CN109957137A

CN109957137A - 利用废液制备难燃性泡沫材料及其制备方法

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Publication number: CN109957137A
Application number: CN201711412377.8A
Authority: CN
Inventors: 王忠良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-23
Filing date: 2017-12-23
Publication date: 2019-07-02

Abstract

本发明涉及以制糖厂和造纸厂废液作为主要原料，制备一种泡沫材料及其方法。本发明采用制糖厂和造纸厂废液作为原料，用其代替聚合多元醇，充分利用了轻工行业生产中产生的废液；另外将桐油加入废液中，在降低原料成本同时也找到了适当地处理糖厂和造纸厂废液的方法，制得的泡沫材料由于加入了生物质成分具有良好的降解性能，不会在使用后对环境造成污染。本发明有效利用制糖和造纸行业中的废弃物，大大降低了原料成本，为制糖和造纸轻工行业中产生的废弃物找到了一种新的增值途径，有效减少废液的排放，充分利用了生物质资源。

Description

利用废液制备难燃性泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及利用废液制备难燃性泡沫材料及其制备方法。

背景技术

泡沫由于其质轻、坚固、吸震、低吸潮、易成型及良好的耐水性、绝热性、价格低等特点，被广泛地应用于包装、保温、防水、隔热、减震等领域，是当今世界上应用最广泛的塑料之一。可应用于电器、仪器仪表、工艺品和其它易损贵重物品的防震包装以及快餐食品的包装等方面。

目前我国使用的大部分为聚苯乙烯泡沫塑料快餐具，大量废弃的泡沫塑料快餐具散落在交通沿线，江河湖泊，旅游景点，大街小巷等地，形成了众所周知的“白色污染”。由于聚苯乙烯具有抗老化，防腐蚀等特点，所以在自然界中不易腐烂，也不易被微生物降解，即便深埋，也会污染地下水源，破坏土壤结构，使粮食作物减产。如简单焚烧处理，则又会严重污染空气及大气环境。

在造纸厂产生废液中，主要为制浆黑液、抄纸和洗浆废水，这些废液除了含有有害的化学无机物，还含有挥发酚、沉淀固形物、悬浮物、有机酸盐、游离氢氧化钠及木质素等有机物。这类物质如进入水体后，在微生物对它们的分解过程中，需要消耗水体中的溶解氧，使水体含氧减少，从而影响鱼类和其它生物的生长繁殖。当水中的溶解氧耗尽后，水中的有机物即产生厌氧消化，生成甲烷、硫化氢等，使水体出现臭味，危害水生生物的生存造成大量水生生物的死亡，破坏生态平衡等。

造纸废水是一种处理难度较大的工业废水，一般通过物化法+生化使其中的污染物质得以降解。由于废水本身所含污染物十分复杂，经处理后，出水虽能基本达到排放标准，但与废水回用对水质的要求相距较远，采用传统砂滤、活性炭过滤、多介质过滤等处理工艺实现废水回用处理，只是一定程度降低出水悬浮物浓度，对污水中可溶性污染物如COD、氨氮和盐分等无法进一步除去，如果回用，会直接影响到纸张效果。在专利CN102174164A 利用造纸废液提取物合成生物质基聚氨酯泡沫材料的方法中公开了一种以生物质废弃物和造纸黑液提取物为主要原料，制备聚氨酯泡沫材料的方法。在专利CN105399911A 一种利用造纸废液改性酚醛泡沫的制备方法中公开了一种利用造纸废液改性酚醛泡沫的制备方法。首先将过滤和吸附后的造纸废水利用碱调节其pH，并向其加入双氧水，经加热，保温，冷却，离心分离，收集上清液，再将其与1,4-丁二醇混合后，并置于超声振荡器振荡，接着对其加热，加压过滤，得过滤液，并与氢氧化钠溶液，二乙酰胺等物质混合，搅拌，降温静置后，与苯酚和甲醛混合，加热升温，再向其加入正己烷等物质搅拌混合，降温出料即可。

糖厂废水主要有糖蜜废液，又称废醪液，废醪液中一般含有有机物和糖分，COD、BOD很高，对水环境会造成严重危害。现有技术中，糖厂生产过程中所产生的废弃糖蜜一般有两种处理方法：一是当成废液直接处理，此种方法处理难度大，同时还浪费了糖蜜中的有效成分，造成了资源的浪费；二是将糖蜜用于生产酒精，生产过程中需通过发酵过程，此种方法虽然提取了糖蜜中的酒精成分，却并未解决废液处理的问题。

