CN113577826B - 聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法，属于聚合物复合材料油水分离领域。为达到疏水改性的目的，本发明提供的方法为：首先利用长碳链的十六烷基三甲氧基硅烷对预处理后的花生壳粉末进行接枝改性；然后将疏水改性花生壳粉末与端异氰酸酯基聚氨酯预聚体和水混合搅拌，发泡固化后，得到疏水的聚氨酯泡沫负载改性花生壳粉末复合材料。本发明制备的聚氨酯泡沫/改性花生壳粉末复合材料具有良好的疏水性、稳定性和再生性，能够有效提高聚氨酯泡沫的油水分离能力。
Description
技术领域
本发明属于聚合物复合材料油水分离领域，涉及一种聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法。
背景技术
近年来,船舶溢油事故频发,给海洋环境带来灾难性的后果,导致生态环境破坏,海边景区污染以及发生火灾等问题,船舶溢油事故已经成为非常严重的环境问题、经济问题和社会问题；海洋溢油及有机试剂泄漏问题亟待解决。
化学合成吸油材料具有是良好亲油疏水性、吸油速度快，吸油倍率较高，缺点是受压仍会漏油，难以生物降解且价格昂贵；无机吸油材料来源广泛，吸油倍率高，制备方法简便、易操作，但是存在循环利用率低、油水选择性差、可浮性差、难以处置的问题。合成材料聚氨酯泡沫具有三维的多孔结构、高孔隙率以及优良的弹性性能，可作为耐久性吸油材料重复使用。但是聚氨酯泡沫表面具有亲水基团，导致其在进行油水分离时选择性差，需疏水改性。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法，解决现有吸油材料吸油效果不佳，造价高等问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料及其制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将2～4份预处理的花生壳粉末置于十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在40～50℃下搅拌反应1～4h，然后过滤、洗涤、干燥，即可得到疏水改性花生壳粉末；
步骤二：将疏水改性花生壳粉末、聚氨酯预聚体和水混合后于800～1000rpm转速下搅拌40～60s，使其混合均匀，然后迅速转移至蒸发皿，室温发泡固化，取出后将聚氨酯泡沫裁成适当大小的块状，用水和无水乙醇分别清洗2～3次，置于60～70℃烘箱中烘干，即可得到聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料。
进一步的，所述预处理花生壳粉末是将清洗过后的花生壳粉碎，过300目筛网。
进一步的，步骤一中十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中各组分的体积比为十六烷基三甲氧基硅烷：水：无水乙醇＝2～4:5:43～41。
进一步的，步骤一中十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液预先在40℃下磁力搅拌6～24h。
进一步的，步骤二中聚氨酯预聚体为端异氰酸酯基预聚体，疏水改性花生壳粉末、聚氨酯预聚体和水的质量比为：1～4:20:30～50。
上述制备方法制得的聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料。
上述复合材料在油水分离中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明使用的生物质材料花生壳富含易于改性的羟基基团，首先对花生壳粉末进行疏水改性，然后将其负载在聚氨酯泡沫上，以在提高聚氨酯泡沫的疏水性，改善其油水分离能力。
2.本发明合理利用资源，花生壳廉价易得，属于废物再利用，能够一定程度上减少原材料的消耗；本发明以水为发泡剂，绿色环保，促进了生态友好型材料的发展；本发明制备过程简单，只需将相应材料混合搅拌即可自然发泡。
附图说明
图1为花生壳粉末疏水改性前后的红外光谱图；
图2为原始聚氨酯泡沫(PUF)和改性花生壳粉末/聚氨酯预聚体＝1/10复合泡沫材料(PSP-PUF-10)的红外谱图；
图3为PUF和PSP-PUF-10的扫描电子显微镜图；
图4为PUF和PSP-PUF-10的水接触角。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明方法主要包括两个发明点：一、花生壳粉末疏水改性的制备；二、聚氨酯泡沫负载。下面分别详述：
花生壳粉末疏水改性的制备方法，包括：
将清洗过后的花生壳粉碎，过300目筛网，备用。
将一定量的花生壳粉末置于十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在40～50℃下，磁力搅拌1～4h，待反应结束后，将反应体系进行过滤，并用无水乙醇反复清洗后置于70℃烘箱中干燥。
进一步的，十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的各组分体积配比为十六烷基三甲氧基硅烷：水：无水乙醇＝2～4：5：43～41，并且预先在40℃、80rpm转速下搅拌6～24h。
聚氨酯泡沫负载方法，包括：
步骤一，将一定量的聚氨酯预聚体、改性花生壳粉末、水混合，剧烈搅拌40～60s，得到均匀的混合液；
步骤二，将上述混合液迅速倒入蒸发皿中，室温发泡固化，得到聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料，裁成适当大小的块状，然后置于60～70℃的烘箱中烘干。
进一步的，步骤一中的各组分的质量比为改性花生壳粉末：聚氨酯预聚体：水＝1～4：20：30～50，聚氨酯预聚体为端异氰酸酯基聚氨酯预聚体。
实施例1：
