專利名稱：一種親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子材料領(lǐng)域，具體涉及一種親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料及其制 備方法
背景技術(shù)：
聚氨酯泡沫塑料因其孔隙率高、比表面積大、內(nèi)外孔相通、力學(xué)性能良好，加上具 有良好的流體力學(xué)性能，是具有特殊吸附、過濾和捕集功能的材料。泡沫塑料作為一種分離 過濾富集材料應(yīng)用到化學(xué)分析中已有幾十年的歷史，目前的工作主要集中在將各種功能單 體加入到泡沫塑料中，使其具有特殊吸附功能或增強(qiáng)其力學(xué)性能等。固定化微生物技術(shù)，是從20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，它是通 過化學(xué)或物理的手段將游離細(xì)胞或酶或功能細(xì)菌定位于限定的空間區(qū)域內(nèi)，不僅使其保持 活性還可反復(fù)利用的一種基本技術(shù)。微生物固定化的方法多種多樣，任何一種限制微生物 自由流動的技術(shù)，都可以用來對微生物進(jìn)行固定化。20世紀(jì)70年代后期，隨著水環(huán)境污染 的日益嚴(yán)重，研究高效生物處理廢水系統(tǒng)的要求日益迫切，國內(nèi)外開始應(yīng)用固定化技術(shù)來 處理廢水。聚氨酯泡沫因其優(yōu)異的性能開始受到人們的關(guān)注，目前美國環(huán)保局(USEPA)將其 列為廢水生物處理的一項(xiàng)新興材料，然而普通聚氨酯泡沫塑料固定細(xì)菌具有固定化量不 多，而且由于其親水性不好，工業(yè)應(yīng)用方面導(dǎo)致裝置開車啟動速度慢等問題。鑒于此，希望 通過簡單工藝得到親水性能較好的聚氨酯泡沫塑料，同時因?yàn)榧?xì)菌表面帶有負(fù)電，在聚氨 酯泡沫中加入陽離子基團(tuán)，以便加大對消化細(xì)菌的固定化量。環(huán)氧樹脂廣泛應(yīng)用于化工、機(jī)械、電子、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域。水性環(huán)氧樹 脂同時具備了親水性和可陽離子化基團(tuán)，而且對底材具有極高的附著力，固化后的涂膜耐 腐蝕性和耐化學(xué)藥品性能優(yōu)異，涂膜收縮小、硬度高、耐磨性好、電氣絕緣性能優(yōu)異，所以選 擇其為普通工業(yè)聚氨酯泡沫塑料的涂層材料。聚氨酯泡沫塑料的制備技術(shù)已經(jīng)比較成熟，秦蓓等通過填充纖維素接枝丙烯酸 類吸水劑(化工新型材料，2005，33 (10) :84-87)或交聯(lián)聚丙烯酸鈉吸水劑(聚氨酯工業(yè)， 2001,16(2) :20-23)改善了聚氨酯泡沫塑料的親水性，但得到的產(chǎn)品表面均不含有陽離子 基團(tuán)。利用環(huán)氧樹脂涂覆制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料尚屬首次。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料及其制備方法。本發(fā)明所提供的親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料是按照包括下述步驟的方法制備 得到1)配制親水環(huán)氧樹脂涂飾劑將組分a和組分b混合、攪拌均勻，靜置，得到所述親水環(huán)氧樹脂涂飾劑；所述組分a由親水性環(huán)氧樹脂和溶劑組成，所述溶劑能溶解親水性環(huán)氧樹脂，但不能溶解聚氨酯泡沫塑料；所述組分b為多胺固化劑；2)將聚氨酯泡沫塑料浸入步驟1)配制的環(huán)氧樹脂涂飾劑中，擠壓，取出后放入烘 箱中固化；3)將固化后的產(chǎn)品進(jìn)行酸化處理，洗滌，烘干，得到所述親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料。將處理的樣品(尺寸為1. 5cmXl. 5cmXl. 5cm)放入燒杯中，加入35g去離子水， 浸泡12h，測量電導(dǎo)率，根據(jù)NH4Cl稀溶液電導(dǎo)率和濃度之間的線性關(guān)系，近似得到泡沫塑料 溶液中的陽離子濃度，從而得到泡沫塑料樣品表面陽離子的含量。并測量環(huán)氧樹脂固化膜 酸化后與水的接觸角。經(jīng)測試本發(fā)明所得到的產(chǎn)物表面陽離子含量0. 3-0. 9mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后 接觸角為觀° -75°。本發(fā)明方法步驟1)中，所述組分a中親水性環(huán)氧樹脂具體可為北京金島奇士材料 公司提供的水性環(huán)氧樹脂，所述溶劑具體可為丙酮；所述組分b中多胺固化劑具體可為四 乙烯五胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺，優(yōu)選為四乙烯五胺。