在现代工业的发展过程中,大大小小的油品泄漏事故和工业含油废水的处理是人们不得不面对的难题之一。传统的油水分离方法效率低,且耗能大,这迫使人们寻求更好的油水分离方法。基于对自然界生物所具有的超亲水和超疏水现象的深入研究以及固体表面润湿理论,人们制备了一系列超疏水超亲油和超亲水超疏油的油水分离材料。然而,真实的应用情况极其复杂,极大地限制了这些材料的应用。不同环境(如pH、温度、压力、油品等各不相同)下的油水分离可能对这两类材料的表面结构造成破坏,从而导致其油水分离性能变差,甚至失去。此外,这两类材料只能单独作用于油相或水相,无法根据需要选择性地作用于不同的液相以实现油水分离,因而其应用有一定的局限性。针对这些问题,本研究旨在设计一种可控亲-疏水转换的功能材料,这一功能材料可在不同环境刺激下实现亲水性和疏水性之间的转变,从而可用于复杂环境中的油水分离过程。本工作采用低密度、高孔隙率、机械性能优异的聚氨酯(PU)海绵为基材,将具有不同化学性质的物质接枝到基材表面,设计并制备了具有超疏水超亲油表面特性和温敏性的改性PU海绵;利用傅里叶变化红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征了改性PU海绵表面的化学组成和表面微观形貌,使用接触角测量仪测定了改性PU海绵在不同环境下的表面润湿性及其可控亲-疏水转换特性。在此基础上,通过合理设计的油水分离试验,测试并评价了改性PU海绵在不同环境条件下的油水分离性能。本研究的主要内容和结果:(1)以PU海绵为基材,通过铬酸溶液进行表面刻蚀,在海绵表面形成粗糙结构并引入亲水性基团;然后,利用氯丙基三氯硅烷(CPTS)在刻蚀后的海绵表面发生水解缩聚反应,在不同反应条件下制备了一系列偶联剂改性的PU海绵(PU-CPTS);考察了所制备的PU-CPTS的表面润湿性和油水分离性能,分析了反应条件对其表面润湿性的影响。研究结果表明,CPTS有效地提高了改性PU海绵表面的疏水性。当CPTS浓度在0.5~2 vol%的范围内时,随着CPTS浓度的增加,所制备的PU-CPTS表面的水接触角减小;时间在10~50 min内,随着水解缩聚时间的增加,PU-CPTS表面的水接触角先增大后减小,在水解缩聚时间为30 min时,PU-CPTS表面的水接触角最大。在CPTS浓度为0.5 vol%,水解缩聚时间为30 min的反应条件下,所制得的PU-CPTS的表面疏水性最佳,水接触角为151.7°,达到了超疏水。在吸油能力测试中,这一PU-CPTS首次可吸附相当于自身重量11~30倍的不同油品,循环吸附至第5次时,还能吸附自身重量2~5倍的油品。(2)以PU海绵为基材,利用偶联剂乙烯基三氯硅烷(ViTS)在其表面水解缩聚,得到表面带有可反应的碳碳双键C=C的改性PU海绵PU-ViTS;再通过热引发聚合反应在PU-ViTS表面接枝具有温敏性的聚合物聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm),得到聚N-异丙基丙烯酰胺改性的PU海绵(PU-PNIPAAm)。结果表明,NIPAAm经过自由基聚合后接枝到PU-ViTS上,在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的作用下PNIPAAm水凝胶形成三维交联网状结构包裹在海绵表面,并分布于海绵内部孔隙之间。在25℃时,PU-PNIPAAm具有空气中超亲水性和水下超疏油性,在45℃时,PU-PNIPAAm具有空气中高的疏水性和水下超亲油性;当温度在25℃与45℃之间循环变化时,PU-PNIPAAm的空气中水润湿性和水下油润湿性也循环改变,且表现出稳定的可逆状态。在45℃时PU-PNIPAAm吸收水下的油品,当处于25℃的水下时,油品从海绵中自动释放,无需机械挤压,从而实现温度控制油水分离过程。对于不同油品的吸收结果表明,PU-PNIPAAm具有一定的选择特异性。循环油水分离过程中,PU-PNIPAAm对1,2-二氯乙烷和1,2-二溴乙烷具有较好的吸油和排油能力,45℃时吸油量为自重的7.62~13.02倍,25℃时排油量为自重的5.49~13.46倍,回收效率均超过70%。PU-PNIPAAm的LCST为31.65℃,并具有优异的热稳定性。PU-PNIPAAm在挤压后能很好地恢复原始状态,塑性形变较小,具有较好的力学性能。(3)在第二部分的基础上,制备了一系列基于不同MBA用量的PU-PNIPAAm-x(x为MBA与NIPAAm的质量比),考察了不同MBA用量对PU-PNIPAAm-x的性能影响。结果表明,随着MBA用量的增加,PU-PNIPAAm-x内部水凝胶的网络结构随着分子间的交联点增加而变得密集,网孔孔径也呈现出变小的趋势。温度高于LCST时,PU-PNIPAAm-x的空气中水接触角随着MBA用量的增加呈现变大的趋势;温度低于LCST时,MBA用量的变化对PU-PNIPAAm-x的水下疏油状态无明显影响;当温度在45℃和25℃之间循环变化时,PU-PNIPAAm-x的润湿性具有良好的可逆稳定性。45℃时,随着循环次数的增加,PU-PNIPAAm-x对1,2-二氯乙烷和1,2-二溴乙烷的吸油倍数呈现下降的趋势;随着MBA用量的增加,PU-PNIPAAm-x的吸油倍数也呈现出下降的趋势。在五次循环过程中,45℃时PU-PNIPAAm-x对1,2-二氯乙烷和1,2-二溴乙烷的平均吸油倍数随着MBA用量的增加呈现减少的趋势,油品的平均回收效率随着MBA用量的增加呈现上升的趋势。MBA用量的变化对PUPNIPAAm-x的温敏性几乎无影响。