中国材料科技与设备（双月刊） 聚氨酯泡沫改性、表征及油品吸附性能研究 ２０１４年・第３期 聚氨酯泡沫改性、表征及油品吸附性能研究 郭巍巍 ，毕晓彤，王杨，石琳，曲江英 （辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连１１６０２９） 摘要：本文对闭孔聚氨酯泡沫（ＰＵ）进行碱处理得到改性聚氨酯泡沫（ＰＵ ），所得泡沫呈大孔三维立体网状结构， 孔径达３８Ｏ“ｍ且开孔率高达９９ ，其表面结构具有疏水亲油性。有机溶剂吸附实验表明，ＰＵ 对测试密度为０．７～１．１ ｇ／ ｃｍ。的有机溶剂其饱和吸附量为２２￣３５ ｇ／ｇ，该值随有机溶剂的密度增加饱和吸附量增大。采用挤压法可有效去除吸附有 机物以达到ＰＵ 循环利用的目的。循环使用１Ｏ次后结果表明，ＰＵ 对有机溶剂的脱附效率仍高于９７ 。 关键词：聚氨酯泡沫；改性；饱和吸附量；吸油；脱附 中图分类号：Ｏ６１３．７ 文献标识码：Ａ ０ 引言 吸油材料是处理海洋溢油事件特别是回收浅海溢油的 一１．２制备ＰＵ 依据文献一朝将ＰＵ浸渍在５Ｏ℃ｌＯ 的ＮａＯＨ溶液中 ６０ ｒａｉｎ，浸渍结束后用离子水反复洗涤至中性，将产物在 ８Ｏ℃下烘干，记为ＰＵ 。 种有效Ｔ具 。按吸油机理不同可分为包藏型、凝固型 和自溶胀型 。包藏型吸油材料的特点是具有疏松多孔的 结构（如沸石、硅藻土等），可借助表面间隙及孔洞间的毛 细作用吸附溢油并将其储存在孔隙中，该材料虽然吸油较 １．３润湿性能测试 分别在ＰＵ 表面滴水和食用油，测试其在样品表面的 接触角。 快，但保油性相对较差。凝固型吸油材料大多是由长链脂 肪酸皂、氨基酸、复合羧甲基纤维素等形成的低交联亲油 １．４油水选择性测试 将３ｍＬ混有油溶染料的柴油滴加到一定量蒸馏水中， 高聚物，可依靠分子间的物理凝聚力在网络结构形成过程 中产生的问隙包裹并吸收溢油，该材料在吸油过程中受温 度影响较大，且吸油速度相对较慢。自溶胀型高吸油树脂 如聚烯烃类树脂具有吸油量大、油水选择高、受压不易漏 油等优点，但其制备过程复杂、成本较高一 。近年来科研 丁作者不断研究新型吸油材料．如桂等以二氯苯为碳源、 取一定体积的ＰＵ 或ＰＵ放入上述混合液中，观察其油水 分离过程以考察所得材料的油水选择性。 １．５吸附性能测试 吸附性能试验参照文献【６，７，８ｉ，将体积为５×５×５ ｍ 的ＰＵ 分别放入２０ｍＩ 有机溶剂（食用油、柴油、汽油、 乙二醇）中，在固定的时间间隔下取出ＰＵ ，置于筛网上 静置直至没有溶剂滴流出，然后称重。反复进行上述步骤， 直至ＰＵ 的质量不再改变，计算ＰＵ 吸附有机溶剂的 质量。 二茂铁为催化剂，利用化学气相沉积法直接合成 碳纳米 管绵，该材料具有饱和吸附量大、吸附速度快、可再生等 特点，但其制备成本较高¨３］。Ｐａｏｌａ Ｃａｌｃａｇｎｉｌｅ等人采用氧 化铁修饰聚氨酯泡沫（ＰＵ）制备磁性吸附材料，有效提高 材料的油水选择性，但制备过程复杂Ｉｆ］。我们课题组以 １．６饱和吸附量测试 将质量ｍ（）的ＰＵ 或ＰＵ分别浸入有机溶剂中（食用 油、柴油、汽油、乙二醇），达到吸附饱和后，取出样品置 于筛网上静置直至没有液滴流 ，称取ＰＵ 或ＰＵ的质量 ＰＵ为模板，利用酚醛树脂原位制备具有开孔率高和吸附 量大的泡沫炭用于油水分离，但该泡沫炭机械强度较差， 虽然可通过燃烧进行脱附，但燃烧处理时会产生有害气体 造成二次污染 。 此，研发成本低、油水选择性高、吸 油量大、可循环利用的吸油材料具有重要的现实意义。本 文采用工业化广泛使用的聚氨酯泡沫为原料，对其改性并 用于吸油性能的研究。 （ｍ ），依据公式（１）计算其饱和吸附量： Ｑ 一（ｍ 一ｒｎｏ）／ｍｏ （１） 其中，Ｑ（ｇ／ｇ）表示在吸附时间ｔ（ｓ）时单位质量产 品的吸附量；ｍ （ｇ）为吸附时间ｔ（ｓ）时产品的质量； ｒｎｏ（ｇ）为产品的初始质量。当产品的质量不再变化时， １ 实验部分 １．１试剂 ＰＵ，１０ ＮａＯＨ溶液，食用油，柴油，汽油，乙 二醇。 吸附量Ｑ 等于饱和吸附量Ｑ 。 １．７循环性能测试 取一定体积的ＰＵ 和ＰＵ进行吸油实验（同１．５），对 吸附饱和后的材料进行多次挤压直到质量基本不变，记录 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９０２０６６）；中国博士后科学基金资助项目（２０１３Ｍ５３０９２２） ＊作者简介：郭巍巍（１９９３一），女，本科生，Ｅ—ｍａｉｌ：１１１５１０１５２６＠ｑｑ．