桐油是一种重要的工业原料和传统的出口商品。是我国特产油料树种──油桐种子所榨取的油脂，是一种优良的带干性植物油，具有干燥快、比重轻、光泽度好、附着力强、耐热、耐酸、耐碱、防腐、防锈、不导电等特性，用途广泛。它是制造油漆、油墨的主要原料，大量用作建筑、机械、兵器、车船、渔具、电器的防水、防腐、防锈涂料，并可制作油布、油纸、肥皂、农药和医药用呕吐剂、杀虫剂等。目前，我国桐油年产量达10万吨以上，占世界桐油产量的35%左右。在专利CN201610119877.1一种桐油基硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法中涉及了一种桐油基硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法，该发明制得桐油基硬质聚氨酯泡沫塑料具有原料可再生、无毒性、生物降解性好等优点，属于环境友好的生物基聚氨酯。

聚乙烯醇(PVA)是目前生产规模最大的水溶性高分子材料之一，具有良好的力学性能、物理吸附性、耐有机溶剂性、生物相容性和生物降解性、环境友好等综合性能，在造纸、纺织、过滤、吸附、医疗卫生、日用品等领域广泛应用。我国是世界上PVA原料及制品的主要生产国和消费国，以PVA为原料研发化纤、薄膜、泡沫等高技术制品对于促进PVA产业发展、提高产品附加值等具有重要意义。众所周知，PVA分子结构含有丰富的羟基，形成较强的氢键。因此，针对PVA的主流加工方法是添加水、醇类、己内酰胺等物质，通过增塑作用降低PVA的熔点，从而克服其熔融温度与分解温度过于接近的缺陷。PVA可以加工成泡沫材料，用于包装、医疗、清洁、过滤、重金属吸附等领域。但常规PVA的熔体强度不适合于泡孔生长，需要添加醛类、硼酸类等交联剂，在酸催化剂的作用下交联固化，同时添加表面活性剂、成孔剂、发泡剂等助剂或施加机械搅拌引入空气，生产出开孔或闭孔的PVA泡沫。显然，此类涉及交联反应的方法在配方和工艺上都较为复杂，不利于生产结构、性能稳定的制品。同时，采用甲醛、硫酸等助剂，容易造成污染或有害物质残留。PVA体系交联后其分子结构中的羟基数量减少，水溶性(或亲水性)下降，在自然环境中的降解速率减慢甚至丧失可降解性。在专利CN201710472315.X一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法中公开了一种水溶性聚乙烯醇泡沫及其制备方法，将聚合度不同的聚乙烯醇按照特定比例混合，然后在特定温度和压力范围的二氧化碳中通过一系列流程可制备出结构与性能优良的水溶性聚乙烯醇泡沫。

本发明将糖厂与造纸厂废液的综合利用联系在一起，得到有价值的产品。本项技术发明产品相较其他同类产品的优势：

（1）减少在泡沫材料生产过程中石油产品的使用，缓解石油资源供给的压力；

（2）利用糖厂与造纸厂废液生产泡沫材料减少了污染，减轻环境压力；

（3）扩大了桐油产品的市场应用范围；

（4）泡沫材料在加工过程中添加助剂少，生产性强、工艺简单；

（5）生产的泡沫材料机械强度较好；

（6）生产的泡沫材料具有难燃性；

（7）采用废液做主要原料，生产成本低；

（8）含有生物质材料，易降解；

（9）为糖厂与造纸厂废液的综合利用找到了有效的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用废液制备难燃性泡沫材料及其制备方法。

本发明采用桐油、糖厂废液和造纸废液制备泡沫材料，在降低原料成本同时也找到了适当地处理糖厂和造纸厂废液的方法，制得的泡沫材料由于加入了生物质成分具有良好的降解性能，不会在使用后对环境造成污染。本发明有效利用制糖和造纸行业中的废弃物，大大降低了原料成本，为制糖和造纸轻工行业中产生的废弃物找到了一种新的利用和增值途径，有效减少废液的排放，充分利用生物质资源。

本发明提出一种效果理想的由废液为主要原料制备难燃性泡沫材料的生产工艺的实施路线，主要包括以下步骤：

1）取以下重量份数的原料：桐油：5～20份；制糖厂废液：30～50份；造纸厂废液：20～40份；将制糖厂和造纸厂废液混合，加热40℃～80℃，搅拌 10min～30min，待用；

2）取以下重量份数的原料：聚乙烯醇1～10份、水20～100份；聚乙烯醇和水混合后，加热至30℃～70℃搅拌使其充分溶解混匀；待用；

3）将步骤1）中混合液加入步骤2）中聚乙烯醇溶液，再加入以下质量份数的泡沫稳定剂0.1～3.0份；加热搅拌，待泡沫稳定剂完全溶解且体系混合均匀后停止加热，在搅拌下冷却至室温；

4）在20～40℃下以5000～10000转/分搅拌10～30s后倒于模具中，自然发泡5～60s，于80～120℃放置8～24h，再于室温下保存8～24h使其充分熟化成型。

