專利名稱：聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高吸水海綿，特別是涉及一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿，具體涉及一種具有高交聯(lián)密度的、高吸水倍率的、親水性好的聚乙烯醇-聚氨酯吸水海綿的制備方法。
背景技術(shù)：
吸水海綿是一種新型的功能高分子材料，是一種含有羥基、羧基等強親水性基團(tuán)并具有一定交聯(lián)度的具有一定交聯(lián)度的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)新型功能高分子材料，它具有超強的吸水保水能力，廣泛應(yīng)用于林、園藝、工業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保等各個領(lǐng)域。它能反復(fù)釋水、吸水，因此被比喻為“微型水庫”。其中聚乙烯醇縮醛類吸水海綿以其優(yōu)異的性能備受關(guān)注，這種海綿具有如下優(yōu) 點1)因分子結(jié)構(gòu)中具有親水基團(tuán)而具備較強的吸水能力；2)海綿柔韌性好，回彈性好；3)親水性、耐堿性、耐磨性、耐蠕變、耐凍融性較好；4)對氧、紫外線穩(wěn)定，不易老化。然而,聚乙烯醇縮醛類吸水海綿雖然廣泛使用，但其性能卻不夠理想，應(yīng)用受到限制，也存在著以下不足之處1)醛類有毒，并且具有很強的揮發(fā)性，生產(chǎn)及使用不安全、危害身體健康并且嚴(yán)重污染環(huán)境；2)吸水倍率達(dá)不到現(xiàn)代工業(yè)與城市生活要求；3)親水性、保水性有待提高；4)海綿泡孔不夠均勻細(xì)密；5)耐高溫性不好；6)難以改性而應(yīng)用于其他領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對聚乙烯醇縮醛類吸水海綿自身的不足，提供一種吸水速度快，吸水倍數(shù)高的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法。本發(fā)明采用一種新型的交聯(lián)劑代替醛類，并能通過自身的親水鏈段進(jìn)一步提高海綿的吸水性能和通過交聯(lián)固化提高海綿的機械性能，研發(fā)高性能吸水海綿的制備方法，并實現(xiàn)海綿的綠色環(huán)保生產(chǎn)。本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法先將聚乙烯醇和蒸餾水混合，在50 95°C水浴下,在轉(zhuǎn)速400 600r/min的條件下溶解20 30min,得到聚乙烯醇水溶液；然后將聚乙烯醇水溶液加熱到30 100°C，加入水性聚氨酯預(yù)聚體、催化劑和輔助發(fā)泡齊U，轉(zhuǎn)速400 600r/min條件下攪拌混合均勻后反應(yīng)5 lOmin，再在30 100°C條件下固化2 4h，得吸水倍率超過9. 8倍的海綿；以質(zhì)量百分比計，其原料配方組成為聚乙烯醇10 80%
蒸餾水10 75%
水性聚氨酯預(yù)聚體3 50%
催化劑I 15%
輔助發(fā)泡劑I 30%所述催化劑為辛酸亞錫、N，N-二甲基環(huán)己胺、雙(2-二甲氨基乙基)醚、三亞乙基二胺、羧酸鉀、1，3，5-三(二甲氨丙基)_六氫化三嗪和二月桂酸二丁基錫中的一種或多種； 所述輔助發(fā)泡劑包括填孔劑、發(fā)泡劑、表面活性劑、固化劑；所述填孔劑為淀粉、碳酸鈣(老粉)、硅酸鎂(滑石粉)、重晶石粉、石英粉、石膏粉、硅藻土、高嶺土、松香和玻璃粉中的一種或多種；所述發(fā)泡劑為正戊烷、正己烷、正庚烷、異丁烷、異戊烷、四氫呋喃、石油醚(石腦油)、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一種或多種；所述固化劑為戊二醛、丁二醛、磷酸和苯磺酸中的一種或多種；所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅油、硬脂酸、卵磷脂、月旨肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦(司盤)，聚山梨酯(吐溫)、硫酸化蓖麻油、二辛基琥珀酸磺酸鈉和苯扎氯銨(潔爾滅)中的一種或多種；所述的水性聚氨酯預(yù)聚體為Bayhydur305、Bayhydur2655、Bayhydur401_7、BayhydurT0607> BayhydurN3390> Bayhydur 2547、Bayhydur 3100、BayerBayhydrol BL5140>Bayhydur XP 2487/1>BayerDesmodur N3600>BayerBayhydroI D 356>BayerDesmodurZ4470MPA/XIPDI 和 Acure 8110 中的一種或多種。