摘要

本发明提供了一种聚氨酯泡沫的亲水化改性方法，是将聚氨酯泡沫用无水乙醇浸泡，用去离子水反复冲洗后浸泡于硫酸-硝酸混酸溶液中进行酸化处理，再浸入丙烯酸单体溶液中，在引发剂存在下进行接枝反应，将亲水性基团接枝到聚氨酯泡沫内部及表面，使PUF的亲水性得到大幅的提高，将其应用于污水处理工业，不仅有利于微生物的生长，而且提高了挂摸效率和水处理效果。另外本发明改性聚氨酯泡沫的方法简单，过程易于控制；条件温和、成本低。

背景技术

污水处理中，多孔载体填料可作为微生物附着生长载体。研究者们开发了各种材质、结构、形状、大小的悬浮填料，如陶粒、活性炭等无机载体，还有聚乙烯等塑料填料。国外成熟的塑料悬浮填料有采用聚氨酯材质，污水处理效果较好。聚氨酯泡沫（PUF）作为聚氨酯的主要产品近年发展迅速。鉴于高孔隙率、高比表面积、良好的机械强度、成本低等优点，PUF被用于生物移动床中生物载体。中国专利CNA报道一种活性炭复合亲水性聚氨酯泡沫生物固定化载体，大大加速了聚氨酯型生物载体的应用进程。然而聚氨酯泡沫表面能极低，并且表面上没有亲水性基团例如羧基（-COOH）或羟基（-OH），水分子不能产生氢键作用，故具有很强的疏水性。在生物移动床中，悬浮填料的疏水性不利于微生物的生长，降低了挂摸效率和水处理效果。

针对废水处理用聚氨酯生物膜载体在亲水性、生物亲和性和活性等方面存在的不足，中国专利CNA开发了一种亲水性聚合物改性聚氨酯泡沫塑料载体，包括以下步骤：（1）将聚氨酯软泡沫按一定形状切割成块，清洗碎泡沫并加以干燥待用；（2）根据处理亲水性聚合物的不同，配制适当浓度的淀粉水溶液、羧甲基纤维素钠水溶液、聚丁二酰亚胺的N,N-二甲基甲酰胺溶液；（3）将述聚氨酯泡沫塑料浸没于淀粉水溶液、羧甲基纤维素钠水溶液、聚丁二酰亚胺的N，N-二甲基甲酰胺溶液中5~60min，抽真空，使塑料泡沫内充满溶液；（4）将经浸润后的聚氨酯泡沫塑料移至0.01~1mol/L交联剂（环氧氯丙烷、聚丁二酰亚胺、戊二醛、乙二醇二缩水甘油醚、多聚磷酸钠）水溶液中，氢氧化钠溶液pH调节为10，加热至60~90℃处理；（5）取出泡沫塑料并冲洗使表面呈现中性，挤干泡沫塑料中的水后在50℃~℃下烘干即可。该改性方法过程复杂、条件苛刻导致成本较大，很难应用于实际污水工程中。

实施例1

（1）清洗聚氨酯泡沫：将聚氨酯泡沫用无水乙醇浸泡，然后用去离子水反复冲洗；

（2）配制混酸溶液：将硫酸和硝酸按一定的比例加入去离子水中搅拌均匀制成混酸酸液，其中硝酸的质量百分数为0.7%，硫酸质量分数为17%；

（3）将清洗后的聚氨酯泡沫完全浸泡在混酸酸液中，置于40℃的环境中6h；取出聚氨酯泡沫并用去离子水反复洗涤至不再呈酸性，干燥后保存待用；

（4）改性溶液的配制：将戊二醛溶于去离子水中，配置成质量百分数5%的引发剂溶液；将丙烯酸和去离子水混合均匀，形成质量百分数0.4%的单体溶液；

（5）接枝改性：将步骤（3）所得聚氨酯泡沫完全浸泡于引发剂溶液中，于25℃下浸泡24h；取出移至单体溶液中，于25℃下接枝反应0.5h；取出聚氨酯泡沫，用乙醇溶液以及去离子水反复冲洗以去除没有反应的引发剂和接枝单体，干燥，即得亲水化改性的聚氨酯泡沫；

（6）亲水性测试：亲水化改性的PUF的静态接触角为80°，与未改性的PUF的静态接触角°相比显著降低，亲水性明显增强。

实施例2

（1）清洗聚氨酯泡沫：同实施例1；

（2）配制混酸溶液：将硫酸和硝酸按一定的比例加入去离子水中搅拌均匀制成混酸酸液，其中硝酸的质量百分数为0.8%，硫酸质量分数为15%；

（3）将清洗后的聚氨酯泡沫完全浸泡在混酸酸液中，置于40℃的环境中6h；取出聚氨酯泡沫并用去离子水反复洗涤至不再呈酸性，干燥后保存待用；

（4）改性溶液的配制：将戊二醛溶于去离子水中，配置成质量百分数7%的引发剂溶液；将丙烯酸和去离子水混合均匀，形成质量百分数0.6%的单体溶液；

（5）接枝改性：将步骤（3）所得聚氨酯泡沫完全浸泡于引发剂溶液中，于25℃下浸泡24h；取出移至单体溶液中，于25℃下接枝反应0.5h；取出聚氨酯泡沫，用乙醇溶液以及去离子水反复冲洗以去除没有反应的引发剂和接枝单体，干燥，即得亲水化改性的聚氨酯泡沫；

（6）亲水性测试：亲水化改性的PUF的静态接触角为75°，与未改性的PUF的静态接触角°相比显著降低，亲水性明显增强。

实施例3

（1）清洗聚氨酯泡沫：同实施例1；

（2）配制混酸溶液：将硫酸和硝酸按一定的比例加入去离子水中搅拌均匀制成混酸酸液，其中硝酸的质量百分数为0.5%，硫酸质量分数为20%；

（3）将清洗后的聚氨酯泡沫完全浸泡在混酸酸液中，置于40℃的环境中6h；取出聚氨酯泡沫并用去离子水反复洗涤至不再呈酸性，干燥后保存待用；

（4）改性溶液的配制：将戊二醛溶于去离子水中，配置成质量百分数6%的引发剂溶液；将丙烯酸和去离子水混合均匀，形成质量百分数0.5%的单体溶液；

（5）接枝改性：将步骤（3）所得聚氨酯泡沫完全浸泡于引发剂溶液中，于25℃下浸泡24h；取出移至单体溶液中，于25℃下接枝反应0.5h；取出聚氨酯泡沫，用乙醇溶液以及去离子水反复冲洗以去除没有反应的引发剂和接枝单体，干燥，即得亲水化改性的聚氨酯泡沫；

（6）亲水性测试：亲水化改性的PUF的静态接触角为61°，与未改性的PUF的静态接触角°相比显著降低，亲水性明显增强。

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来源：高分子学习研究编辑整理

投稿合作：索习东（博士）xidsuo