ｃｏｒｎ；通讯联系人：曲江英，主要从事纳米材料制备方面 的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｑｕｊｉａｎｇｇａｏｆｅｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 中国材料科技与设备（双月刊） 聚氨酯泡沫改性、表征及油品吸附性能研究 京：清华大学工学博士学位论文，２０１０． ２０１４年・第３期 ３ 结论 本文将ＰＵ经碱处理后得到改性的ＰＵ ，对ＰＵ 的结 构、吸油性及可循环利用性进行研究。结果表明：改性后 的ＰＵ 呈三维立体大孔网状结构，孔径为３８０ｐｍ，开孔牢 Ｅ４］Ｐａｏｌａ Ｃａｌｃａｇｎｉｌｅ，Ｄｅｓｐｉｎａ Ｆｒａｇｏｕｌｉ，Ｉｌｋｅｒ Ｓ．Ｂａｙｅｒ，ｅｔ ａ１． Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｄｒｉｖｅｎ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｆｏａｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｏｉｌ ｃｏｎｔａｍｉ— ｎａｎｔｓ ｆｒｏｍ ｗａｔｅｒ［Ｊ］．ＡＣＳ Ｎａｎｏ，２０１２，６（６）：５４１３—５４１９． ［５］曲江英，韩庆，赫春香，等．酚醛树脂基泡沫炭的制备Ｔ 艺改进及在光谱电化学中的应用『Ｊ］．辽宁师范大学学报，２０１３， ３６（２）：２３４—２３８． 达９９ ，其表面结构具有疏水亲油性，对有机溶剂具有很 好的吸附性能，其饱和吸附量随被吸附有机溶剂密度的增 加而增加。采取施加机械外力的方法可以将ＰＵ 进行去油 再生，循环使用１Ｏ次后，ＰＵ 对食用油的脱附效率仍在 ９７ 以上。所得ＰＵ 原料便宜、改性方法简单，为海洋溢 油处理提供一种新型材料。 参考文献： ［６］Ｃｅｙｌａｎ Ｄ，Ｄｏｇｕ Ｓ，Ｋａｒａｃｉｋ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｕｔｙｌ ｒｕｂｂｅｒ ａｓ ｓｏｒｂｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｏｉｌ ａｎｄ ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｒｏ～ ｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｆｒｏｍ ｓｅａｗａｔｅｒ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，４３（１０）：３８４６—３８５２． ［７］Ｄｅｓｃｈａｍｐｓ Ｇ，Ｃａｒｕｅｌ Ｈ，Ｂｏｒｒｅｄｏｎ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｏｉｌ ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ ｗａｔｅｒ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｎ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ｃｏｔｔｏｎ ｆｉｂｅｒｓ．１． ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ｃｏｔｔｏｎ ｆｉｂｅｒ ～［１］王文华，邱金泉，寇希了亡，等．吸油材料在海洋溢油处理 中的应用研究进展［Ｊ＿．化Ｔ新型材料，２０１４，４１（７）：１５１ ｂａｓｅｄ ｓｏｒｂｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ［８］Ｒａｄｅｔｉ（２ Ｍ Ｍ，ＪｏｃｉＣ Ｄ Ｍ，Ｊｏｖａｎｃ Ｐ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｃｙ— ２００３，３７（５）：１０１３—１Ｏ１５． １５４． Ｅ２］彭丽，刘昌见，刘百军，等．天然有机纤维吸油材料的研 究进展ＥＪ］．化工进展，２０１４，３３（２）：４０５－－４１１． ［３］桂许春．碳纳米管绵宏观体的制备及性能研究［Ｄ］．ｊＥ ｃｌｅｄ ｗｏｏ１一ｂａｓｅｄ ｎｏｎｗｏｖｅｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｓ ａｎ ｏｉｌ ｓｏｒｂｅｎｔ［Ｊ］．