為進(jìn)一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，所述聚乙烯醇和蒸餾水混合是按I : 5-7質(zhì)量比將聚乙烯醇和蒸餾水混合。所述聚乙烯醇和蒸餾水混合以質(zhì)量比優(yōu)選為1:6。所述固化2 4h后還包括將固化得到的海綿取出，清洗海綿內(nèi)殘余物。所述海綿內(nèi)殘余物為填孔劑。所述聚乙烯醇為聚乙烯醇1799、1788和124中的一種或多種。本發(fā)明制備的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，海綿吸水倍率高、保水性能好，并且具有良好的親水性。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果(I)利用聚乙烯醇與聚氨酯預(yù)聚體交聯(lián)固化，把兩者的優(yōu)良性能有機合在一起。所得海綿吸水倍率從現(xiàn)有的聚乙烯醇縮醛類海綿的6 8倍提高到10 20倍，吸水速率從現(xiàn)有海綿4g/min *g提高到8g/min *g,在水產(chǎn)品加工、食品、臨床醫(yī)學(xué)和水處理等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。(2)本發(fā)明采用物理發(fā)泡劑輔助發(fā)泡，能減少對孔壁的破壞，使泡孔更加均勻細(xì)密，減少形成大泡孔或中空坍塌的機率。(3)本發(fā)明利用水性聚氨酯代替醛類交聯(lián)，可以改變目前使用醛類交聯(lián)縮醛化度低、醛類游離量高，低溫穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，減少醛類對環(huán)境的污染和產(chǎn)品毒性的影響，實現(xiàn)綠色化工，環(huán)保低污染。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實施例表達(dá)的范圍之內(nèi)。實施例I一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟(I)將5g型號為1799的聚乙烯醇，和30g蒸餾水加入到反應(yīng)器中，在90 95°C水浴下，利用攪拌機，在轉(zhuǎn)速400r/min的條件下溶解20min,得到聚乙烯醇的水溶液。(2)取上述聚乙烯醇水溶液,滴加5g的水性聚氨酯預(yù)聚體,型號為Bayhydur305,然后再滴加O. 8g催化劑辛酸亞錫，在30°C水浴中混合均勻，在攪拌機以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌下，反應(yīng)5min。(3)將步驟(2)得到的膠狀液在60°C條件下固化2h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(4)將步驟(3)固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例2一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟(I)將2g型號為1788、3g型號為1799的聚乙烯醇，和37. 5g蒸餾水加入到反應(yīng)器中，在50 60°C水浴下,利用攪拌機,在轉(zhuǎn)速600r/min的條件下溶解30min,得到聚乙烯醇的水溶液。(2)取上述聚乙烯醇水溶液，滴加5g型號為Bayhydur2655、5g型號為Bayhydur401-7的水性聚氨酯預(yù)聚體，然后再滴加催化劑辛酸亞錫O. 4g、三亞乙基二胺O. 4g、羧酸鉀O. 4g、二月桂酸二丁基錫O. 4g，同時加入4g淀粉、O. 8g戊烷、O. 05g戊二醛、
O.8g十二烷基硫酸鈉，在80°C水浴中混合均勻，在攪拌機以轉(zhuǎn)速600r/min攪拌下，反應(yīng)IOmin0(3)將步驟(2)得到的膠狀液放入烘箱，在80°C條件下固化4h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(4)將步驟(3)固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例3一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟(I)將Ig型號為1799、2g型號為1788、2g型號為124的聚乙烯醇，和5g蒸餾 水加入到反應(yīng)器中，在90°C水浴下，利用攪拌機，在轉(zhuǎn)速500r/min的條件下溶解25min，得到聚乙烯醇水溶液。(2)取上述聚乙烯醇水溶液，滴加 5gBayhydurT0607、5gBayhydurN3390、5gBayhydur2547、5gBayhydur 3100>5gBayerBayhydrol BL 5140 的水性聚氨酯預(yù)聚體,然后再滴加O. 