紫外接枝maba制備聚丙烯吸油材料

紫外接枝maba制備聚丙烯吸油材料

0紫外接枝改性海洋能源約占世界能源的一半，因此在開發(fā)和使用過程中不可避免地會(huì)導(dǎo)致泄漏。據(jù)統(tǒng)計(jì),每年泄漏到海洋中的石油大約有200~1000萬噸本試驗(yàn)采用紫外接枝法,將丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯接枝到聚丙烯基體上,達(dá)到更好的吸油保油效果。紫外接枝聚丙烯具有很多優(yōu)點(diǎn),相較于等離子體方法,工藝簡(jiǎn)單易操作,接枝條件較為溫和,可被高分子材料吸收,紫外能量低,不會(huì)損傷基體。紫外接枝改性后的聚丙烯可對(duì)海上泄露的石油進(jìn)行充分的吸收,實(shí)現(xiàn)資源的再利用。通過對(duì)石油的吸附,改善了海洋的環(huán)境,符合當(dāng)前世界對(duì)環(huán)保的需求。1試驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器材料熔噴聚丙烯無紡布(500g/m試劑丙烯酸甲酯(MA,分析純,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所),丙烯酸丁酯(BA,分析純,天津市福晨化學(xué)試劑場(chǎng)),二苯甲酮(BP,化學(xué)純,天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所),異丙醇(分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司),無水乙醇(分析純,天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司),甲苯(分析純,天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠),丙酮(分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)儀器UV表面照射裝置(上海國(guó)達(dá)特殊光源有限公司),DHG-9030A型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海恒科儀器有限公司),PL203電子天平(梅特勒-托利多儀器公司),通風(fēng)櫥[北京檢驗(yàn)認(rèn)證(香港)有限公司],H-8102S伺服電腦式萬能材料強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)(蘇州拓博機(jī)械設(shè)備有限公司),Spectrum10傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(美國(guó)鉑金艾爾默儀器有限公司),JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡,KRUSS靜滴接觸角/界面張力測(cè)試儀1.2接枝反應(yīng)和無紡布的制備將熔噴聚丙烯無紡布裁剪成10cm×10cm,在乙醇中浸泡2h,以除去表面雜質(zhì),然后在70℃烘箱中烘干、稱重。在燒杯中加入準(zhǔn)確稱量的BP,用異丙醇將其溶解,隨后將一定濃度的MA和BA、依次加入到燒杯中,進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬删鶆蚍€(wěn)定的溶液,最后加入去離子水?dāng)嚢?制成接枝反應(yīng)溶液(其中異丙醇/水的比例為1∶4,溶液總體積為40mL)。將精確稱量的無紡布浸泡在接枝反應(yīng)溶液中12h,使無紡布與接枝溶液充分接觸;然后向燒杯中通入氮?dú)?min,除去其中影響接枝反應(yīng)的氣體,再將燒杯置于波長(zhǎng)為365nm的紫外線下照射一段時(shí)間后,將其取出,并用丙酮浸泡12h,以除去表面的均聚物以及雜質(zhì),之后用清水沖洗,70℃烘箱烘干,稱重。1.3測(cè)試測(cè)試1.3.1接分枝率式中,MM1.3.2傅里葉變換紅外光譜的圖用Spectrum10傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀分析接枝前后的無紡布。1.3.3掃描電子顯微鏡將樣品在干燥器中恒溫干燥24h后,用JSM-7800F場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)其表面形態(tài)進(jìn)行觀察。1.3.4飽和吸附及保油率的測(cè)定將30g原油加入包含50g水的100mL燒杯中,然后將試樣浸入其中,使其充分吸附,之后在室溫下160目篩網(wǎng)上自然滴落約5min,當(dāng)表面的原油不再滴落時(shí),稱重,計(jì)算飽和吸附率。式中,mm將試樣進(jìn)行充分的吸附以達(dá)到飽和狀態(tài),之后將其置于半徑為12cm的圓盤下,并以5kg壓力進(jìn)行擠壓1min,稱其重量,計(jì)算保油率。式中,mm1.3.5飽和吸附試驗(yàn)將飽和吸附的試樣在一定壓力下擠壓至不再有油滴滴落,稱重;然后再吸附原油至飽和后,取出自然滴落,稱重,計(jì)算每次的飽和吸附率。重復(fù)該操作10次。