CN114957969A - 一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法和应用，属于聚氨酯泡沫材料制备及应用的技术领域。本发明利用乙酰化的木质素掺杂制备聚氨酯泡沫，提高了改性聚氨酯泡沫的吸油能力，与一般聚氨酯泡沫相比，具有更优的吸油性能和机械性能，解决了现有聚氨酯泡沫水油分离难度大及效率低的问题，更适用于吸收海洋废油。此外，本发明采用木质素作为聚氨酯泡沫吸附材料的填料，提高了吸附材料的生物降解能力和可重复利用性能，降低成本的同时，对于开启基于生物材料的新型环保型吸油剂具有一定的促进作用。

Description

一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法 和应用
技术领域
本发明涉及一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法和应用，属于聚氨酯泡沫材料制备及应用的技术领域。
背景技术
随着经济的不断发展，石油已经成为工业化进程中工业生产不可或缺的一部分。但随着石油资源的不断开发，海洋石油泄露和有毒有机污染物的产生已经成为需要解决的一个重要难题。在各种清理方法中，物理吸附常用于清除漂浮在水面上的薄油层。
与其他多孔材料相比，聚氨酯泡沫具有良好的油溶胀性能、优异的机械强度和易于大规模生产，因此可被认为是最有效的吸油材料之一。通过掺入纳米粘土、二氧化硅、碳纳米管等填料可以提高聚氨酯泡沫的表面润湿性能，增强吸附能力，但这些填料吸油的同时会吸水，提高了水油分离的难度及效率。
木质素作为仅次于纤维素的第二丰富的可再生生物资源，但通常是工业生产过程中的生产废物，难以利用其优良的低成本、可生物降解性。因此，提供一种基于木质素改性的聚氨酯吸油泡沫用于吸收海洋废油是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫及其制备方法和应用。
本发明的技术方案：
一种基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫，由以下重量份的原料制备而成：乙酰化木质素5～40份，聚醚多元醇50份，催化剂0.2～0.5份，泡沫稳定剂3.5～5份，水0.3～0.5份，异氰酸酯30～50份。
进一步限定，水为0.1～5份。
进一步限定，乙酰化木质素包括以下重量份的原料：吡啶90-110份，冰乙酸45-65份，木质素10份。
进一步限定，聚醚多元醇为PPG400或/和PPG2000。
进一步限定，催化剂为叔胺催化剂、锌铋复合催化剂、乙酸钾中一种或两种以上按照任意比例混合。
进一步限定，泡沫稳定剂为硅油。
更进一步限定，泡沫稳定剂为二甲基硅油KF-96。
进一步限定，异氰酸酯中含有二苯基甲烷二异氰酸酯，官能度为2.6～2.7。
本发明提供的基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫的制备方法包括以下步骤：
S1，制备乙酰化木质素；
S2，将乙酰化木质素和聚醚多元醇混合，搅拌5min，加入催化剂和水，搅拌30s，加入异氰酸酯，搅拌30s，得到混合物，将混合物迅速倒入发泡箱中在50℃烘箱中静置发泡固化1h，得到具有优异吸油特性的改性聚氨酯泡沫。
进一步限定，S1的操作过程为：首先，在室温下将木质素与吡啶混合，磁力搅拌使木质素完全溶解；然后，加入冰乙酸，在室温下反应24h，得到反应液；最后，将反应液滴加到冷水中，并静置，过滤，洗涤沉淀，干燥，得到乙酰化木质素。
更进一步限定，干燥处理条件为：50℃真空烘箱中干燥过夜。
本发明提供的基于乙酰化木质素改性的聚氨酯吸油泡沫用于吸收海洋废油材料。
本发明利用乙酰化的木质素掺杂制备聚氨酯泡沫，研究聚氨酯泡沫的吸油性能和机械性能，与现有技术相比具体有益效果为：
(1)本发明利用乙酰化的木质素掺杂制备聚氨酯泡沫，提高了改性聚氨酯泡沫的吸油能力，与一般聚氨酯泡沫相比，具有更优的吸油性能和机械性能，解决了现有聚氨酯泡沫水油分离难度大及效率低的问题，更适用于吸收海洋废油。