4g催化劑辛酸亞錫和O. 4g三亞乙基二胺，同時加入Ig淀粉、O. 5g碳酸鈣(老粉)、0. 5g硅酸鎂(滑石粉)、0. 5g重晶石粉、O. 5g戊烷、O. 5g己烷、O. 05g戊二醛、O. 05g 丁二醒、O. 05g磷酸、O. 05g苯磺酸、O. Ig十二燒基硫酸鈉、O. Ig娃油、O. Ig硬脂酸、O. 2g卵磷月旨、O. Ig脂肪酸甘油酯，O. Ig脂肪酸山梨坦(司盤)，在95°C水浴中混合均勻，在攪拌機以轉(zhuǎn)速500r/min攪拌下，反應(yīng)8min。(3)將步驟⑵得到的膠狀液放入烘箱，在90 100°C條件下固化2h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(4)將步驟(3)固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例4
一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟(I)將40g型號為124的聚乙烯醇，和5g蒸餾水加入到反應(yīng)器中，在90°C水浴下，利用攪拌機，在轉(zhuǎn)速400r/min的條件下溶解30min,得到聚乙烯醇的水溶液。(2)取上述聚乙烯醇水溶液，滴加5g的水性聚氨酯預(yù)聚體，型號為BayhydurT0607,然后再滴加3g催化劑辛酸亞錫和4g三亞乙基二胺，同時加入4g淀粉，
O.8g戊烷，O. 5g戊二醛(與水質(zhì)量比I : 100稀釋)，Ig表面活性劑十二烷基硫酸鈉，在70°C水浴中混合均勻，在攪拌機以轉(zhuǎn)速400r/min攪拌下，反應(yīng)lOmin。(3)將步驟(2)得到的膠狀液放入烘箱，在80°C條件下固化3h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(4)將步驟(3)固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物，如填孔劑淀粉、交聯(lián)劑水性聚氨酯預(yù)聚體等清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例5一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟(I)將6g型號為1799的聚乙烯醇和25g蒸餾水加入到反應(yīng)器中，在80 90°C水浴下，利用攪拌機，在轉(zhuǎn)速600r/min的條件下溶解20min,得到聚乙烯醇的水溶液。(2)取上述聚乙烯醇水溶液，滴加 2g BayhydurN3390>2gBayerDesmodurZ4470MPA/XIPDI、2gAcure 8110水性聚氨酯預(yù)聚體，然后再滴加2g辛酸亞錫、2g三亞乙基二胺、2g 二月桂酸二丁基錫，同時加入6. 5g淀粉，4. 5g戊烷，5. 5g戊二醛(與水質(zhì)量比I 100稀釋)，在攪拌機以轉(zhuǎn)速600r/min攪拌下，反應(yīng)5min。(3)將步驟(2)得到的膠狀液放入烘箱，在30°C條件下固化4h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(4)將步驟(3)固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物，如填孔劑淀粉、交聯(lián)劑水性聚氨酯預(yù)聚體等清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例6一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，包括如下步驟
(I)將5g型號為124的聚乙烯醇和30g蒸餾水加入到反應(yīng)器中，滴加4g的水性聚氨酯預(yù)聚體，型號為Bayhydur305,然后再滴加O. 8g催化劑辛酸亞錫和O. 8g三亞乙基二胺，同時加入4g碳酸鈣，O. 8g四氫呋喃，O. 5g戊二醛(與水質(zhì)量比I : 100稀釋)，lg聚山梨酯(吐溫)，在攪拌機以轉(zhuǎn)速600r/min攪拌下,反應(yīng)8min。(2)將步驟(I)得到的膠狀液放入烘箱，在100°C條件下固化2h，所得產(chǎn)物呈白色海綿狀，泡孔均勻，孔徑在微米層次；質(zhì)輕有彈性，柔韌性良好；硬度適中，吸水后能變軟，而且吸水保水性能優(yōu)良，具備高吸水海綿的性質(zhì)。(3)將步驟⑵固化得到的海綿取出，把海綿內(nèi)殘存的反應(yīng)物清洗出來，得到目標(biāo)產(chǎn)物高吸水海綿。