1.3.6防水界面的接觸角采用KRUSS靜滴接觸角/界面張力測(cè)試儀測(cè)試接枝前后織物的拒水性能。1.3.7力學(xué)能力參考GB/T3923—2013《紡織品織物拉伸性能第一部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》,測(cè)定接枝前后無紡布的強(qiáng)力變化。2結(jié)果與討論2.1接枝共創(chuàng)的形成PP為熔噴聚丙烯非織造布,M為丙烯酸酯類單體,在紫外輻射條件下非織造布基材表面及單體上各自形成初始自由基PP·、M·,然后引發(fā)形成接枝鏈PPM·,接著形成共聚物增長(zhǎng)鏈PPMn·和PPMm·,最后形成接枝共聚物PPM(n+m)。根據(jù)此反應(yīng)原理,可以應(yīng)用紫外輻射接枝技術(shù)將不同的單體進(jìn)行質(zhì)量配比共同接枝非織造布,得到可以吸附極性較為復(fù)雜的有機(jī)物吸附材料2.2要因素對(duì)接枝率的影響在接枝反應(yīng)中,影響熔噴聚丙烯無紡布接枝率的因素有很多,本研究主要以復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單體配比、輻射時(shí)間和光敏劑用量作為主要因素,研究其對(duì)接枝率的影響。表1為L(zhǎng)從表2可知,影響熔噴聚丙烯無紡布接枝率大小的因素順序?yàn)?復(fù)配單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單體配比、輻射時(shí)間和光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)。復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、單體配比和輻射時(shí)間是影響接枝率的主要因素,相較之光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)是次要因素。因此,優(yōu)化的工藝為A3B2C3D1,即復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、復(fù)配單體比例1∶1、輻射時(shí)間60min、光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%。2.2.1復(fù)配單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)接枝率的影響設(shè)定復(fù)配單體配比1∶1、輻射時(shí)間為60min、光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%,調(diào)節(jié)復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù),考察其對(duì)接枝率的影響,見表3。由表3可知,初始時(shí),接枝率隨著單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加,這是由于接枝率不僅與單體捕捉自由基的能力有關(guān),還與單體向聚合物基體擴(kuò)散的狀況有關(guān)2.2.2不同單體配比對(duì)接枝率的影響設(shè)定復(fù)配單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、輻射時(shí)間為60min、光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%,調(diào)節(jié)復(fù)配單體的配比,考察其對(duì)接枝率的影響,見表4。由表4可知,隨著兩種單體配比的不同,接枝率也發(fā)生相應(yīng)的變化,其中當(dāng)兩種單體配比為1∶1時(shí),接枝率最大,這可能是因?yàn)榇藭r(shí)異丙醇對(duì)兩種單體有較好的溶解度,較易擴(kuò)散到單體的接枝層,如果其中的一種單體過多,在接枝反應(yīng)過程中,會(huì)發(fā)生均聚現(xiàn)象,阻止了接枝反應(yīng)的正常進(jìn)行。其次根據(jù)“相似相容”原則,即接枝極性較大的單體制備的吸油材料對(duì)一些極性較大的有機(jī)物有良好的吸附作用,接枝極性較小的單體制備的吸油材料對(duì)極性較小的有機(jī)物有良好的吸附作用,因此試驗(yàn)選兩種單體配比為1∶1。2.2.3不同類型罪犯的血壓情況設(shè)定復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、復(fù)配單體配比1∶1、光敏劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%,調(diào)節(jié)輻射時(shí)間,考察其對(duì)接枝率的影響,見表5。