CN106256848B - 一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，所述基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法包括以下步骤：超支化重氮盐溶液的稀释、聚氨酯的接枝和聚氨酯的亲水改性。本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法利用超支化重氮盐的多官能团性质以及高反应活性，将阴离子聚电解质固定到聚氨酯表面，实现聚氨酯的亲水改性，具有步骤简单，易于操作等特点，利于实现工业化。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法。
背景技术
化工行业是我国的传统支柱产业，生产的化工原料以及产品被广泛地应用于各个领域，为国家经济做出重大贡献。但化工行业是高污染行业，所产生的污水含有高浓度的有机污染物，难以通过常规方法处理来实现达标排放。
在化工污水生化处理中，加入填料进行固定化微生物能够显著提高污染物的去除率，提高生化的抗冲击性，因而受到人们的广泛关注。但固定化微生物技术的难点在于载体的研发，聚氨酯是一类由多异氰酸酯和多元醇、多元胺等扩链剂或交联剂制成的聚合物，聚氨酯具有比表面积大，泡沫孔隙多，支撑能力强，性质稳定等特点，并且其空间结构的连通性为微生物生长提供了好氧缺氧等环境，在固定化微生物领域有广泛的用途。然而普通的聚氨酯填料由于其疏水性质，在污水处理过程中挂膜慢，微生物附着力小，容易脱落。
中国发明专利申请号201210306198.7公开了一种亲水性聚合物改性聚氨酯泡沫塑料载体的制备方法，其将聚氨酯泡沫浸没于淀粉水溶液、羟甲基纤维素钠水溶液、聚丁二酰亚胺的N，N-二甲基甲酰胺溶液，然后移至交联剂水溶液，加热，得到亲水改性的聚氨酯泡沫，该方法所用试剂较多，而且需抽真空，步骤繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，利用超支化重氮盐的多官能团以及高反应活性使聚氨酯表面具有一定的反应活性，然后将阴离子聚电解质固定在聚氨酯表面。
本发明提供的一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法采用的主要技术方案为：包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍；
(2)载体的接枝：在一定温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中一定时间；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在一定温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于阴离子聚电解质溶液中一定时间，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
本发明提供的一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法采用如下附属技术方案：
所述步骤3中所述的阴离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸类或聚甲基丙烯酸类。
所述步骤1中所述稀释后的超支化重氮盐溶液的保存温度为2-8℃，以保证超支化重氮盐的稳定性。
所述步骤2中所述聚氨酯载体在所述超支化重氮盐溶液中的交联的温度为2-6℃。
所述步骤2中所述聚氨酯载体在超支化重氮盐溶液中的交联的时间为0.5-2h。
所述步骤3中所述聚氨酯载体在所述阴离子聚电解质溶液中浸没吸附的温度为2-6℃。
所述步骤3中所述聚氨酯载体在所述阴离子聚电解质溶液中的浸没吸附的时间为2-8h。
所述聚氨酯载体的形状为正方体。
所述正方体的边长为10-20mm。
所述步骤1中超支化重氮盐的结构式为
其中m为上述分子式中括弧内化学基团的重复数量。
重氮盐是含有重氮基的盐类，易溶于水，发生电离，水溶液具有很强的导电能力，由于其具有强吸电子效应和高反应活性，所以其是材料表面化学改性的一种重要的引发剂。超支化重氮盐由于其超支化的聚合物结构以及多官能团性质，使其在微生物固定化领域具有潜在用途。
接触角，是在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角称为接触角，通常以θ表示，接触角的大小，可以反映液体对固体表面的润湿情况，接触角愈小，润湿得愈好。当θ＜90°，部分润湿或润湿，亲水；当θ＝90°，是润湿与否的分界线；当θ＞90°，不润湿，疏水。
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法的有益效果在于：
1)本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法利用超支化重氮盐的多官能团性质以及高反应活性，将阴离子聚电解质固定到聚氨酯表面，实现聚氨酯的亲水改性，具有步骤简单，易于操作等特点，利于实现工业化。
2)本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法中对所用的阴离子聚电解质没有特殊要求，适用范围广。
3)本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法中超支化重氮盐中所含的重氮基团，具有高反应活性，吸附效率高且效果稳定；且本方法的普适性很高，可以应用于多种不同材质载体上。
附图说明
图1a为亲水改性前聚氨酯膜的接触角示意图(接触角为92°)。
图1b为图1a的聚氨酯膜吸附重氮盐后的接触角示意图(接触角为76°)。
图1c为图1b的聚氨酯膜吸附聚苯乙烯磺酸钠后的接触角示意图(接触角为58°)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍，然后保存在2-8℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法中超支化重氮盐中所含的重氮基团，具有高反应活性，吸附效率高且效果稳定；且本方法的普适性很高，可以应用于多种不同材质载体上。
(2)载体的接枝：在2-6℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中0.5-2h，其中聚氨酯载体为边长10-20mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用1-7℃的冷风迅速吹干；在2-6℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于阴离子聚电解质溶液中2-8h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程；其中阴离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸类或聚甲基丙烯酸类。本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法中对所用的阴离子聚电解质没有特殊要求，适用范围广。
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法利用超支化重氮盐的多官能团性质以及高反应活性，将阴离子聚电解质固定到聚氨酯表面，实现聚氨酯的亲水改性，具有步骤简单，易于操作等特点，利于实现工业化。
