CN101153089A

CN101153089A - 聚乙烯醇极性泡沫塑料及其制备方法

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Publication number: CN101153089A
Application number: CNA2007100499556A
Authority: CN
Inventors: 王琪; 李莉; 史浩; 彭贤宾
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2007-09-06
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: CN101153089B

Abstract

一种聚乙烯醇极性泡沫塑料，以水为发泡剂和增塑剂，按重量份计，水15～55份，聚乙烯醇45～85份，经溶胀、熔融加工发泡。熔融加工发泡包括熔融挤出连续发泡法和模压发泡法。聚乙烯醇泡沫塑料为板材或片材或薄膜或珠粒或块体。本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，还可加入交联剂、分子复合剂、加工助剂、成核剂、功能助剂，按重量份计，交联剂0～2份、分子复合剂0～10份、加工助剂0～10份、成核剂0～5份、功能助剂0～30份。本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料作为重金属粒子和有机污染物的吸附、过滤分离材料使用时，具有快速吸附、易解吸附和可反复冲洗的特点。

Description

聚乙烯醇极性泡沫塑料及其制备方法

技术领域

本发明属于泡沫塑料或高分子发泡材料领域，特别涉及一种聚乙烯醇极性泡沫塑料及其制备方法。

背景技术

工业和生活废水中的重金属离子和有机污染物对环境造成极大污染，急需高效环保的分离材料和技术。现有高分子泡沫材料如聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯泡沫等为非极性泡沫塑料，吸附和分离效果差，一般通过化学改性引入极性基团或键合催化剂，制备工艺复杂，成本较高，且难通过熔融加工制成泡沫材料。

聚乙烯醇(PVA)是一种性能优良的多羟基强氢键的通用高分子材料，我国已形成50万吨/年产能，占世界产量1/3。其多羟基强氢键特性使其具强极性、优异的耐热性、抗静电性、耐溶剂性以及良好离子交换、络合、螯合、物理吸附性，并且是光、氧催化剂和固定化细胞良好的负载体，还可与多种有机、无机材料共混复合，提高其功能性。其泡沫材料比表面积大，吸附容量大，机械强度高，化学稳定性好，对水的浸润性和渗透性强，兼具优良吸附及过滤分离功能，是分离领域迫切需要的关键材料。但聚乙烯醇是结晶聚合物，分子中含大量羟基，能形成大量的分子内和分子间氢键，熔点高达220～240℃，与分解温度接近，熔融过程即发生分解，无法通过熔融发泡成型制备泡沫材料，其泡沫材料只能通过溶液经机械搅拌或化学发泡制备，如，安徽大维新材有限责任公司陈信生采用由聚乙烯醇、甲醛、酸和化学发泡剂通过机械发泡法制备连续开孔发泡体(CN 1557872A)；上海华一经济科技实业公司徐凌云以聚乙烯醇和玉米淀粉为主要成分加入醛、硫酸、有机硅消泡剂和表面活性剂，通过浇铸成型制备高吸水泡沫塑料(CN 1095075A)；朱铁桥采用聚乙烯醇、甲醛为原料，在酸催化作用下经聚合反应后再添加乙二醛和碳酸氢钠发泡剂，经浇铸成型，发泡固化，脱膜洗涤、干燥，制备医用卫生用聚乙烯醇发泡材料(CN 1095387A)；湖北大学吴雄等将PVA、甘油、硬脂酸盐、对甲苯磺酰胺基脲发泡剂、轻质碳酸钙粉末等混合，经HAKKE塑炼后，采用化学发泡法制备聚乙烯醇发泡材料(塑料.2006，35(4)：34-37)。上述聚乙烯醇采用溶液机械发泡法或化学发泡法，工艺复杂，生产周期长，存在化学发泡剂或缩醛剂残留，限制了聚乙烯醇泡沫材料的应用，且无法制备聚乙烯醇块体泡沫材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚乙烯醇极性泡沫塑料及其制备方法，此种聚乙烯醇泡沫塑料保持了聚乙烯醇的强极性，具有板材、片材、薄膜、块体、珠粒等多种形态，此种制备方法采用价廉易得、环境友好的水作增塑剂兼物理发泡剂，通过熔融加工发泡制备聚乙烯醇泡沫塑料，工艺简单、成本低，有利于环保境保护，适于大规模工业化生产。

