CN102108131B - 一种亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。该亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料是按照包括下述步骤的方法制备得到:1)将组分a和组分b混合、搅拌均匀,静置,得到亲水环氧树脂涂饰剂;所述组分a由亲水性环氧树脂和溶剂组成,所述溶剂能溶解亲水性环氧树脂,但不能溶解聚氨酯泡沫塑料;所述组分b为多胺固化剂;2)将聚氨酯泡沫塑料浸入环氧树脂涂饰剂中,挤压,取出后放入烘箱中固化;3)将固化后的产品进行酸化处理,洗涤,烘干,得到所述亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料。本发明在聚氨酯泡沫塑料表面引入了阳离子基团,同时改善了亲水性,在吸附细菌等负电荷物质方面有很好应用。与普通泡沫塑料相比,只需附加涂膜装置即可,涂饰剂简单易得,易操作,易工业化。

Description

一种亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域,具体涉及一种亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料及其制备方法
背景技术
聚氨酯泡沫塑料因其孔隙率高、比表面积大、内外孔相通、力学性能良好,加上具有良好的流体力学性能,是具有特殊吸附、过滤和捕集功能的材料。泡沫塑料作为一种分离过滤富集材料应用到化学分析中已有几十年的历史,目前的工作主要集中在将各种功能单体加入到泡沫塑料中,使其具有特殊吸附功能或增强其力学性能等。
固定化微生物技术,是从20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术,它是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶或功能细菌定位于限定的空间区域内,不仅使其保持活性还可反复利用的一种基本技术。微生物固定化的方法多种多样,任何一种限制微生物自由流动的技术,都可以用来对微生物进行固定化。20世纪70年代后期,随着水环境污染的日益严重,研究高效生物处理废水系统的要求日益迫切,国内外开始应用固定化技术来处理废水。
聚氨酯泡沫因其优异的性能开始受到人们的关注,目前美国环保局(USEPA)将其列为废水生物处理的一项新兴材料,然而普通聚氨酯泡沫塑料固定细菌具有固定化量不多,而且由于其亲水性不好,工业应用方面导致装置开车启动速度慢等问题。鉴于此,希望通过简单工艺得到亲水性能较好的聚氨酯泡沫塑料,同时因为细菌表面带有负电,在聚氨酯泡沫中加入阳离子基团,以便加大对消化细菌的固定化量。
环氧树脂广泛应用于化工、机械、电子、汽车、家电和宇航等各个领域。水性环氧树脂同时具备了亲水性和可阳离子化基团,而且对底材具有极高的附着力,固化后的涂膜耐腐蚀性和耐化学药品性能优异,涂膜收缩小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异,所以选择其为普通工业聚氨酯泡沫塑料的涂层材料。
聚氨酯泡沫塑料的制备技术已经比较成熟,秦蓓等通过填充纤维素接枝丙烯酸类吸水剂(化工新型材料,2005,33(10):84-87)或交联聚丙烯酸钠吸水剂(聚氨酯工业,2001,16(2):20-23)改善了聚氨酯泡沫塑料的亲水性,但得到的产品表面均不含有阳离子基团。利用环氧树脂涂覆制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料尚属首次。
发明内容
本发明的目的是提供一种亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料及其制备方法。
本发明所提供的亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料是按照包括下述步骤的方法制备得到:
1)配制亲水环氧树脂涂饰剂:
将组分a和组分b混合、搅拌均匀,静置,得到所述亲水环氧树脂涂饰剂;
所述组分a由亲水性环氧树脂和溶剂组成,所述溶剂能溶解亲水性环氧树脂,但不能溶解聚氨酯泡沫塑料;所述组分b为多胺固化剂;
2)将聚氨酯泡沫塑料浸入步骤1)配制的环氧树脂涂饰剂中,挤压,取出后放入烘箱中固化;
3)将固化后的产品进行酸化处理,洗涤,烘干,得到所述亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料。
将处理的样品(尺寸为1.5cm×1.5cm×1.5cm)放入烧杯中,加入35g去离子水,浸泡12h,测量电导率,根据NH4Cl稀溶液电导率和浓度之间的线性关系,近似得到泡沫塑料溶液中的阳离子浓度,从而得到泡沫塑料样品表面阳离子的含量。并测量环氧树脂固化膜酸化后与水的接触角。
经测试本发明所得到的产物表面阳离子含量0.3-0.9mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为28°-75°。
本发明方法步骤1)中,所述组分a中亲水性环氧树脂具体可为北京金岛奇士材料公司提供的水性环氧树脂,所述溶剂具体可为丙酮;所述组分b中多胺固化剂具体可为四乙烯五胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺,优选为四乙烯五胺。
步骤1)配制的亲水环氧树脂涂饰剂中,所述多胺固化剂中的活泼氢与所述亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为0.3-3.0,优选为0.8-1.2。随多胺过量的越多,阳离子含量越高,但改性后泡沫塑料越来越脆,影响其应用。
所述亲水环氧树脂涂饰剂的固含量可为5.0-20%,优选为10%。如果固含量过低则阳离子含量不高,从而降低了亲水性;若固含量过高,则导致涂饰量过多,影响泡沫塑料拉伸强度等力学性能。
步骤2)中所述固化的温度可为50-80℃,固化的时间可为5-8小时。
步骤3)中所述酸化处理的方法如下:将固化后的产品放入质量浓度为3-10%的盐酸溶液中酸化20-60min。
本发明的特点是:
本发明在传统的聚氨酯泡沫塑料表面引入了阳离子基团,同时改善了亲水性,不仅可以直接作为各种吸附材料或载体使用,而且提供了进一步功能化的可能。与普通泡沫塑料相比,只需附加涂膜装置即可,涂饰剂简单易得,易操作,易工业化。
本发明中原料的来源广泛,价格便宜,经洗涤后,不会对人体及环境造成任何污染。制备工艺简单,所制得的产品亲水性好,且表面含有阳离子基团,在吸附细菌等负电荷物质方面有很好应用。
本发明的优点表现在以下几方面:
1、反应对设备要求简单;
2、原料来源广,成本低,容易在我国推广;
3、产物表面带有阳离子基团,在特定环境下有很好的应用前景,且有进一步改性的可能和空间;
4、产品亲水,在水环境下使用有更好的亲和性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明,但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。实施例中所有份额和百分比都以质量计。
实施例1、制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料
1、配制环氧树脂涂饰剂
涂饰剂配方:组分a:亲水环氧树脂(北京金岛奇士材料公司提供,环氧值0.68):1.0g,溶剂丙酮9.83g;组分b:四乙烯五胺0.092g。
将组分(a)和组分(b)分别混合均匀,然后再混合、搅拌均匀,静置5min,待用。其中,四乙烯五胺中的活泼氢与亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为0.5,固含量10%。
2、泡沫塑料涂层
将工业聚氨酯泡沫放入环氧树脂涂饰剂中,挤压1min,取出,用力挤压,尽量挤干,然后放入60℃烘箱中固化。6h后取出,放入5%盐酸溶液中酸化30min,取出,洗涤,烘干,测试。
将制备的样品(尺寸为1.5cm×1.5cm×1.5cm)放入烧杯中,加入35g去离子水,浸泡12h,测量电导率,根据NH4Cl稀溶液电导率和浓度之间的线性关系,近似得到泡沫塑料溶液中的阴离子浓度,从而得到泡沫塑料样品表面阳离子的含量。经测试产物表面阳离子含量0.459mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为69°。
实施例2、制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料
制备方法与实施例1相同,调整涂饰剂配方中:环氧树脂0.75g,四乙烯五胺0.092g,溶剂丙酮7.58g;四乙烯五胺中的活泼氢与亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为1∶1.5。
经测试产物表面阳离子含量0.687mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为71°。
实施例3、制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料
制备方法与实施例1相同,调整涂饰剂配方中:环氧树脂1.0g,四乙烯五胺0.184g,溶剂丙酮10.66g;四乙烯五胺中的活泼氢与亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为1∶1。
经测试产物表面阳离子含量0.904mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为66°。
实施例4、制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料
制备方法与实施例1相同,调整涂饰剂配方中:环氧树脂1.0g,四乙烯五胺0.276g,溶剂丙酮11.48g;四乙烯五胺中的活泼氢与亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为1.5∶1。
经测试产物表面阳离子含量0.695mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为58°。
实施例5、制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料
制备方法与实施例1相同,调整涂饰剂配方中:环氧树脂1.0g,四乙烯五胺0.368g,溶剂丙酮12.31g;四乙烯五胺中的活泼氢与亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为2.0∶1。
经测试产物表面阳离子含量0.658mmol/g,涂饰剂涂膜酸化后接触角为28°。
对比例1
只使用普通工业聚氨酯泡沫塑料,酸化后不亲水,在35g水溶液中浸泡12h后电导率值18.7μs/cm,基本没有可电离官能团,其表面相对阳离子含量视为0。
对比实施例表明,如果不进行涂层改性,普通工业泡沫塑料酸化后亲水性仍然很差,而且表面基本没有阳离子基团。

