高吸油性树脂

高分子化学课程论文高吸油性树脂摘要：高吸油性树脂是一种新型的吸油材料，在污染治理方面有着很广阔的应用前景。本文主要介绍了高吸油性树脂的吸油机理、材料结构对性能的影响、目前存在的问题以及今后的发展方向，并简要介绍了高吸油性树脂在其他工业领域的应用。关键词：高吸油性树脂 吸油材料 原油泄漏2010年7月，大连新港输油管发生爆炸，近万吨原油流入海洋，给当地的水产品养殖业和旅游业造成了致命的打击。2010年，美国墨西哥湾发生海上钻井平台爆炸事故，事故造成的经济损失难以估计，对环境的破坏更是毁灭性的(见图1)。（图1）近年来，由含油工业污水及油船、油罐泄漏而造成的环境污染日益严重。因此，对于含油废水的处理研究势在必行，除了控制源头、预防污染，还要找到一种高效、高选择性、可回收的廉价吸油材料。1966 年，美国道化学公司以烷基苯乙烯为单体，经二乙烯苯交联，首次制得高吸油树脂。1973 年, 日本三井石油化学公司以烷基苯乙烯及丙烯酸烷基为单体进行聚合并交联，也获得了高吸油树脂。1990年，日本触媒化学工业公司以丙烯酸类单体为原料，制得了侧链上有长链烷基的高吸油树脂。图2所示即为一种聚氨酯吸油材料： （图2）一、 高吸油性树脂的吸油原理高吸油性树脂, 是由亲油性单体的低交联度聚合物构成的。聚合物呈三维交联网状结构, 内部具有一定的微孔。当高吸油性树脂投入油中时，油分子扩散进入聚合物微孔中，通过树脂分子内的非极性链段与油分子的溶剂化作用, 使链段伸展，聚合物发生溶胀。当油分子进入的足够多, 溶剂化作用充分, 链段伸展开来, 网络中只有共价键交联点存在, 此时由Flory-Huggins方程控制, 即由热力学推动力推动。当高分子充分溶胀, 高分子链伸展到一定程度的时候, 由于存在弹性回缩力，使链段慢慢回缩，最终达到热力学平衡态。一个好的吸油材料，首先是要有高的吸油能力，即单位质量或体积的高分子所能吸附油的最大数量，还要有较快的吸油速率，要能在高效吸油地同时减少吸水量，以提高治污效率。此外，吸油材料的回收性和廉价性也很关键，这可避免二次污染并有效节省资源。二、 吸油性能的影响因素1. 单体结构显然，单体极性越小，对于更低极性的油的吸附能力越强，而且对油水的吸附选择性也更好，当树脂脂与油品的溶解度参数相近时，树脂达到最大吸油率。单体侧链的长短对吸油能力也有很大的影响：当侧链过短时，亲油基团较小，故吸油率较低；如果侧链过长，侧链占据了三维网络中的很多空间，导致有效容积降低，吸油率也将下降，实例如下表所示。此外，如果侧链含有较多支链，则网络容积会显著增加，当然，这也会增加聚合的难度。(表 单体结构对吸油树脂性能的影响 g二甲苯/g树脂)单体CH2=CHCOOCH3CH2=C(CH3)COOC4H9CH2=C(CH3)COOC16H33CH2=C(CH3)COOC18H37吸油量1.29.023.8212. 交联度，即交联剂的用量交联剂过少，即交联点间的距离过小，交联度过低, 树脂的三维网络没有完全形成, 树脂在油中的可溶性增加，甚至发生软化、塌陷，吸油率下降；交联度太高，树脂刚性过强，抑制了三维分子网的伸展, 加强了弹性收缩力, 因而也会使吸油率下降。3. 聚合工艺主要包括聚合温度、时间、搅拌强度，它们会影响反应的转化率、聚合度、分子量分布以及交联程度等。三、 目前存在的问题1. 吸油速率慢目前开发的吸油树脂的吸油速率都较慢，这是因为树脂吸油基于范德华力，需要发生溶剂化作用实现吸附，这一扩散过程所需的时间较长。2. 对于吸收原油的能力较小目前研究的吸油树脂对苯和甲苯等有机物的吸附倍率明显高于对机油、煤油和柴油等成品油的吸附倍率，而对于高黏度的原油的吸收能力更小，这使得高吸油树脂在处理工业污水上有一定的优势，但是对于海洋原油泄漏的处理上却不能完全满足人们需要。3. 树脂的再生利用目前处理带油树脂的方法大多是燃烧处置，如果能找出更有效的树脂吸油后处理技术，能使得树脂吸油后，在高压下重新释放油质，使得吸油树脂成为多次利用的材料，那么会大大降低成本。4. 强度较低由于当前制备高吸油性树脂的单体都为柔性链状，因而在吸收油脂并溶胀后会变软塌陷、甚至成为蜡状。这使其根本无法满足废水处置时树脂要耐受反复吸附一解吸附过程的要求，而与装备联合使用时也无法耐受强大的机械力。四、 未来的发展方向1. 扩充单体的选择范围目前比较成熟的工业产品是聚丙烯酸酯类和聚甲基丙烯酸酯类，而事实上，很多的非极性单体都可以通过构建三维网络达到吸油效果，应该加大对其他单体聚合物的吸油能力测验。2. 加强基础研究加强对吸油热力学和动力学、树脂结构与性能关系等方面的理论研究。对这几个方面的研究在国内外鲜有报道，若能在这方面作深入探索，将为新型吸油材料的研究和开发提供理论基础。3. 提高现有材料的各种性能即上文中提到的目前高吸油树脂存在的各种缺陷。4. 拓展高吸油树脂的其他领域的应用该材料不仅仅能使用在吸油治污的领域，凭借它特有的保油疏水的特性，可以有很多相关的应用前景。五、 高吸油性树脂的其他用途高吸油性树脂除了可以吸收海洋泄漏的原油、工业废水中的油性成分外，由于它本身具有保油疏水的特性，因而在其他领域也有很重要的应用，具体体现在：1. 作为芳香剂、杀虫剂、诱鱼剂等的基材高吸油性树脂具有较强的吸油能力，能保存住较多的有机成分，同时又能根据周围浓度的变化释放有机成分，因而可以作为药剂基材使用。2. 作为滤嘴添加剂它可以有效截留烟草燃吸时产生的有害成分, 如焦油、尼古丁等，可以降低由吸烟导致的各种呼吸疾病的几率。3. 作为密封材料在一些纤维基材中添加530(w)的高吸油性树脂，可以做成很好的油封材料，该材料遇油后吸收溶胀，从而可以起到防止油渗透的作用。4. 用作特殊材料的添加剂可利用高吸油性树脂吸油的特点，将其制成乳液或者粉末，添加于有特殊要求的材料中，可以实现抗油渍等特性。结束语：随着研究的不断深入，不断改进吸油性能、优化生产流程，高吸油性树脂必将在环境保护中发挥愈来愈重要的作用，而随着有机制品的大规模生产与应用，除环保之外的其他相关领域也会对高吸油性树脂提出新的性能要求。因此，系统开发新型高吸油树脂具有很大的社会、经济和生态效益，前景十分广阔。参考文献：1. 胡玉山,张政朴,何炳林,高吸油性树脂. 离子交换与吸附,1999,15(4):378一3842. 戴福阳,叶先邮,李晓,高吸油性树脂的合成及性能研究. 福建化工,2002-第4期3. 蔺海兰,廖双泉,张桂梅,廖建和,高吸油性树脂的研究进展. 热带农业科学,2005年4月,第25卷第2期4. 魏徵,王源升,余红伟,高吸油