本发明的上述方法，在步骤4）优选12小时使其充分熟化成型。

本发明的上述方法，制糖厂废液为糖厂废蜜或/和糖厂废蜜发酵酒精后的废液。

本发明的上述方法，造纸厂废液为制浆黑液或/和造纸白水；

所述泡沫稳定剂选自甲基硅油，吐温-80、吐温-60中的一种或多种；优选甲基硅油。

根据上述方法所得到的泡沫材料，其密度在50～100kg/m3可调，压缩强度达到90～250kPa，导热系数小于等于0.040w/(m℃)，分解初始温度大于等于240℃。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

具体实施方式

实施例1

1）取以下重量份数的原料：桐油：5份；制糖厂酒精废液：30份；造纸厂黑液：20份；将制糖厂和造纸厂废液混合，加热至40℃，搅拌 10min，待用；

2）取以下重量份数的原料：聚乙烯醇2份、水30份；聚乙烯醇和水混合后，加热至50℃搅拌25min使其充分溶解混匀，待用；

3）将步骤1）中混合液加入步骤2）中聚乙烯醇溶液，再加入以下质量份数的泡沫稳定剂甲基硅油0.2份；加热至40℃搅拌15min，继续搅拌冷却至室温；

4）在20℃下以10000转/分搅拌30s后倒于模具中，自然发泡5s，于80℃放置8h，再于室温下保存8h使其充分熟化成型即可。

制得的泡沫材料密度为99.53kg/m3，压缩强度为120.55kPa，导热系数为0.0293W/(m℃)，初始热分解温度为267 ℃。

实施例2

1）取以下重量份数的原料：桐油：10份；制糖厂酒精废液： 50份；造纸厂黑液：30份；将制糖厂和造纸厂废液混合，加热80℃，搅拌 30min，待用；

2）取以下重量份数的原料：聚乙烯醇10份、水100份；聚乙烯醇和水混合后，加热至70℃搅拌15min使其充分溶解混匀，待用；

3）将步骤1）中混合液加入步骤2）中聚乙烯醇溶液，再加入以下质量份数的泡沫稳定剂甲基硅油2.0份；加热至45℃搅拌20min，继续搅拌冷却至室温；

4）在40℃下以5000转/分搅拌10s后倒于模具中，自然发泡60s，于120℃放置24h，再于室温下保存24h使其充分熟化成型即可。

制得的泡沫材料密度为63.17kg/m3，压缩强度为110.76kPa，导热系数为0.030W/(m℃)，常压下初始热分解温度为245.32℃。

实施例3

1）取以下重量份数的原料：桐油：10份；制糖厂糖蜜废液：30份；造纸厂白水： 40份；将制糖厂和造纸厂废液混合，加热40℃，搅拌 30min，待用；

2）取以下重量份数的原料：聚乙烯醇4份、水50份；聚乙烯醇和水混合后，加热至40℃搅拌20min使其充分溶解混匀，待用；

3）将步骤1）中混合液加入步骤2）中聚乙烯醇溶液，再加入以下质量份数的泡沫稳定剂（吐温-80、吐温-60，质量比1:1） 1.0份；加热50℃搅拌20min，继续搅拌冷却至室温；

4）在30℃下以6000转/分搅拌10s后倒于模具中，自然发泡20s，于100℃放置12h，再于室温下保存12h，使其充分熟化成型即可。

制得的泡沫材料密度为78.90kg/m3，压缩强度为124.68kPa，导热系数为0.029W/(m℃)，常压下的初始热分解温度为257.11℃。

实施例4

1）取以下重量份数的原料：桐油：8份；制糖厂酒精废液：40份；造纸厂废液（白水：黑液，体积比1:1）：20份；将制糖厂和造纸厂废液混合，加热至40℃，搅拌 20min，待用；

2）取以下重量份数的原料：聚乙烯醇5份、水60份；聚乙烯醇和水混合后，加热至60℃搅拌15min使其充分溶解混匀，待用；

3）将步骤1）中混合液加入步骤2）中聚乙烯醇溶液，再加入以下质量份数的泡沫稳定剂吐温-60 1.0份；加热至60℃搅拌10min，继续搅拌冷却至室温；

4）在40℃下以7000转/分搅拌10s后倒于模具中，自然发泡40s，于90℃放置12h，再于室温下保存12h，使其充分熟化成型即可。

制得的泡沫材料密度为70.12kg/m3，压缩强度为123.45kPa，导热系数为0.033W/(m℃)，常压下的初始热分解温度为242.80℃。

Claims

1.利用废液制备难燃性泡沫材料及其制备方法，其特征在于，由制糖厂和造纸厂废液为主要原料，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料中含有制糖厂废液、造纸厂废液和桐油。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的泡沫稳定剂为甲基硅油，吐温-80、吐温-60中的一种或几种。