(2)本发明对木质素进行改性在溶解木质素后，通过使用冰乙酸与木质素在常温下反应，使乙酰基取代羟基，继而使其具有疏水亲油的性能。
(3)本发明采用木质素作为聚氨酯泡沫吸附材料的填料，提高了吸附材料的生物降解能力和可重复利用性能，降低成本的同时，对于开启基于生物材料的新型环保型吸油剂具有一定的促进作用。
(4)本发明提供的聚氨酯泡沫吸附材料的制备原料易获取，所需的仪器设备常见，制备成本较低，制备过程绿色环保，可实现工业规模化制备。
附图说明
图1为未经处理的木质素FT-IR光谱图；
图2为实施例1获得的乙酰化后的木质素FT-IR光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
以下实施例涉及药品的厂家、型号为:
聚醚多元醇PPG400羟值为255-312mgKOH/g，水份≤0.5％；聚醚多元醇PPG2000羟值为51-62mgKOH/g，水份≤0.5％；锌铋复合催化剂分子量为351.82；吡啶为麦克林生化材料有限公司生产，其CAS号为110-86-1；冰乙酸为麦克林生化材料有限公司生产，试剂纯度为99.5％；异氰酸酯，官能度约为2.6～2.7；泡沫稳定剂为硅油，选自信越KF-96二甲基硅油。
实施例1：
一、制备乙酰化木质素：
在室温下，将烘干的木质素10g与100mL吡啶混合，将混合物用磁性搅拌器剧烈搅拌1小时以均匀溶解木质素；随后加入50mL冰乙酸，木质素与冰乙酸在室温下反应24小时。然后，将混合物滴加到冷水中，并沉淀、过滤所得固体产物使用去离子水洗涤以除去吡啶、未反应的冰乙酸和副产物，最后在50℃真空烘箱中干燥过夜，得到乙酰化木质素。
对未经处理的木质素和处理后得到的乙酰化木质素的结构进行表征，结果分别如图1和图2所示，由图1可知，在～3400cm-1处观察到的带对应于羟基，在～1730cm-1和～1633cm-1处观察到C＝O键的条带，在～1730cm-1和～1245cm-1处的峰对应于果胶的存在，由于C＝C面内芳香族振动，在～1631cm-1处发现了木质素峰。由图2可知，在1619cm-1观察到的光谱中的谱带明显增加，这主要是由于酯的羰基的存在。此外，在3440cm-1-3100cm-1观察到的宽带强度急剧下降是由于分子间氢键的减少，表明木质素中的羟基被乙酰基取代。
二、制备聚氨酯泡沫：
将乙酰化后的7g木质素、15g聚醚多元醇PPG2000和4.6g聚醚多元醇PPG400在500r/min条件下搅拌5min混合均匀，得到组分A；称取锌铋复合催化剂1.1g、水4g作为组分B，将A、B两组分混合，在1000r/min条件下搅拌30s；称取16g异氰酸酯作为组分C，将混合后的A、B组分与C组分，在2000r/min条件下搅拌30s，在50℃烘箱中静置固化1h，即得到聚氨酯泡沫。
实施例2：
一、制备乙酰化木质素：
在室温下，将烘干的木质素10g与110mL吡啶混合，将混合物用磁性搅拌器剧烈搅拌1小时以均匀溶解木质素；随后加入60mL冰乙酸，木质素与冰乙酸在室温下反应24小时。然后，将混合物滴加到冷水中，并沉淀、过滤所得固体产物使用去离子水洗涤以除去吡啶、未反应的冰乙酸和副产物，最后在50℃真空烘箱中干燥过夜，得到乙酰化木质素。
二、制备聚氨酯泡沫：
将乙酰化后的10g木质素、15g聚醚多元醇PPG2000和4.6g聚醚多元醇PPG400在500r/min条件下搅拌5min混合均匀，得到组分A；称取锌铋复合催化剂1.1g、水4g作为组分B，将A、B两组分混合，在1000r/min条件下搅拌30s；称取16g异氰酸酯作为组分C，将混合后的A、B组分与C组分，在2000r/min条件下搅拌30s，在50℃烘箱中静置固化1h，即得到聚氨酯泡沫。
实施例3：
一、制备乙酰化木质素：
在室温下，将烘干的木质素10g与100mL吡啶混合，将混合物用磁性搅拌器剧烈搅拌1小时以均匀溶解木质素；随后加入50mL冰乙酸，木质素与冰乙酸在室温下反应24小时。然后，将混合物滴加到冷水中，并沉淀、过滤所得固体产物使用去离子水洗涤以除去吡啶、未反应的冰乙酸和副产物，最后在50℃真空烘箱中干燥过夜，得到乙酰化木质素。