步驟1)配制的親水環(huán)氧樹脂涂飾劑中，所述多胺固化劑中的活潑氫與所述親水 環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為0. 3-3. 0，優(yōu)選為0. 8-1. 2。隨多胺過量的越多，陽離子含 量越高，但改性后泡沫塑料越來越脆，影響其應(yīng)用。所述親水環(huán)氧樹脂涂飾劑的固含量可為5. 0-20%，優(yōu)選為10%。如果固含量過低 則陽離子含量不高，從而降低了親水性；若固含量過高，則導(dǎo)致涂飾量過多，影響泡沫塑料 拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能。步驟2)中所述固化的溫度可為50_80°C，固化的時間可為5-8小時。步驟幻中所述酸化處理的方法如下將固化后的產(chǎn)品放入質(zhì)量濃度為3-10%的 鹽酸溶液中酸化20-60min。本發(fā)明的特點(diǎn)是
本發(fā)明在傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫塑料表面引入了陽離子基團(tuán)，同時改善了親水性，不 僅可以直接作為各種吸附材料或載體使用，而且提供了進(jìn)一步功能化的可能。與普通泡沫 塑料相比，只需附加涂膜裝置即可，涂飾劑簡單易得，易操作，易工業(yè)化。本發(fā)明中原料的來源廣泛，價格便宜，經(jīng)洗滌后，不會對人體及環(huán)境造成任何污 染。制備工藝簡單，所制得的產(chǎn)品親水性好，且表面含有陽離子基團(tuán)，在吸附細(xì)菌等負(fù)電荷 物質(zhì)方面有很好應(yīng)用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面1、反應(yīng)對設(shè)備要求簡單；2、原料來源廣，成本低，容易在我國推廣；3、產(chǎn)物表面帶有陽離子基團(tuán)，在特定環(huán)境下有很好的應(yīng)用前景，且有進(jìn)一步改性 的可能和空間；4、產(chǎn)品親水，在水環(huán)境下使用有更好的親和性。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不局限于此。
下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如 無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例中所有份額和百分比都以質(zhì)量計。實(shí)施例1、制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料1、配制環(huán)氧樹脂涂飾劑涂飾劑配方組分a 親水環(huán)氧樹脂(北京金島奇士材料公司提供，環(huán)氧值0. 68) 1. Og,溶劑丙酮9. 83g ；組分b 四乙烯五胺0. 092g。將組分(a)和組分(b)分別混合均勻，然后再混合、攪拌均勻，靜置5min，待用。其 中，四乙烯五胺中的活潑氫與親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為0.5，固含量10%。2、泡沫塑料涂層將工業(yè)聚氨酯泡沫放入環(huán)氧樹脂涂飾劑中，擠壓lmin，取出，用力擠壓，盡量擠干， 然后放入60°C烘箱中固化。Mi后取出，放入5%鹽酸溶液中酸化30min，取出，洗滌，烘干， 測試。將制備的樣品(尺寸為1. 5cmXl. 5cmXl. 5cm)放入燒杯中，加入35g去離子水， 浸泡12h，測量電導(dǎo)率，根據(jù)NH4Cl稀溶液電導(dǎo)率和濃度之間的線性關(guān)系，近似得到泡沫塑料 溶液中的陰離子濃度，從而得到泡沫塑料樣品表面陽離子的含量。經(jīng)測試產(chǎn)物表面陽離子 含量0. 459mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后接觸角為69°。實(shí)施例2、制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整涂飾劑配方中環(huán)氧樹脂0.75g，四乙烯五胺 0. 092g，溶劑丙酮7. 58g;四乙烯五胺中的活潑氫與親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為 1 1.5。經(jīng)測試產(chǎn)物表面陽離子含量0. 687mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后接觸角為71°。實(shí)施例3、制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整涂飾劑配方中環(huán)氧樹脂l.Og，四乙烯五胺 0. 184g，溶劑丙酮10. 66g;四乙烯五胺中的活潑氫與親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為