本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，以水为发泡剂和增塑剂，按重量份计，水15～55份，聚乙烯醇45～85份，经溶胀、熔融加工发泡。熔融加工发泡方法包括熔融挤出连续发泡法和模压发泡法。聚乙烯醇泡沫塑料为板材或片材或薄膜或珠粒或块体。

本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，还可加入交联剂、分子复合剂、加工助剂、成核剂、功能助剂，按重量份计，交联剂0～2份、分子复合剂0～10份、加工助剂0～10份、成核剂0～5份、功能助剂0～30份。加工助剂可改善聚乙烯醇熔体的加工性能，功能助剂可提高聚乙烯醇对重金属离子的吸附和分离性能，成核剂可使聚乙烯醇发泡均匀，发泡倍率提高。

交联剂为硼酸、硼砂、三甲基三聚氰胺、2，4-二羟基苯甲酸、柠檬酸、环氧氯丙烷、重铬酸盐、有机钛酸盐、甲醛、丁醛、戊二醛中的至少一种。

分子复合剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、苯甲酸钠、甲酰胺、乙酰胺、己内酰胺、尿素中的至少一种。

加工助剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钠、氧化聚乙烯蜡、硅油、石蜡、油酸酰胺、硬脂酸酰胺中的至少一种。

成核剂为滑石粉、碳酸钙、蒙托土、粘土、蛭石、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌中的至少一种。

功能助剂为淀粉、壳聚糖、胶原、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、煤粉、活性炭、膨润土、硅藻土中的至少一种。

聚乙烯醇的聚合度为500～2400，醇解度为85mol.％～100mol.％。

本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料的制备方法如下：

方法一：

15～55份的水与45～85份的聚乙烯醇粒料加入密闭容器中在搅拌下于20℃～60℃充分溶胀(所述充分溶胀指水完全进入聚乙烯醇粒料内部)；将充分溶胀后的粒料在90℃～180℃熔融加工发泡制备成聚乙烯醇泡沫塑料。

方法二：

将0～2份交联剂或/和0～10份分子复合剂加入15～55份的水中并混合均匀，再加入45～85份的的聚乙烯醇粒料，然后在密闭容器中、搅拌条件下于20℃～60℃充分溶胀(所述充分溶胀指水或/和交联剂或/和分子复合剂完全进入聚乙烯醇粒料内部)；在粒料充分溶胀后加入0～10份加工助剂或/和0～5份成核剂或/和0～30份功能助剂并混合均匀，然后将混合料在90℃～180℃熔融加工发泡制备成聚乙烯醇泡沫塑料。

本发明具有以下有益效果：

1、以水为发泡剂和增塑剂，通过物理方法制备聚乙烯醇极性泡沫塑料，未改变聚乙烯醇多羟基强氢键特性，所制备的聚乙烯醇泡沫塑料具有强极性，作为重金属粒子和有机污染物的吸附、过滤分离材料使用时，具有快速吸附、易解吸附和可反复冲洗的特点。

2、本发明所述聚乙烯醇极性泡沫塑料具有板材、片材、薄膜、珠粒、块体等多种形态，适应性强。

3、本发明采用熔融加工物理发泡法制备聚乙烯醇极性泡沫，具有清洁、连续、高效、简便、经济的特点，易于实现工业化生产，并可根据需要生产不同形状的泡沫制品。

4、无需特殊设备，在常规熔融加工设备上即可实现聚乙烯醇的熔融加工发泡。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。

下述实施例中，1重量份＝1kg；挤出机、热压机为常规熔融加工设备，有市售商品。

实施例1

将2kg聚氧化乙烯和2kg戊二醛加入到15kg自来水中搅拌均匀，加入聚合度900、醇解度92mol.％的聚乙烯醇粒料45kg，在搅拌作用下于温度60℃的密闭容器中充分溶胀，在充分溶胀后，再加入2kg碳酸钙、20kg羟甲基纤维素，混合均匀后，于温度170℃的挤出机中熔融挤出发泡制备聚乙烯醇发泡片材。

实施例2

将0.5kg柠檬酸、0.5kg硼砂和5kg尿素加入到40kg蒸馏水中搅拌均匀，加入聚合度900、醇解度99mol.％的聚乙烯醇粒料50kg，在搅拌作用下于40℃密闭容器中充分溶胀，在充分溶胀后，再加入5kg二氧化硅、4kg油酸酰铵及15kg活性炭，混合均匀后，于温度140℃的热压机中制备聚乙烯醇发泡珠粒。