二、制备聚氨酯泡沫：
将乙酰化后的4.5g木质素、15g聚醚多元醇PPG2000和4.6g聚醚多元醇PPG400在500r/min条件下搅拌5min混合均匀，得到组分A；称取锌铋复合催化剂1.1g、水4g作为组分B，将A、B两组分混合，在1000r/min条件下搅拌30s；称取16g异氰酸酯作为组分C，将混合后的A、B组分与C组分，在2000r/min条件下搅拌30s，在50℃烘箱中静置固化1h，即得到聚氨酯泡沫。
对比例1：
本对比例与实施例1不同处为：不对木质素进行改性处理，其余操作步骤与实施例1相同，具体操作过程如下：
将1.43μm的7g木质素、15g聚醚多元醇PPG2000和4.6g聚醚多元醇PPG400在500r/min条件下搅拌5min混合均匀，得到组分A；称取锌铋复合催化剂1.1g、水4g作为组分B，将A、B两组分混合，在1000r/min条件下搅拌30s；称取16g异氰酸酯作为组分C，将混合后的A、B组分与C组分，在2000r/min条件下搅拌30s，在50℃烘箱中静置固化1h，即得到聚氨酯泡沫。
效果例：
将实施例1-3以及对比例1获得的聚氨酯泡沫的吸油性能进行对比，结果如下表所示：
乙酰化木质素含量 吸油量g/g 周期数 恢复方法
20％ 5.56 45 挤压
15％ 5.31 40 挤压
10％ 8.94 37 挤压
非改性20％ 1.64 4 洗涤
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，鉴于本发明所属领域的技术人员可以对上述实施方式进行适当的变更和修改，因此，本发明并不局限于上面所述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：乙酰化木质素5～40份，聚醚多元醇50份，催化剂0.2～0.5份，泡沫稳定剂3.5～5份，水0.3～0.5份，异氰酸酯30～50份。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，乙酰化木质素包括以下重量份的原料：吡啶90-110份，冰乙酸45-65份，木质素10份。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，聚醚多元醇为PPG400或/和PPG2000。
4.根据权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，催化剂为叔胺催化剂、锌铋复合催化剂、乙酸钾中一种或两种以上按照任意比例混合。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，泡沫稳定剂为硅油。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，泡沫稳定剂为二甲基硅油KF-96。
7.根据权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫，其特征在于，异氰酸酯中含有二苯基甲烷二异氰酸酯，官能度为2.6～2.7。
8.一种权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1，制备乙酰化木质素；
S2，将乙酰化木质素和聚醚多元醇混合，搅拌5min，加入催化剂和水，搅拌30s，加入异氰酸酯，搅拌30s，得到混合物，将混合物迅速倒入发泡箱中发泡固化，得到具有优异吸油特性的改性聚氨酯泡沫。
9.根据权利要求8所述的聚氨酯吸油泡沫的制备方法，其特征在于，S1的操作过程为：首先，在室温下将木质素与吡啶混合，磁力搅拌使木质素完全溶解；然后，加入冰乙酸，在室温下反应24h，得到反应液；最后，将反应液滴加到冷水中，并静置，过滤，洗涤沉淀，干燥，得到乙酰化木质素。
10.一种权利要求1所述的聚氨酯吸油泡沫用于吸收海洋废油材料。
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