步骤一：将花生壳用自来水清洗3次，然后用蒸馏水清洗2次，除去杂质，放入70℃烘箱烘干。用粉碎机将干燥的花生壳粉碎，清洗，除去可溶物，干燥。将干燥的花生壳粉末过300目筛网备用。
将5mL蒸馏水加入到43mL乙醇中，再用0.1mol/L的HCl调节pH至5左右，加入2mL十六烷基三甲氧基硅烷，40℃下搅拌12h。加入2g过筛的花生壳粉末，在此温度下反应2h后，将反应物过滤，用无水乙醇清洗三遍，然后将花生壳粉末转移至70℃烘箱烘干，制得疏水改性花生壳粉末。
步骤二：按照质量比为改性花生壳粉末：聚氨酯预聚体：水＝1：10：20，分别称取10g聚氨酯预聚体，称取20g水以及1g改性花生壳粉末于三口烧瓶中，在室温下搅拌混合40s，迅速将上述反应物转移至蒸发皿中，室温发泡固化10min，然后将其裁剪成2×2×2cm3的正方体状，用蒸馏水和无水乙醇分别超声清洗3次，最后放入60℃烘箱中烘干，即可得到聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料。
使用时，将待吸附分离的煤油与水混合于烧杯中，然后将一块复合泡沫置于烧杯，待吸附饱和后取出，分别称取吸附前后复合泡沫的质量，计算吸附容量。
再生时，将吸附的煤油挤压出来收集，再将复合泡沫置于无水乙醇中，反复挤压，将残余的煤油置换出来。将清洗干净的复合泡沫置于60℃烘箱中烘干，用于下一次油水分离实验。
实施例2：
步骤一：将花生壳用自来水清洗3次，然后用蒸馏水清洗2次，除去杂质，放入70℃烘箱烘干。用粉碎机将干燥的花生壳粉碎，清洗，除去可溶物，干燥。将干燥的花生壳粉末过300目筛网备用。
将5mL蒸馏水加入到42mL乙醇中，再用0.1mol/L的HCl调节pH至5左右，加入3mL十六烷基三甲氧基硅烷，45℃下搅拌8h。加入2g过筛的花生壳粉末，在此温度下反应2h后，将反应物用无水乙醇清洗三遍，然后将花生壳粉末转移至70℃烘箱中烘干，制得疏水改性的花生壳粉末。
步骤二：按照质量比为改性花生壳粉末：聚氨酯预聚体：水＝1.5：10：20，分别称取10g聚氨酯预聚体、20g水以及1.5g改性花生壳粉末于三口烧瓶中，室温下搅拌混合50s，迅速将上述反应物转移至蒸发皿中，室温发泡固化10min，然后将其裁剪成2×2×2cm3的正方体状，用蒸馏水和无水乙醇分别超声清洗三次，最后放入60℃烘箱中烘干，即可得到聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料。
使用时，将待吸附分离的二氯甲烷与水混合于烧杯中，然后将一块复合泡沫用镊子控制住置于烧杯底，待吸附饱和后取出，分别称取吸附前后复合泡沫的质量，计算吸附容量。
再生时，将吸附的二氯甲烷挤压出来收集，再将复合泡沫置于无水乙醇中，反复挤压，将残余的二氯甲烷置换出来。将清洗干净的复合泡沫置于60℃烘箱中烘干，用于下一次油水分离实验。
参见图1，图1为花生壳粉末疏水改性前后的红外光谱图，由图可知改性后花生壳粉末的羟基基团基本消失，并且出现数个十六烷基三甲氧基硅烷的基团峰，表明长碳链的硅烷在花生壳粉末上接枝成功。
参见图2，图2为原始聚氨酯泡沫(PUF)和改性花生壳粉末/聚氨酯预聚体＝1/10复合泡沫材料(PSP-PUF-10)的红外谱图，由图可知，两者绝大部分出峰位置相同，但PSP-PUF-10在2914、2852cm-1处出现双峰，这是长碳链-CH2的对称与不对称伸缩振动峰，表明花生壳粉末负载成功。
参见图3，图3为PUF和PSP-PUF-10的扫描电子显微镜图。由图可知，PSP-PUF-10较PUF相比，表面粗糙度明显提高，提供了拒水的粗糙表面。
参见图4，图4为PUF和PSP-PUF-10的水接触角，改性花生壳粉末的负载增加了聚氨酯泡沫表面粗糙度，降低了表面能，从而使得聚氨酯泡沫的水接触角提高。
以上为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (5)
1.聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将2～4质量份预处理的花生壳粉末置于十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中，在40～50℃下搅拌反应1～4h，然后过滤、洗涤、干燥，即可得到疏水改性花生壳粉末；
步骤二：将疏水改性花生壳粉末、聚氨酯预聚体和水混合后于800～1000rpm转速下搅拌40～60s，使其混合均匀，然后迅速转移至蒸发皿，室温发泡固化，取出后将聚氨酯泡沫裁成适当大小的块状，用水和无水乙醇分别清洗2～3次，置于60～70℃烘箱中烘干，即可得到聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料；
步骤一中所述预处理的花生壳粉末是将清洗过后的花生壳粉碎，过300目筛网；步骤二中聚氨酯预聚体为端异氰酸酯基预聚体，疏水改性花生壳粉末、聚氨酯预聚体和水的质量比为：1～4:20:30～50。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一中十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液中各组分的体积比为十六烷基三甲氧基硅烷：水：无水乙醇＝2～4:5:43～41。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤一中十六烷基三甲氧基硅烷的乙醇溶液预先在40℃下磁力搅拌6～24h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的聚氨酯泡沫负载疏水改性花生壳粉末复合材料。
5.根据权利要求4所述的复合材料在油水分离中的应用。
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