实施例3

将5kg苯甲酸钠、1kg硼酸加入到45kg自来水中混合均匀，加入聚合度1750、醇解度95mol.％的聚乙烯醇粒料55kg，在搅拌作用下于40℃密闭容器中充分溶胀，在充分溶胀后，再加入2kg蒙脱土、5kg聚乙烯蜡、5kg硬脂酸酰胺及30kg淀粉，混合均匀后，于温度160℃的挤出机中熔融挤出-发泡制备聚乙烯醇发泡片材。

实施例4

将55kg蒸馏水和聚合度2000、醇解度88mol.％的聚乙烯醇粒料45kg在搅拌作用下于温度20℃的密闭容器中充分溶胀，将充分溶胀的聚乙烯醇粒料在温度180℃的挤出机中熔融挤出发泡制备聚乙烯醇发泡板材。

实施例5

将1kg环氧氯丙烷、4kg聚乙二醇及6kg乙酰胺加入到15kg自来水中搅拌均匀，加入聚合度2400、醇解度92mol.％的聚乙烯醇粒料85kg，在搅拌作用下于50℃密闭容器中充分溶胀，在充分溶胀后，再加入2kg滑石粉、2kg硬脂酸锌和10kg壳聚糖，混合均匀后，于温度150℃的热压机中制备聚乙烯醇发泡薄膜。

实施例6

将1kg三甲基三聚氰胺加入50kg去离子水中搅拌均匀，加入聚合度500、醇解度99mol.％的聚乙烯醇50kg，在搅拌作用下于30℃密闭容器中充分溶胀，在充分溶胀后，再加入1kg二氧化钛、0.5kg氧化锌、10kg羧甲基纤维素钠和5kg膨润土，混合均匀后，于温度160℃的热压机中制备聚乙烯醇发泡块体。

Claims

1.一种聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于以水为发泡剂和增塑剂，按重量份计，水15～55份，聚乙烯醇45～85份，经溶胀、熔融加工发泡。

2.根据权利要求1所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于还包括交联剂、分子复合剂、加工助剂、成核剂、功能助剂，按重量份计，交联剂0～2份、分子复合剂0～10份、加工助剂0～10份、成核剂0～5份、功能助剂0～30份。

3.根据权利要求1或2所述的聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于聚乙烯醇的聚合度为500～2400，醇解度为85mol.％～100mol.％，聚乙烯醇泡沫塑料为板材或片材或薄膜或珠粒或块体。

4.根据权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于所述交联剂为硼酸、硼砂、三甲基三聚氰胺、2，4-二羟基苯甲酸、柠檬酸、环氧氯丙烷、重铬酸盐、有机钛酸盐、甲醛、丁醛、戊二醛中的至少一种。

5.根据权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于所述分子复合剂为聚氧化乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、苯甲酸钠、甲酰胺、乙酰胺、己内酰胺、尿素中的至少一种。

6.根据权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于所述加工助剂为聚乙烯蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钠、氧化聚乙烯蜡、硅油、石蜡、油酸酰胺、硬脂酸酰胺中的至少一种。

7.根据权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于所述成核剂为滑石粉、碳酸钙、蒙托土、粘土、蛭石、二氧化硅、二氧化钛、氧化锌中的至少一种。

8.根据权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料，其特征在于所述功能助剂为淀粉、壳聚糖、胶原、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、煤粉、活性炭、膨润土、硅藻土中的至少一种。

9.权利要求1所述聚乙烯醇极性泡沫塑料的制备方法，其特征在于：

将权利要求1所述重量份的水与聚乙烯醇粒料加入密闭容器中在搅拌下于20℃～60℃充分溶胀；将充分溶胀后的粒料在90℃～180℃熔融加工发泡制备成聚乙烯醇泡沫塑料。

10.权利要求2所述聚乙烯醇极性泡沫塑料的制备方法，其特征在于：

将权利要求2所述重量份的交联剂或/和分子复合剂加入权利要求2所述重量份的水中并混合均匀，再加入权利要求2所述重量份的聚乙烯醇粒料，然后在密闭容器中、搅拌条件下于20℃～60℃充分溶胀；在粒料充分溶胀后加入权利要求2所述重量份的加工助剂或/和成核剂或/和功能助剂并混合均匀，然后将混合料在90℃～180℃熔融加工发泡制备成聚乙烯醇泡沫塑料。