高吸油性樹(shù)脂

高分子化學(xué)課程論文高吸油性樹(shù)脂摘要：高吸油性樹(shù)脂是一種新型的吸油材料，在污染治理方面有著很廣闊的應(yīng)用前景。本文主要介紹了高吸油性樹(shù)脂的吸油機(jī)理、材料結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響、目前存在的問(wèn)題以及今后的發(fā)展方向，并簡(jiǎn)要介紹了高吸油性樹(shù)脂在其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：高吸油性樹(shù)脂 吸油材料 原油泄漏2010年7月，大連新港輸油管發(fā)生爆炸，近萬(wàn)噸原油流入海洋，給當(dāng)?shù)氐乃a(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)造成了致命的打擊。2010年，美國(guó)墨西哥灣發(fā)生海上鉆井平臺(tái)爆炸事故，事故造成的經(jīng)濟(jì)損失難以估計(jì)，對(duì)環(huán)境的破壞更是毀滅性的(見(jiàn)圖1)。（圖1）近年來(lái)，由含油工業(yè)污水及油船、油罐泄漏而造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重。因此，對(duì)于含油廢水的處理研究勢(shì)在必行，除了控制源頭、預(yù)防污染，還要找到一種高效、高選擇性、可回收的廉價(jià)吸油材料。1966 年，美國(guó)道化學(xué)公司以烷基苯乙烯為單體，經(jīng)二乙烯苯交聯(lián)，首次制得高吸油樹(shù)脂。1973 年, 日本三井石油化學(xué)公司以烷基苯乙烯及丙烯酸烷基為單體進(jìn)行聚合并交聯(lián)，也獲得了高吸油樹(shù)脂。1990年，日本觸媒化學(xué)工業(yè)公司以丙烯酸類(lèi)單體為原料，制得了側(cè)鏈上有長(zhǎng)鏈烷基的高吸油樹(shù)脂。圖2所示即為一種聚氨酯吸油材料： （圖2）一、 高吸油性樹(shù)脂的吸油原理高吸油性樹(shù)脂, 是由親油性單體的低交聯(lián)度聚合物構(gòu)成的。聚合物呈三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 內(nèi)部具有一定的微孔。當(dāng)高吸油性樹(shù)脂投入油中時(shí)，油分子擴(kuò)散進(jìn)入聚合物微孔中，通過(guò)樹(shù)脂分子內(nèi)的非極性鏈段與油分子的溶劑化作用, 使鏈段伸展，聚合物發(fā)生溶脹。當(dāng)油分子進(jìn)入的足夠多, 溶劑化作用充分, 鏈段伸展開(kāi)來(lái), 網(wǎng)絡(luò)中只有共價(jià)鍵交聯(lián)點(diǎn)存在, 此時(shí)由Flory-Huggins方程控制, 即由熱力學(xué)推動(dòng)力推動(dòng)。當(dāng)高分子充分溶脹, 高分子鏈伸展到一定程度的時(shí)候, 由于存在彈性回縮力，使鏈段慢慢回縮，最終達(dá)到熱力學(xué)平衡態(tài)。一個(gè)好的吸油材料，首先是要有高的吸油能力，即單位質(zhì)量或體積的高分子所能吸附油的最大數(shù)量，還要有較快的吸油速率，要能在高效吸油地同時(shí)減少吸水量，以提高治污效率。此外，吸油材料的回收性和廉價(jià)性也很關(guān)鍵，這可避免二次污染并有效節(jié)省資源。二、 吸油性能的影響因素1. 單體結(jié)構(gòu)顯然，單體極性越小，對(duì)于更低極性的油的吸附能力越強(qiáng)，而且對(duì)油水的吸附選擇性也更好，當(dāng)樹(shù)脂脂與油品的溶解度參數(shù)相近時(shí)，樹(shù)脂達(dá)到最大吸油率。單體側(cè)鏈的長(zhǎng)短對(duì)吸油能力也有很大的影響：當(dāng)側(cè)鏈過(guò)短時(shí)，親油基團(tuán)較小，故吸油率較低；如果側(cè)鏈過(guò)長(zhǎng)，側(cè)鏈占據(jù)了三維網(wǎng)絡(luò)中的很多空間，導(dǎo)致有效容積降低，吸油率也將下降，實(shí)例如下表所示。此外，如果側(cè)鏈含有較多支鏈，則網(wǎng)絡(luò)容積會(huì)顯著增加，當(dāng)然，這也會(huì)增加聚合的難度。(表 單體結(jié)構(gòu)對(duì)吸油樹(shù)脂性能的影響 g二甲苯/g樹(shù)脂)單體CH2=CHCOOCH3CH2=C(CH3)COOC4H9CH2=C(CH3)COOC16H33CH2=C(CH3)COOC18H37吸油量1.29.023.8212. 交聯(lián)度，即交聯(lián)劑的用量交聯(lián)劑過(guò)少，即交聯(lián)點(diǎn)間的距離過(guò)小，交聯(lián)度過(guò)低, 樹(shù)脂的三維網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有完全形成, 樹(shù)脂在油中的可溶性增加，甚至發(fā)生軟化、塌陷，吸油率下降；交聯(lián)度太高，樹(shù)脂剛性過(guò)強(qiáng)，抑制了三維分子網(wǎng)的伸展, 加強(qiáng)了彈性收縮力, 因而也會(huì)使吸油率下降。3. 聚合工藝主要包括聚合溫度、時(shí)間、攪拌強(qiáng)度，它們會(huì)影響反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、聚合度、分子量分布以及交聯(lián)程度等。