Ｅｎｖｉ— ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，３７（５）：１ＯＯ８一１０１２． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ。 Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ０ｎ ａｎｄ Ｏｉｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｏａｍ ＧＵＯ Ｗｅｉ一 Ｐ ，ＢＩ Ｘｉａｏ－－ｔｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＳＨＩ Ｌｉｎ，ＱＵＪｉａｎｇ－－ｙｉｎｇ （Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ，１ １６０２９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ，ｗｅ ｒｅｐｏｒｔ ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍｓ（ＰＵ ）ｗｉｔｈ ３Ｄ ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｂｙ Ｎａ（）Ｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍｓ（ＰＵ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｆｏａｍｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ９９％ｏｐｅｎ ｍａｃｒｏｐｏｒｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ａｂｏｕｔ ３８０ｕｍ．Ｔｈｅ ｆｏａｍ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｒｅ ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ ａｎｄ ｏｌｅｏｐｈｉｌｉｃ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄ ｔｏ ｗａｔｅｒ—ｒｅｐｅｌｌｅｎｔ ａｎｄ ｏｉｌ—ａｄｓｏｒｂｉｎｇ．Ｉｔｓ ｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａ— ｐａｃｉｔｙ ｆｏｒ ｏｉｌｓ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ２２￣３５ ｔｉｍｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏａｍ ｗｅｉｇｈｔ ｗｉｔｈ ｏｉｌ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｏｆ ０．７～１．１ ｇ／ｃｍ３。ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｏｉｌ．Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ ｏ １ ｂｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｎｙ ｔｉｍｅｓ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｕｓｅ ｏｆ ＰＵ ．Ｔｈｅ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＰＵ ｉｓ ｏｖｅｒ ９７ ａｆｔｅｒ １０ ｔｉｍｅｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｏａｍ；Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ；Ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｕｓｅ；Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｈｔｔｐｔ ｆ ｌ Ｒ ．ｃｍａｓｔｅｑ．ｃｏｍ・１９・