1 Io經(jīng)測試產(chǎn)物表面陽離子含量0. 904mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后接觸角為66°。實(shí)施例4、制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整涂飾劑配方中環(huán)氧樹脂l.Og，四乙烯五胺
0.276g，溶劑丙酮11. 48g;四乙烯五胺中的活潑氫與親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為
1.5 1。經(jīng)測試產(chǎn)物表面陽離子含量0. 695mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后接觸角為58°。實(shí)施例5、制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料制備方法與實(shí)施例1相同，調(diào)整涂飾劑配方中環(huán)氧樹脂l.Og，四乙烯五胺 0. 368g，溶劑丙酮12. 31g;四乙烯五胺中的活潑氫與親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為 2.0 1。經(jīng)測試產(chǎn)物表面陽離子含量0. 658mmol/g，涂飾劑涂膜酸化后接觸角為28°。對比例1 只使用普通工業(yè)聚氨酯泡沫塑料，酸化后不親水，在35g水溶液中浸泡1 后電導(dǎo) 率值18. 7μ s/cm，基本沒有可電離官能團(tuán)，其表面相對陽離子含量視為0。
對比實(shí)施例表明，如果不進(jìn)行涂層改性，普通工業(yè)泡沫塑料酸化后親水性仍然很 差，而且表面基本沒有陽離子基團(tuán)。
權(quán)利要求
1.一種制備親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料的方法，包括下述步驟1)配制親水環(huán)氧樹脂涂飾劑將組分a和組分b混合、攪拌均勻，靜置，得到所述親水環(huán)氧樹脂涂飾劑； 所述組分a由親水性環(huán)氧樹脂和溶劑組成，所述溶劑能溶解親水性環(huán)氧樹脂，但不能 溶解聚氨酯泡沫塑料；所述組分b為多胺固化劑；2)將聚氨酯泡沫塑料浸入步驟1)配制的環(huán)氧樹脂涂飾劑中，擠壓，取出后放入烘箱中 固化；3)將固化后的產(chǎn)品進(jìn)行酸化處理，洗滌，烘干，得到所述親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟1)中所述溶劑為丙酮；所述多胺固 化劑為四乙烯五胺、二乙烯三胺或三乙烯四胺，優(yōu)選為四乙烯五胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于步驟1)所述親水環(huán)氧樹脂涂飾劑中 所述多胺固化劑中的活潑氫與所述親水環(huán)氧樹脂中環(huán)氧基團(tuán)的當(dāng)量比為0. 3-3.0，優(yōu)選為 0. 8-1. 2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟1)所述親水環(huán)氧樹脂涂 飾劑的固含量為5. 0-20%，優(yōu)選為10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟幻中所述固化的溫度為 50-80°C，固化的時間為5-8小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于步驟幻中所述酸化處理的方 法如下將固化后的產(chǎn)品放入質(zhì)量濃度為3-10%的鹽酸溶液中酸化20-60min。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述方法制備得到的親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料及其制備方法。該親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料是按照包括下述步驟的方法制備得到1)將組分a和組分b混合、攪拌均勻，靜置，得到親水環(huán)氧樹脂涂飾劑；所述組分a由親水性環(huán)氧樹脂和溶劑組成，所述溶劑能溶解親水性環(huán)氧樹脂，但不能溶解聚氨酯泡沫塑料；所述組分b為多胺固化劑；2)將聚氨酯泡沫塑料浸入環(huán)氧樹脂涂飾劑中，擠壓，取出后放入烘箱中固化；3)將固化后的產(chǎn)品進(jìn)行酸化處理，洗滌，烘干，得到所述親水陽離子型聚氨酯泡沫塑料。本發(fā)明在聚氨酯泡沫塑料表面引入了陽離子基團(tuán)，同時改善了親水性，在吸附細(xì)菌等負(fù)電荷物質(zhì)方面有很好應(yīng)用。與普通泡沫塑料相比，只需附加涂膜裝置即可，涂飾劑簡單易得，易操作，易工業(yè)化。
文檔編號C09D7/12GK102108131SQ20101061202
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者唐黎明, 王德源 申請人:清華大學(xué)