实施例1
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50倍，然后保存在8℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；
(2)载体的接枝：在2℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中0.5h，其中聚氨酯载体为边长10mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用7℃的冷风迅速吹干；在2℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于聚苯乙烯磺酸钠溶液中2h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
测定聚氨酯膜亲水改性后的接触角，本体膜的接触角为92°，聚氨酯表面吸附重氮盐吹干后接触角为76°，再吸附聚苯乙烯磺酸钠后接触角为58°，亲水改性效果明显。
实施例2
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至100倍，然后保存在2℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；
(2)载体的接枝：在6℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中2h，其中聚氨酯载体为边长20mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用1℃的冷风迅速吹干；在6℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于聚甲基丙烯酸类溶液中8h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
测定聚氨酯膜亲水改性后的接触角，本体膜的接触角为92°，聚氨酯表面吸附重氮盐吹干后接触角为73°，再吸附聚苯乙烯磺酸钠后接触角为62°，亲水改性效果明显。
实施例3
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至70倍，然后保存在4℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；
(2)载体的接枝：在4℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中1h，其中聚氨酯载体为边长14mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用3℃的冷风迅速吹干；在4℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于聚丙烯酸类溶液中6h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
测定聚氨酯膜亲水改性后的接触角，本体膜的接触角为93°，聚氨酯表面吸附重氮盐吹干后接触角为78°，再吸附聚苯乙烯磺酸钠后接触角为55°，亲水改性效果明显。
实施例4
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至80倍，然后保存在6℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；
(2)载体的接枝：在6℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中1.5h，其中聚氨酯载体为边长16mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用5℃的冷风迅速吹干；在5℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于聚甲基丙烯酸类溶液中4h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
测定聚氨酯膜亲水改性后的接触角，本体膜的接触角为94°，聚氨酯表面吸附重氮盐吹干后接触角为80°，再吸附聚苯乙烯磺酸钠后接触角为65°，亲水改性效果明显。
实施例5
本发明的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至60倍，然后保存在5℃的条件下，以保证超支化重氮盐的稳定性；
(2)载体的接枝：在5℃的温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中1.5h，其中聚氨酯载体为边长18mm的正方体；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用5℃的冷风迅速吹干；在5℃的温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于聚丙烯酸类溶液中8h，以达到饱和吸附，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程。
测定聚氨酯膜亲水改性后的接触角，本体膜的接触角为95°，聚氨酯表面吸附重氮盐吹干后接触角为70°，再吸附聚苯乙烯磺酸钠后接触角为56°，亲水改性效果明显。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)超支化重氮盐溶液的稀释：量取一定量体积的超支化重氮盐溶液，用水稀释至50～100倍；
(2)载体的接枝：在一定温度下，将聚氨酯载体浸没于稀释后的超支化重氮盐溶液中一定时间；
(3)聚氨酯的亲水改性：取出所述聚氨酯载体，利用水清洗干净，用一定温度的冷风迅速吹干；在一定温度下，再将所述聚氨酯载体浸没于阴离子聚电解质溶液中一定时间，取出吹干，即完成聚氨酯亲水改性的过程；
所述步骤2中所述聚氨酯载体在所述超支化重氮盐溶液中的交联的温度为2-6℃；
所述步骤2中所述聚氨酯载体在超支化重氮盐溶液中的交联的时间为0.5-2h；
所述步骤3中所述聚氨酯载体在所述阴离子聚电解质溶液中浸没吸附的温度为2-6℃；
所述步骤3中所述聚氨酯载体在所述阴离子聚电解质溶液中浸没吸附的时间为2-8h；
所述步骤1中超支化重氮盐的结构式为
其中m为上述分子式中括弧内化学基团的重复数量。
2.如权利要求1所述的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，其特征在于：所述步骤3中所述的阴离子聚电解质为聚苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸类或聚甲基丙烯酸类。
3.如权利要求1所述的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，其特征在于：所述步骤1中所述稀释后的超支化重氮盐溶液的保存温度为2-8℃。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，其特征在于：所述聚氨酯载体的形状为正方体。
5.如权利要求4所述的基于超支化重氮盐的聚氨酯亲水改性的方法，其特征在于：所述正方体的边长为10-20mm。
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