CN108410001B - 低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用。使用稳定、无毒且熔点较低镓铟锡合金、铟锡铋合金、镓铟锡锌合金、镓锌合金、镓铟合金等金属合金作为致孔剂制备有机聚合物海绵和泡沫，巧妙地利用了低熔点金属在液态时的流动性、易分散性和在固态时的稳定性，使得制备有机聚合物海绵和泡沫的过程简化从而提高制备效率，有利于促进超有机聚合物海绵和泡沫更广范地应用。

Description

低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用
技术领域
本发明涉及有机聚合物海绵和泡沫技术领域，具体涉及低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用。
背景技术
有机聚合物海绵和泡沫，是一种多孔材料，具有良好的吸水性，能够用于清洁物品、家具制造、减震、消声、过滤、吸附、油水分离、污染物处理等领域。
目前有机聚合物海绵和泡沫的制备方法主要有牺牲模板法、发泡法、相转换法等方法，其中牺牲模板法相对于发泡法、相转换法具有制备手段简单、环境污染小等优点。目前牺牲模板法制备有机聚合物海绵和泡沫方法中，使用的模板化合物包括食盐、糖、硫酸钠、柠檬酸等。该方法目前存在的问题主要有：一、该方法使用的模板化合物使用前需先筛分处理；二、需用溶剂(通常是水)长时间加热浸泡中间产物，并需频繁更换溶剂以彻底去除模板化合物，制备过程繁琐、耗时长、生产成本高、生产效率低下。
因此，寻找一种制作工艺简单，制作成本低，模板剂可回收重复利用，生产过程排放少，环境友好的有机聚合物海绵和泡沫制备方法成为海绵和泡沫材料技术领域研究的热点。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用。
本发明的技术方案是：低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用。
本发明的进一步改进包括：
低熔点金属合金作为致孔剂。
所述低熔点金属合金选自熔点为28-100℃镓铟锡合金、铟锡铋合金、镓铟锡锌合金、镓锌合金和/或镓铟合金。
所述有机聚合物包括合成有机聚合物或天然有机聚合物。合成有机聚合物包括：聚二甲基硅氧烷、聚羟基酸酯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇等，天然有机聚合物包括纤维素或壳聚糖中。
低熔点金属合金有机聚合物海绵和泡沫中的应用，包括以下步骤：
步骤1、将有机聚合物溶于溶剂，加入增强纤维，采用强力搅拌、超声等方式将增强纤维在有机聚合物溶液中高度分散；
步骤2、向步骤1中得到混合物中加入一定量低熔点金属合金，在略高于低熔点金属合金熔点温度条件下采用手动剧烈震荡、磁力搅拌、机械搅拌、漩涡混匀或超声破碎，将合金在溶液中形成高度分散的细小液滴；
步骤3、将步骤2中得到的混合物冷却，使细小金属合金液滴凝固为高度分散的固体金属合金粉末；
进一步地，冷却采用水冷、风冷或自然散热的方式冷却。
步骤4、将步骤3中得到高度分散固体金属合金粉末置于模具中静置后压实，然后在低于低熔点金属合金熔点温度下保温将溶剂挥发，有机聚合物固化；
进一步地，可以选用手工加压、液压机加压、在离心管中离心的方法压实。挥发出的有机溶剂可以冷凝后回收；
步骤5、将步骤4中得到固化物料在略高于金属合金熔点下采用直接挤压或离心分离使低熔点金属合金致孔剂与有机聚合物海绵或泡沫分离，再浸泡在略高于低熔点金属合金熔点水浴中反复挤压或超声彻底分离低熔点金属致孔剂，烘干后得到有机聚合物海绵或泡沫。
直接挤出、离心分离的低熔点金属合金致孔剂会汇聚成大的低熔点金属液滴，或在水浴中分离出的低熔点金属致孔剂细小液滴会自行汇聚成大的低熔点金属液滴，大的液滴冷却后会变为大粒固体，可以完全回收再次利用无消耗。低熔点金属合金与水不相溶，使水浴中的水也可循环利用，制备过程零排放，绿色环保。
所述增强纤维包括棉纤维、麻纤维、玻璃纤维、石英纤维或碳纤维。
所述溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二甲亚砜、四氢呋喃、正己烷、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、氯苯、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、异辛烷等溶剂中的一种或多种。
发明有益效果
本发明采用低熔点金属合金作为致孔剂制备有机聚合物海绵和泡沫，巧妙地利用了低熔点金属在液态时的流动性、易分散性和在固态时的稳定性，使得制备有机聚合物海绵和泡沫的过程简化从而提高制备效率，降低了制作成本，模板剂可回收重复利用，生产过程排放少，环境友好。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面对具体实施例进行详细描述。但本发明绝非限于这些例子。以下所述仅为本发明较好的实施例，仅仅用以解释本发明，并不能因此而理解为本发明专利范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
对制备的有机聚合物海绵和泡沫测试吸水或吸油的能力，称取一定质量的海绵和泡沫(M1)，浸泡在水或油中，反复挤压泡沫并静置，促使海绵吸收溶剂达到饱和，取出吸收溶剂达到饱和的海绵和泡沫再次称量(M2)，按照公式吸收倍率＝(M2-M1)/M1来计算吸油能力。
实施例1：