三、 目前存在的問(wèn)題1. 吸油速率慢目前開(kāi)發(fā)的吸油樹(shù)脂的吸油速率都較慢，這是因?yàn)闃?shù)脂吸油基于范德華力，需要發(fā)生溶劑化作用實(shí)現(xiàn)吸附，這一擴(kuò)散過(guò)程所需的時(shí)間較長(zhǎng)。2. 對(duì)于吸收原油的能力較小目前研究的吸油樹(shù)脂對(duì)苯和甲苯等有機(jī)物的吸附倍率明顯高于對(duì)機(jī)油、煤油和柴油等成品油的吸附倍率，而對(duì)于高黏度的原油的吸收能力更小，這使得高吸油樹(shù)脂在處理工業(yè)污水上有一定的優(yōu)勢(shì)，但是對(duì)于海洋原油泄漏的處理上卻不能完全滿足人們需要。3. 樹(shù)脂的再生利用目前處理帶油樹(shù)脂的方法大多是燃燒處置，如果能找出更有效的樹(shù)脂吸油后處理技術(shù)，能使得樹(shù)脂吸油后，在高壓下重新釋放油質(zhì)，使得吸油樹(shù)脂成為多次利用的材料，那么會(huì)大大降低成本。4. 強(qiáng)度較低由于當(dāng)前制備高吸油性樹(shù)脂的單體都為柔性鏈狀，因而在吸收油脂并溶脹后會(huì)變軟塌陷、甚至成為蠟狀。這使其根本無(wú)法滿足廢水處置時(shí)樹(shù)脂要耐受反復(fù)吸附一解吸附過(guò)程的要求，而與裝備聯(lián)合使用時(shí)也無(wú)法耐受強(qiáng)大的機(jī)械力。四、 未來(lái)的發(fā)展方向1. 擴(kuò)充單體的選擇范圍目前比較成熟的工業(yè)產(chǎn)品是聚丙烯酸酯類(lèi)和聚甲基丙烯酸酯類(lèi)，而事實(shí)上，很多的非極性單體都可以通過(guò)構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)達(dá)到吸油效果，應(yīng)該加大對(duì)其他單體聚合物的吸油能力測(cè)驗(yàn)。2. 加強(qiáng)基礎(chǔ)研究加強(qiáng)對(duì)吸油熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)、樹(shù)脂結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等方面的理論研究。對(duì)這幾個(gè)方面的研究在國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道，若能在這方面作深入探索，將為新型吸油材料的研究和開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。3. 提高現(xiàn)有材料的各種性能即上文中提到的目前高吸油樹(shù)脂存在的各種缺陷。4. 拓展高吸油樹(shù)脂的其他領(lǐng)域的應(yīng)用該材料不僅僅能使用在吸油治污的領(lǐng)域，憑借它特有的保油疏水的特性，可以有很多相關(guān)的應(yīng)用前景。五、 高吸油性樹(shù)脂的其他用途高吸油性樹(shù)脂除了可以吸收海洋泄漏的原油、工業(yè)廢水中的油性成分外，由于它本身具有保油疏水的特性，因而在其他領(lǐng)域也有很重要的應(yīng)用，具體體現(xiàn)在：1. 作為芳香劑、殺蟲(chóng)劑、誘魚(yú)劑等的基材高吸油性樹(shù)脂具有較強(qiáng)的吸油能力，能保存住較多的有機(jī)成分，同時(shí)又能根據(jù)周?chē)鷿舛鹊淖兓尫庞袡C(jī)成分，因而可以作為藥劑基材使用。2. 作為濾嘴添加劑它可以有效截留煙草燃吸時(shí)產(chǎn)生的有害成分, 如焦油、尼古丁等，可以降低由吸煙導(dǎo)致的各種呼吸疾病的幾率。3. 作為密封材料在一些纖維基材中添加530(w)的高吸油性樹(shù)脂，可以做成很好的油封材料，該材料遇油后吸收溶脹，從而可以起到防止油滲透的作用。4. 用作特殊材料的添加劑可利用高吸油性樹(shù)脂吸油的特點(diǎn)，將其制成乳液或者粉末，添加于有特殊要求的材料中，可以實(shí)現(xiàn)抗油漬等特性。結(jié)束語(yǔ)：隨著研究的不斷深入，不斷改進(jìn)吸油性能、優(yōu)化生產(chǎn)流程，高吸油性樹(shù)脂必將在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，而隨著有機(jī)制品的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用，除環(huán)保之外的其他相關(guān)領(lǐng)域也會(huì)對(duì)高吸油性樹(shù)脂提出新的性能要求。因此，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)新型高吸油樹(shù)脂具有很大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，前景十分廣闊。參考文獻(xiàn)：1. 胡玉山,張政樸,何炳林,高吸油性樹(shù)脂. 離子交換與吸附,1999,15(4):378一3842. 戴福陽(yáng),葉先郵,李曉,高吸油性樹(shù)脂的合成及性能研究. 福建化工,2002-第4期3. 藺海蘭,廖雙泉,張桂梅,廖建和,高吸油性樹(shù)脂的研究進(jìn)展. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué),2005年4月,第25卷第2期4. 魏徵,王源升,余紅偉,高吸油