一種高密度聚乙烯油水分離材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高密度聚乙烯油水分離材料及其制備方法。本發(fā)明以聚環(huán)氧乙烷和高密度聚乙烯為原料，通過擠出機熔融擠出、由卷取機進行卷取收集，然后用去離子水對收集的樣品進行瀝濾除去聚環(huán)氧乙烷，再由冰箱及冷凍干燥機進行冷凍干燥處理，得到高密度聚乙烯油水分離材料，該方法工藝簡單、時間短、無需使用化學(xué)品對環(huán)境無污染、成本低。采用該方法制備的高密度聚乙烯油水分離材料包含有高密度聚乙烯連續(xù)纖維束的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有直徑為幾微米到十幾微米的孔洞、呈現(xiàn)出多孔取向纖維狀結(jié)構(gòu)，對油和有機試劑具有較好的吸附作用；該樣品長度連續(xù)、柔軟、可編織成大面積的油水分離織物，為治理海上原油泄漏和凈化生活污水提供了有效的解決方法。
【專利說明】
一種高密度聚乙烯油水分離材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于新型材料加工制備領(lǐng)域，涉及一種三維多孔油水分離材料的制備方法，尤其涉及一種高密度聚乙烯油水分離材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]進來治理海上原油泄漏和凈化含油生活污水面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，目前的治理方法大概分為以下幾種:利用疏水親油性質(zhì)的材料回收水面上的油、利用分散劑將油水混合以促進其自然降解、直接燃燒以除去浮油。一般優(yōu)先考慮的方法是使用具有疏水親油性質(zhì)的材料來回收水面上的浮油，因為這樣既能妥善處理浮油、又不致產(chǎn)生二次污染。目前使用的這些疏水親油的材料可以分為疏水粉末材料、疏水薄膜材料和疏水三維多孔材料。
[0003]疏水三維多孔材料應(yīng)用于油水分離過程時，由于具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)可提供存儲油品的空間，使材料的吸油能力較大，在實際應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢。2004年江雷課題組首次將超疏水的概念弓I入到油水分尚的應(yīng)用中，并成功制備了超疏水超未油的金屬網(wǎng)格;孫立濤課題組利用化學(xué)反應(yīng)的方法將氧化石墨的水分散液置于180°C條件下熱還原24小時之后形成石墨烯水凝膠，然后將水凝膠經(jīng)過冷凍干燥得到石墨烯氣凝膠，制備得到的氣凝膠具有多孔結(jié)構(gòu)和疏水一親油特性，這種三維多孔疏水材料的機械強度較差，三維骨架不能發(fā)生形變或較容易被粉碎破壞，在實際進行水油分離的復(fù)雜環(huán)境中適用性較低;清華大學(xué)吳德海課題組通過化學(xué)氣相沉積法制備了三維多孔海綿狀的碳納米管快裝材料，碳納米管海綿具有超疏水特性，豐富的空隙結(jié)構(gòu)和超輕的密度使材料具有較強的吸油能力，能吸收有機溶劑或油品的量約為自身重量的80?180倍，但是制備方法復(fù)雜、成本高；以及現(xiàn)有技術(shù)常用的靜電紡絲方法，采用該方法制備油水分離材料時需要有機溶劑的加入、危害人體健康、環(huán)境污染，且制備時間長，降低了生產(chǎn)效率不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。上述方法均制備出了三維多孔的油水分離材料，但是這些制備方法具有制備過程復(fù)雜、使用化學(xué)試劑造成環(huán)境污染、難以大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的特點，不利于指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0004]高密度聚乙烯(HDPE)是應(yīng)用最廣泛的通用塑料之一，它廉價易得、性能穩(wěn)定、制備技術(shù)成熟，且高密度聚乙烯屬于環(huán)保材質(zhì)，加熱達(dá)到熔點即可回收再利用。高密度聚乙烯本身具有疏水親油的性質(zhì)，將其加工成三維多孔材料之后，能夠更有效的進行油水分離，與其他水油分離材料(如碳納米管海綿、石墨烯氣凝膠等)相比，它易于加工成型、制備成本低、可多次重復(fù)利用，有利于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)，適于工業(yè)化應(yīng)用。但是目前將高密度聚乙烯加工為油水分離材料需要較為復(fù)雜的制備方法及設(shè)備，成本較高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，該方法工藝流程簡單、操作簡便，無需化學(xué)品的加入、環(huán)境友好，生產(chǎn)成本低，可以大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用。
[0006]使用本發(fā)明方法制備的油水分離材料包括高密度聚乙烯連續(xù)纖維束結(jié)構(gòu)，該纖維束呈現(xiàn)出多孔取向纖維狀結(jié)構(gòu)，可以編制成大面積的油水分離織物，具有高效的油水分離效果。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，包括以下步驟:
(1)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合形成糊狀，然后將混合物置于烘箱中烘干直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料；
(2)將步驟(I)得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料加入到擠出機中熔融擠出得到連續(xù)繩狀料條;其中聚環(huán)氧乙烷所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?60%;
(3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條，用卷取機在無拉伸狀態(tài)下進行收集，并將收集到的連續(xù)繩狀料條剪切為小段連續(xù)料條；
(4)將步驟(3)得到的小段連續(xù)繩狀料在常溫下利用去離子水進行超聲處理，瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，直至小段連續(xù)料條的質(zhì)量不再發(fā)生變化；
(5)將步驟(4)中得到的瀝濾之后的小段連續(xù)料條置于冰箱中冷凍，冷凍完成后在冷凍干燥機中進行干燥處理得到高密度聚乙烯油水分離材料，進行檢測。