實施例7將實施例1-6中所制備的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿和市售聚乙烯醇縮醛類海綿進(jìn)行吸水倍率、吸水速率的測試，測試方法采用國標(biāo)GB/T 8810-2005，測試結(jié)果如表I :表I海綿吸水倍率與吸水速率測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于，先將聚乙烯醇和蒸餾水混合，在50 95°C水浴下，在轉(zhuǎn)速400 600r/min的條件下溶解20 30min，得到聚乙烯醇水溶液；然后將聚乙烯醇水溶液加熱到30 100°C,加入水性聚氨酯預(yù)聚體、催化劑和輔助發(fā)泡劑，轉(zhuǎn)速400 600r/min條件下攪拌混合均勻后反應(yīng)5 lOmin，再在30 100°C條件下固化2 4h，得吸水倍率超過9. 8倍的海綿； 以質(zhì)量百分比計，其原料配方組成為聚乙烯醇IO 80%蒸餾水IO 75%水性聚氨酯預(yù)聚體3 50%催化劑I 15%輔助發(fā)泡劑I 30% 所述催化劑為辛酸亞錫、N，N-二甲基環(huán)己胺、雙(2-二甲氨基乙基)醚、三亞乙基二胺、羧酸鉀、I，3，5-三(二甲氨丙基)-六氫化三嗪和二月桂酸二丁基錫中的一種或多種； 所述輔助發(fā)泡劑包括填孔劑、發(fā)泡劑、表面活性劑和固化劑； 所述填孔劑為淀粉、碳酸鈣、硅酸鎂、重晶石粉、石英粉、石膏粉、硅藻土、高嶺土、松香和玻璃粉中的一種或多種； 所述發(fā)泡劑為正戊烷、正己烷、正庚烷、異丁烷、異戊烷、四氫呋喃、石油醚、三氯氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷中的一種或多種； 所述固化劑為戊二醛、丁二醛、磷酸和苯磺酸中的一種或多種； 所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硅油、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯、硫酸化蓖麻油、二辛基琥珀酸磺酸鈉和苯扎氯銨中的一種或多種； 所述的水性聚氨酯預(yù)聚體為 Bayhydur305、Bayhydur2655、Bayhydur401_7、BayhydurT0607> BayhydurN3390> Bayhydur 2547、Bayhydur 3100、BayerBayhydrol BL5140>Bayhydur XP 2487/1>BayerDesmodur N3600>BayerBayhydrol D 356>BayerDesmodurZ4470MPA/XIPDI 和 Acure 8110 中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于所述聚乙烯醇和蒸餾水混合是按I : 5-7質(zhì)量比將聚乙烯醇和蒸餾水混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于所述聚乙烯醇和蒸餾水混合優(yōu)選質(zhì)量比為I : 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于所述固化2 4h后還包括將固化得到的海綿取出，清洗海綿內(nèi)殘余物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于所述海綿內(nèi)殘余物為填孔劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，其特征在于所述聚乙烯醇為聚乙烯醇1799、1788和124中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明公開了聚乙烯醇-聚氨酯高吸水海綿的制備方法，該方法先將聚乙烯醇和蒸餾水混合，在50～95℃水浴下，在轉(zhuǎn)速400～600r/min的條件下溶解20～30min，得到聚乙烯醇水溶液；然后將聚乙烯醇水溶液加熱到30～100℃，加入水性聚氨酯預(yù)聚體、催化劑和輔助發(fā)泡劑，轉(zhuǎn)速400～600r/min條件下攪拌混合均勻后反應(yīng)5～10min，再在30～100℃條件下固化2～4h，得吸水倍率超過9.8倍的海綿；所得海綿吸水倍率從現(xiàn)有的聚乙烯醇縮醛類海綿的6～8倍提高到10～20倍，吸水速率從海綿4g/ming提高到8g/ming，在水產(chǎn)品加工、食品、臨床醫(yī)學(xué)和水處理等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。
文檔編號C08K3/00GK102827442SQ20121031345
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者文秀芳, 羅志波, 皮丕輝, 關(guān)懷, 周潔瑩, 胡俏衍, 蔡智奇, 林創(chuàng)發(fā) 申請人:華南理工大學(xué)