在10mL螺口样品瓶中依次加入0.30g聚二甲基硅氧烷预聚体(PDMS)、0.03g固化剂、1mL正己烷，混合均匀后，加入0.20g 6mm长碳纤维，超声10min使碳纤维在溶液中分散均匀，然后直接在溶液中加入10.0g熔点为29.78℃镓锌合金，拧紧瓶盖，在电吹风热气流吹扫下，待镓锌合金融化后，手动剧烈震荡3min促使液化的镓锌合金在溶液中高度分散为小液滴后，立即边震荡边用冷水冲刷样品瓶外壁促使高度分散开的镓锌合金小液滴凝固，然后放入预先加热恒温的烘箱中静置，并在25℃下保温72h，取出瓶内聚合完毕生成的产物，将该产物置于250ml烧杯中加100mL蒸馏水并放入水温50℃的水浴中，待烧杯内水温高于35℃时开始用镊子反复挤压聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵，同时辅以超声方法，促使液化的镓锌合金彻底从聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵中去除并进入烧杯中的水相，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵用镊子从烧杯中取出并用40℃热水冲洗，冲洗液流入原烧杯，最后获得的聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵在将大部分水挤出后在80℃烘箱中烘干。分散在热水中的低熔点金属镓锌合金小液滴会自行汇聚成大液滴，然后热水散热恢复为室温，其中的低熔点金属镓锌合金大液滴冷却凝固为固体，可用镊子直接取出保存，回收的镓锌合金可以重复使用。经过测试，制备的聚二甲基硅氧烷(PDMS)海绵对二氯甲烷、氯仿、正己烷、石油醚、异辛烷、花生油、大豆油、玉米油等油类的吸收倍率可以达到30-50倍。
实施例2：
在10mL螺口样品瓶中依次加入0.50g聚羟基脂肪酸酯(PHA)、2mL氯仿，混合均匀后，加入0.15g 3mm长石英纤维，超声10min使石英纤维在溶液中分散均匀，然后直接在溶液中加入15.0g熔点为60℃铟锡铋合金，拧紧瓶盖，在80℃水浴中超声20min，促使液化的铟锡铋合金在溶液中高度分散为小液滴后，立即边震荡边用冷水冲刷样品瓶外壁促使高度分散开的铟锡铋合金小液滴凝固，然后放入预先加热恒温的真空干燥箱中静置，并在55℃下真空干燥12h，将干燥好的物料置于500mL烧杯中加250mL蒸馏水并放入水温100℃的水浴中，待烧杯内水温高于65℃时开始用镊子反复挤压聚羟基脂肪酸酯泡沫，同时辅以超声方法，促使液化的铟锡铋合金彻底从聚羟基脂肪酸酯泡沫中去除并进入烧杯中的水相，将聚羟基脂肪酸酯泡沫用镊子从烧杯中取出并用70℃热水冲洗，冲洗液流入原烧杯，最后获得的聚羟基脂肪酸酯泡沫在将大部分水挤出后在60℃烘箱中烘干。分散在热水中的低熔点金属铟锡铋合金小液滴会自行汇聚成大液滴，然后热水散热恢复为室温，其中的低熔点金属铟锡铋合金大液滴冷却凝固为固体，可用镊子直接取出保存，回收的铟锡铋合金可以重复使用。经过测试，制备的聚羟基脂肪酸酯(PHA)泡沫对二氯甲烷、氯仿、正己烷、石油醚、异辛烷、花生油、大豆油、玉米油等油类的吸收倍率可以达到25-45倍。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用,其特征在：低熔点金属合金作为致孔剂，所述低熔点选自熔点28-100℃，所述低熔点金属合金选自镓铟锡合金、铟锡铋合金、镓铟锡锌合金、镓锌合金和/或镓铟合金；有机聚合物海绵和泡沫制备，包括以下步骤：步骤1、将有机聚合物溶于溶剂，加入增强纤维，将增强纤维在有机聚合物溶液中高度分散；步骤2、向步骤1中得到混合物中加入低熔点金属合金，加热下熔化为液态低熔点金属合金形成在溶液中高度分散的细小液滴；步骤3、将步骤2中得到混合物冷却，将细小低熔点金属液滴凝固为高度分散的固体金属粉末；步骤4、将步骤3中得到的含高度分散低熔点固体金属粉末置于模具中静置后压实，然后在低于合金熔点温度下保温将溶剂挥发，有机聚合物固化；步骤5、将步骤4中得到的块状物料在加热下将低熔点金属合金致孔剂与有机聚合物海绵或泡沫分离，再浸泡在略高于金属合金熔点水浴中，彻底分离低熔点金属致孔剂，烘干后得到有机聚合物海绵或泡沫。
2.根据权利要求1所述低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用，其特征在于，所述有机聚合物包括合成有机聚合物和天然有机聚合物。
3.根据权利要求2所述低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用，其特征在于，所述有机聚合物选自聚二甲基硅氧烷、聚羟基酸酯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚丙烯或聚乙烯醇中的一种或多种；天然有机聚合物选自纤维素或壳聚糖中。
4.根据权利要求1所述低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用，其特征在于：步骤1中，采用强力搅拌或超声方式高度分散；步骤2中，加热温度为略高于合金熔点，分散方式为手动剧烈震荡、磁力搅拌、机械搅拌、漩涡混匀或超声破碎；步骤3中，保持冷却同时，维持步骤2分散方式；步骤5中，采用直接挤压、离心分离或加电场导出方式分离致孔剂与有机聚合物海绵或泡沫。
5.根据权利要求1所述低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用，其特征在于：所述增强纤维包括棉纤维、麻纤维、玻璃纤维、石英纤维或碳纤维。
6.根据权利要求1所述低熔点金属合金在制备有机聚合物海绵和泡沫中的应用，其特征在于：所述溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二甲亚砜、四氢呋喃、正己烷、乙酸乙酯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、氯苯、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、异辛烷溶剂中一种或多种。
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