[0008]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，所述聚環(huán)氧乙烷粉料的分子量為100000?200000，為聚氧化乙烯ΡΕ0。
[0009]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，步驟(I)所述的聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合時，聚環(huán)氧乙燒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40?50%。
[0010]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，步驟(I)所述的烘箱干燥的干燥溫度為30?40°C、干燥時間為2~3天;所述破碎得到的聚環(huán)氧乙烷粒料的粒徑為0.8-1.2mm。
[0011]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，步驟(2)所述聚環(huán)氧乙烷所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。
[0012]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，所述的高密度聚乙烯油水分離材料為高密度聚乙烯連續(xù)纖維束，所述的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束具有直徑為Iym到20μπι的孔洞。
[0013]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，步驟(2)所述的擠出機為微型雙螺桿擠出機;所述原料在擠出機中恪融擠出時，恪融擠出的溫度為140?160°C、擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為8?12rpm;步驟(3)所述卷取機在進行收集時，卷取機的收取速率為20±2cm/min。
所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，步驟(5)所述料條在冰箱中冷凍的溫度為-20?-15 °C、冷凍時間為2?5小時;在冷凍機中干燥時的溫度為-85?-80 °C、真空度為O?lpa，冷凍干燥的時間為48?72小時。
[0014]所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，所述的高密度聚乙烯油水分離材料在油水分離中的應(yīng)用。
[0015]一種高密度聚乙烯油水分離材料，所述的高密度聚乙烯油水分離材料是通過上述方法制備的。
[0016]本發(fā)明將聚環(huán)氧乙烷和高密度聚乙烯以不同的質(zhì)量比混合擠出成型，然后由去離子水瀝濾除去聚環(huán)氧乙烷，形成不同結(jié)構(gòu)的油水分離材料。當(dāng)聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時，形成由微纖組成的高密度聚乙烯纖維束。利用成型加工方法一擠出成型以及瀝濾的方法來成型加工高密度聚乙烯油水分離材料，具有加工操作簡便、成本低，采用的原料不含有化學(xué)品、對環(huán)境無污染、成本低，產(chǎn)品柔軟、長度連續(xù)，可大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用等優(yōu)點。制備得到的材料具有較好的油水分離效果。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下積極有益效果:
(1)本發(fā)明利用擠出成型以及瀝濾的方法制備了高密度聚乙烯油水分離材料，解決了現(xiàn)有制備方法中難以連續(xù)化、規(guī)模化、低成本生產(chǎn)多孔油水分離材料的問題；
(2)利用本發(fā)明的制備方法制備高密度聚乙烯油水分離材料的過程中所用原料廉價易得、沒有化學(xué)品的加入，無污染且大大降低了生產(chǎn)成本，加工過程安全環(huán)保；
(3)通過本發(fā)明的制備方法可以制備出用于油水分離的由微纖組成的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束，其孔洞的尺寸為微米尺度，該材料呈現(xiàn)出多孔取向纖維狀結(jié)構(gòu)、具有較高的吸附效率;該聚乙烯連續(xù)纖維束長度連續(xù)、柔軟，可編織成大面積的油水分離織物，為治理海上原油泄漏和凈化含油生活污水提供了有效的解決方法；
(4)本發(fā)明利用擠出成型方法制備的高密度聚乙烯纖維束在油水分離應(yīng)用中使用壽命長，使用該材料吸油之后經(jīng)過離心處理之后，即可重新用于油水分離、仍然具有很好的吸油效果，重復(fù)循環(huán)使用100次仍然能夠保持很好的吸油效果，不僅大大降低了油水分離的成本，也實現(xiàn)了廢油的收集再利用，具有較高的社會經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0018]圖1為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯在不同質(zhì)量配比時制備的不同樣品的儲能模量隨角頻率的變化情況；
圖2為聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A的宏觀形態(tài)圖，其中圖2a為瀝濾聚環(huán)氧乙烷之前的宏觀圖，2b為瀝濾聚環(huán)氧乙烷之后的宏觀形態(tài)圖；
圖3為聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A的微觀形態(tài)圖，其中圖3a為高密度聚乙烯連續(xù)纖維束樣品A沿著擠出方向的掃描電子顯微鏡形貌圖，圖3b為圖3a的局部放大圖；圖3c為高密度聚乙烯連續(xù)纖維束A垂直于擠出方向的電子顯微鏡形貌圖，圖3d為圖3c的局部放大圖；
圖4為聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比1:9時制備的高密度聚乙烯油水分離材料B的宏觀形態(tài)圖，其中圖4a為瀝濾環(huán)氧乙烷之前的宏觀圖，圖4b為瀝濾環(huán)氧乙烷之后的宏觀形態(tài)圖；
圖5聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:9時制備的高密度聚乙烯油水分離材料B的微觀形態(tài)圖，其中圖5a為高密度聚乙烯油水分離材料B沿著擠出方向的掃描電子顯微鏡形貌圖，圖5b為圖5a的放大圖；圖5c為高密度聚乙烯油水分離材料B垂直于擠出方向的掃描電子顯微鏡形貌圖，圖5d為圖5c的放大圖；