由表5可知,接枝率隨著輻射時(shí)間的增加而增加,這是因?yàn)殡S著時(shí)間的增加,BP在無紡布表面發(fā)生奪氫反應(yīng),產(chǎn)生了大量的活性自由基,增加了與單體的碰撞機(jī)率,確保了接枝反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)時(shí)間達(dá)到60min時(shí),接枝率達(dá)到最大為16.2%;當(dāng)時(shí)間超過60min后,體系內(nèi)的單體和光敏劑已被消耗,接枝反應(yīng)趨于飽和,不再維持接枝反應(yīng)2.2.4不同初始濃度對(duì)接枝率的影響設(shè)定復(fù)配單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、復(fù)配單體配比1∶1、輻射時(shí)間60min,調(diào)節(jié)BP的質(zhì)量分?jǐn)?shù),考察其對(duì)接枝率的影響,見表6。由表6可知,隨著BP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,接枝率先增大后減小。初始階段,隨著體系中BP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,在紫外線照射下捕獲無紡布表面的氫原子,發(fā)生奪氫反應(yīng),產(chǎn)生活性自由基,隨著自由基濃度的增加,BP分子將能量傳遞給反應(yīng)分子后,可進(jìn)一步促進(jìn)表面光引發(fā)劑與反應(yīng)體系中MA、BA結(jié)合,使無紡布基體表面活化,進(jìn)而與丙烯酸甲酯以及丙烯酸丁酯發(fā)生接枝反應(yīng)。當(dāng)BP質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.75%后,接枝率達(dá)到最大值15.6%。但是當(dāng)光引發(fā)劑過量后,就會(huì)產(chǎn)生大量的自由基,易相互作用而發(fā)生鏈終止2.3紅外光譜分析圖1是優(yōu)化工藝制成的改性熔噴聚丙烯無紡布接枝前后的紅外光譜圖。由圖1所示,1460cm2.4無紡布的表面形態(tài)利用掃描電鏡觀察無紡布接枝前后的表面形態(tài),見圖2。從圖2可以看到無紡布的表面較為光滑平整,表面有較小的凹痕可能與其生產(chǎn)工藝有關(guān)。接枝后聚丙烯無紡布光滑的表面變得粗糙,無紡布表面明顯被MA以及BA的聚合物覆蓋,改變了原本光滑的形態(tài)。通過SEM再一次證明親油基團(tuán)接枝到了聚丙烯無紡布表面。2.5接枝前后無紡布的吸油性能飽和吸附率和保油率與接枝率密切相關(guān)。在處理前,聚丙烯無紡布的吸油性能為物理吸附,主要是利用材料間毛細(xì)管作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)油的吸附由圖3可知,隨著接枝率的增大,飽和吸附率以及保油率也提高,在聚丙烯無紡布上接枝兩種親油基團(tuán)會(huì)大大提高其吸油性能。這是因?yàn)殡S著親油基團(tuán)的增加,構(gòu)成了較為完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),結(jié)合其原本優(yōu)良的吸油性能,可進(jìn)一步提高吸油性;隨著長(zhǎng)鏈上酯基的數(shù)量增多,也增加了纖維對(duì)有機(jī)液體的握持力。從而可以提高飽和吸附率和保油率,其中飽和吸附率最大可以達(dá)到17.2g/g,保油率可以達(dá)到13.7g/g。2.6飽和吸附的頻率圖4為接枝改性前后聚丙烯無紡布的重復(fù)使用次數(shù)。由圖4可知,接枝改性前聚丙烯無紡布的飽和吸附率較小,在多次使用后飽和吸附率會(huì)持續(xù)降低。多次使用會(huì)破壞材料表面的毛細(xì)管,而接枝改性后的聚丙烯無紡布的飽和吸附率有很大的提升,重復(fù)使用多次后依然保持一定吸附性能,主要是因?yàn)殡p單體的引入,可使纖維和分子鏈之間構(gòu)成較為穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此雙單體的引入可增加其吸附性能。2.7材料的吸濕性接枝率會(huì)影響接觸角大小,結(jié)果見表5。當(dāng)接觸角小于90°時(shí),表示材料有一定的吸水性,當(dāng)接觸角大于90°時(shí),材料呈現(xiàn)疏水狀態(tài)。由圖5可知,未改性的聚丙烯無紡布有一定的吸水性,隨著接枝率增大,引入的雙單體增加,越來越多的親油基團(tuán)使聚丙烯出現(xiàn)疏水態(tài),接觸角也隨之變大,最高達(dá)到116.25°。2.8斷裂斷裂強(qiáng)力表7為接枝改性前后對(duì)無紡布進(jìn)行的強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果。由表7可知,接枝前無紡布的斷裂強(qiáng)力為25.79N,斷裂伸長(zhǎng)率為10.61%,接枝后斷裂強(qiáng)力為32.85N,斷裂伸長(zhǎng)率為16.90%。斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長(zhǎng)率均提高的主要原因是,雙單體的引入改變了原來聚丙烯無紡布松散的狀態(tài),形成交聯(lián)結(jié)構(gòu),增大了無紡布的韌性,致使斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長(zhǎng)率增加3復(fù)配工藝條件的確定(1)采用紫外輻射的方法,