Claims (8)

1.一种制备亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料的方法,包括下述步骤:
1)配制亲水环氧树脂涂饰剂:
将组分a和组分b混合、搅拌均匀,静置,得到所述亲水环氧树脂涂饰剂;
所述组分a由亲水性环氧树脂和溶剂组成,所述溶剂能溶解亲水性环氧树脂,但不能溶解聚氨酯泡沫塑料;所述组分b为多胺固化剂;
2)将聚氨酯泡沫塑料浸入步骤1)配制的环氧树脂涂饰剂中,挤压,取出后放入烘箱中固化;
3)将固化后的产品进行酸化处理,洗涤,烘干,得到所述亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料;
步骤1)所述亲水环氧树脂涂饰剂中所述多胺固化剂中的活泼氢与所述亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为0.3-3.0;
步骤1)所述亲水环氧树脂涂饰剂的固含量为5.0-20%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)中所述溶剂为丙酮;所述多胺固化剂为四乙烯五胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于:步骤1)中所述多胺固化剂为四乙烯五胺。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)所述亲水环氧树脂涂饰剂中所述多胺固化剂中的活泼氢与所述亲水环氧树脂中环氧基团的当量比为0.8-1.2。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:步骤1)所述亲水环氧树脂涂饰剂的固含量为10%。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其特征在于:步骤2)中所述固化的温度为50-80℃,固化的时间为5-8小时。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:步骤3)中所述酸化处理的方法如下:将固化后的产品放入质量浓度为3-10%的盐酸溶液中酸化20-60min。
8.权利要求1-7中任一项所述方法制备得到的亲水阳离子型聚氨酯泡沫塑料。
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