評價。

1 實驗部分

1. 1 儀器和試劑

JC2000D1型水接觸角測量儀（上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司）；Nicolet380型傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，上海蘭易科學(xué)儀器有限公司）；K-ALPHA型X射線光電子能譜儀（XPS，美國賽默飛世爾公司）；JSM-5900LV型掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用（SEM-EDS， 日本電子株式會社）；HC-2C型氧指數(shù)測定儀（南京上元分析儀器有限公司）；哥馬克mcc_2型微型量熱儀（英國Fire Testing Technology有限公司）。

MF購自四川超聚新材料科技有限公司；甲基三氯硅烷（≥99%）購自安徽澤升科技有限公司；無水乙醇（≥99. 5%）購自安耐吉（上海）醫(yī)藥化學(xué)有限公司；N，N-二甲基甲酰胺（分析純）和正庚烷（分析純）購自天津奧普升化工有限公司；二甲基亞砜（分析純）購自天津歐博凱化工有限公司；丙酮（分析純）購自山西同杰化學(xué)試劑有限公司；四氯化碳（分析純）購自天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；蘇丹Ⅲ（分析純）購自生工生物工程（上海）股份有限公司；NaOH（分析純）購自天津奧普化工有限公司；去離子水： 實驗室自制。

1. 2 實驗方法

1. 2. 1 三聚氰胺改性泡沫的制備

三聚氰胺改性泡沫的制備，主要流程為： 1）三聚氰胺泡沫的清潔。 將三聚氰胺泡沫分別在無水乙醇、去離子水中進行反復(fù)超聲清洗數(shù)次，每次15 min以除去泡沫表面含有的雜質(zhì)。 之后，將其放置在90 ℃干燥箱中，充分干燥； 2）三聚氰胺泡沫的疏水改性。 在300 mm真空干燥器的底部加入2 mL的甲基三氯硅烷后，將2 cm×2 cm×2 cm 的5塊三聚氰胺泡沫置于陶瓷架上，并在陶瓷架中央放置裝有3 mol/L的NaOH溶液的小試劑瓶，以吸收反應(yīng)過程中釋放的HCl氣體。 之后，將該真空干燥器抽真空到?0. 1 MPa，并將其置于溫度為110 ℃的鼓風(fēng)干燥箱中進行氣相沉積。 在此過程中，由于甲基三氯硅烷的用量很小，不足以將真空干燥器內(nèi)部的負(fù)壓變成正壓，故經(jīng)過15 min反應(yīng)之后即可得到經(jīng)過甲基三氯硅烷改性的阻燃疏水改性泡沫（記為Si-MF泡沫）。 與此同時，把改性前的三聚氰胺泡沫記為MF泡沫。

1. 2. 2 樣品的性能及表征

1.2.2.1 吸油性能

首先，選取大小為2 cm×2 cm×2 cm的Si-MF泡沫，稱取其浸泡前質(zhì)量為m0（g），之后在室溫條件下將該泡沫浸泡在密度分別為0. 68、1. 10、0. 95、0. 79和1. 59 g/cm3的正庚烷、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、丙酮和四氯化碳的溶劑內(nèi)5 min，直至飽和為止，并稱取其質(zhì)量為m1（g）。 按照公式（1）計算Si-MF泡沫的吸油量（Q）。