高吸油性樹脂

高分子化學課程論文高吸油性樹脂摘要：高吸油性樹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用前景。本文主要介紹了高吸油性樹脂的吸油機理、材料結(jié)構(gòu)對性能的影響、目前存在的問題以及今后的發(fā)展方向，并簡要介紹了高吸油性樹脂在其他工業(yè)領(lǐng)域的應用。關(guān)鍵詞：高吸油性樹脂 吸油材料 原油泄漏2010年7月，大連新港輸油管發(fā)生爆炸，近萬噸原油流入海洋，給當?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，美國墨西哥灣發(fā)生海上鉆井平臺爆炸事故，事故造成的經(jīng)濟損失難以估計，對環(huán)境的破壞更是毀滅性的(見圖1)。（圖1）近年來，由含油工業(yè)污水及油船、油罐泄漏而造成的環(huán)境污染日益嚴重。因此，對于含油廢水的處理研究勢在必行，除了控制源頭、預防污染，還要找到一種高效、高選擇性、可回收的廉價吸油材料。1966 年，美國道化學公司以烷基苯乙烯為單體，經(jīng)二乙烯苯交聯(lián)，首次制得高吸油樹脂。1973 年, 日本三井石油化學公司以烷基苯乙烯及丙烯酸烷基為單體進行聚合并交聯(lián)，也獲得了高吸油樹脂。1990年，日本觸媒化學工業(yè)公司以丙烯酸類單體為原料，制得了側(cè)鏈上有長鏈烷基的高吸油樹脂。圖2所示即為一種聚氨酯吸油材料： （圖2）一、 高吸油性樹脂的吸油原理高吸油性樹脂, 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。當高吸油性樹脂投入油中時，油分子擴散進入聚合物微孔中，通過樹脂分子內(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。當油分子進入的足夠多, 溶劑化作用充分, 鏈段伸展開來, 網(wǎng)絡中只有共價鍵交聯(lián)點存在, 此時由Flory-Huggins方程控制, 即由熱力學推動力推動。當高分子充分溶脹, 高分子鏈伸展到一定程度的時候, 由于存在彈性回縮力，使鏈段慢慢回縮，最終達到熱力學平衡態(tài)。一個好的吸油材料，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，對于更低極性的油的吸附能力越強，而且對油水的吸附選擇性也更好，當樹脂脂與油品的溶解度參數(shù)相近時，樹脂達到最大吸油率。單體側(cè)鏈的長短對吸油能力也有很大的影響：當側(cè)鏈過短時，親油基團較小，故吸油率較低；如果側(cè)鏈過長，側(cè)鏈占據(jù)了三維網(wǎng)絡中的很多空間，導致有效容積降低，吸油率也將下降，實例如下表所示。此外，如果側(cè)鏈含有較多支鏈，則網(wǎng)絡容積會顯著增加，當然，這也會增加聚合的難度。(表 單體結(jié)構(gòu)對吸油樹脂性能的影響 g二甲苯/g樹脂)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)劑過少，即交聯(lián)點間的距離過小，交聯(lián)度過低, 樹脂的三維網(wǎng)絡沒有完全形成, 樹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，樹脂剛性過強，抑制了三維分子網(wǎng)的伸展, 加強了彈性收縮力, 因而也會使吸油率下降。3. 聚合工藝主要包括聚合溫度、時間、攪拌強度，它們會影響反應的轉(zhuǎn)化率、聚合度、分子量分布以及交聯(lián)程度等。三、 目前存在的問題1. 吸油速率慢目前開發(fā)的吸油樹脂的吸油速率都較慢，這是因為樹脂吸油基于范德華力，需要發(fā)生溶劑化作用實現(xiàn)吸附，這一擴散過程所需的時間較長。2. 對于吸收原油的能力較小目前研究的吸油樹脂對苯和甲苯等有機物的吸附倍率明顯高于對機油、煤油和柴油等成品油的吸附倍率，而對于高黏度的原油的吸收能力更小，這使得高吸油樹脂在處理工業(yè)污水上有一定的優(yōu)勢，但是對于海洋原油泄漏的處理上卻不能完全滿足人們需要。3. 樹脂的再生利用目前處理帶油樹脂的方法大多是燃燒處置，如果能找出更有效的樹脂吸油后處理技術(shù)，能使得樹脂吸油后，在高壓下重新釋放油質(zhì)，使得吸油樹脂成為多次利用的材料，那么會大大降低成本。4. 強度較低由于當前制備高吸油性樹脂的單體都為柔性鏈狀，因而在吸收油脂并溶脹后會變軟塌陷、甚至成為蠟狀。這使其根本無法滿足廢水處置時樹脂要耐受反復吸附一解吸附過程的要求，而與裝備聯(lián)合使用時也無法耐受強大的機械力。四、 未來的發(fā)展方向1. 擴充單體的選擇范圍目前比較成熟的工業(yè)產(chǎn)品是聚丙烯酸酯類和聚甲基丙烯酸酯類，而事實上，很多的非極性單體都可以通過構(gòu)建三維網(wǎng)絡達到吸油效果，應該加大對其他單體聚合物的吸油能力測驗。2. 加強基礎(chǔ)研究加強對吸油熱力學和動力學、樹脂結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等方面的理論研究。對這幾個方面的研究在國內(nèi)外鮮有報道，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脂存在的各種缺陷。4. 拓展高吸油樹脂的其他領(lǐng)域的應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)的應用前景。五、 高吸油性樹脂的其他用途高吸油性樹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)域也有很重要的應用，具體體現(xiàn)在：1. 作為芳香劑、殺蟲劑、誘魚劑等的基材高吸油性樹脂具有較強的吸油能力，能保存住較多的有機成分，同時又能根據(jù)周圍濃度的變化釋放有機成分，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產(chǎn)生的有害成分, 如焦油、尼古丁等，可以降低由吸煙導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脂吸油的特點，將其制成乳液或者粉末，添加于有特殊要求的材料中，可以實現(xiàn)抗油漬等特性。結(jié)束語：隨著研究的不斷深入，不斷改進吸油性能、優(yōu)化生產(chǎn)流程，高吸油性樹脂必將在環(huán)境保護中發(fā)揮愈來愈重要的作用，而隨著有機制品的大規(guī)模生產(chǎn)與應用，除環(huán)保之外的其他相關(guān)領(lǐng)域也會對高吸油性樹脂提出新的性能要求。因此，系統(tǒng)開發(fā)新型高吸油樹脂具有很大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，前景十分廣闊。參考文獻：1. 胡玉山,張政樸,何炳林,高吸油性樹脂. 離子交換與吸附,1999,15(4):378一3842. 戴福陽,葉先郵,李曉,高吸油性樹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,高吸油性樹脂的研究進展. 熱帶農(nóng)業(yè)科學,2005年4月,第25卷第2期4. 魏徵,王源升,余紅偉,高吸油