圖6為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比分別為1:9，1:1,1.5:1時制備的產(chǎn)品高密度聚乙烯油水分離材料在瀝濾前后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為9:1(燒杯左側(cè)的連續(xù)料條)及質(zhì)量比為1:1(燒杯右側(cè)的連續(xù)料條)時制備的高密度聚乙烯油水分離材料的吸油動力對比圖；
圖8為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A進行油水分離的實驗圖； 圖9為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為1:1時制備的連續(xù)繩狀料條高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A對各種油及有機試劑的吸附量；
圖10為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為1:1時制備的連續(xù)繩狀料條高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A的規(guī)模化生產(chǎn)及其編織圖；
圖11為原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為1:1時制備的連續(xù)繩狀料條高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A的重復(fù)利用實驗結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0019]通過以下實施例對本發(fā)明進行更加詳細(xì)的說明，但是并不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0020]以下實施例中，所用的高密度聚乙烯型號為HDPE5000S(購自于中國石油大慶石化公司);所用聚環(huán)氧乙烷型號為PEO POLYOX WSR N-1O(購自于美國陶氏化學(xué)有限公司)。
[0021]實施例1
以不同質(zhì)量比的聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯所制備的樣品的流變實驗，包括以下步驟:
(1)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合，使其形成糊狀(聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40?50%)，然后將糊狀混合物置于烘箱中，在30?40°C條件下干燥2?3天直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料；
(2)將步驟(I)得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料以質(zhì)量比為1:9、1:4、1:2.3,1:1.5、1:1的比例分別加入到微型雙螺桿擠出機中熔融擠出，熔融擠出的溫度均為140?160 °C，螺桿的轉(zhuǎn)速均為8?12rpm ；
(3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條分別破碎成粒料，備用；
(4)將步驟(3)得到的粒料分別利用真空壓膜機，在溫度150°C、壓力5MPa的條件下，壓成直徑25mm、厚度Imm的圓片，備用；
(5)將步驟(4)得到的圓片，在溫度1500C，應(yīng)變5%的條件下，利用旋轉(zhuǎn)流變儀在頻率掃描的模式下，分別測試其流變性能，結(jié)果如圖1所示；
圖1是以聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯為原料，兩者質(zhì)量比分別為1: 9、1:4、1:2.3、1:
1.5、1:1時制備不同的樣品的流變測試結(jié)果，通過流變測試得到的各種配比的樣品的儲能模量隨角頻率的變化情況。從圖中可以看出，在低頻區(qū)，隨著分散相聚環(huán)氧乙烷含量的增加，儲能模量的值也隨之增加，當(dāng)增加到一定值后開始下降，當(dāng)聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時，儲能模量的值明顯下降，這說明此時樣品內(nèi)部的相形態(tài)發(fā)生了改變，由海島結(jié)構(gòu)演變成了共連續(xù)結(jié)構(gòu)。即從圖中可以推出，原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:9、1:4、1:2.3、1:1.5時制備的樣品呈現(xiàn)的是海島結(jié)構(gòu)，海島結(jié)構(gòu)的材料由于不存在連通的孔狀結(jié)構(gòu)，對油的吸附效果比較差；原料聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為I: I時制備的高密度聚乙烯油水分離材料則最有可能形成共連續(xù)結(jié)構(gòu)。
[0022]實施例2
高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法之一，包括以下步驟:
(I)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合，使其形成糊狀(聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40?50%)，然后將混合物置于烘箱中，在35±5°C條件下干燥2?3直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料；
(2)將步驟(I)得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料以質(zhì)量比為1:1的比例加入到微型雙螺桿擠出機中熔融擠出，熔融擠出的溫度為140?160°C，螺桿的轉(zhuǎn)速為8?12rpm;
(3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條，用卷取機在無拉伸狀態(tài)下進行收集，卷取機的收取速率為20±2cm/min，然后將收集到的連續(xù)繩狀料條剪切為長度為5?1cm的小段連續(xù)料條;樣品如圖2a所不；
(4)將步驟(3)得到的小段連續(xù)料條在常溫下利用去離子水進行超聲處理，瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，直至小段料條的質(zhì)量不再發(fā)生變化為止；
(5)將步驟(4)瀝濾之后的小段連續(xù)料條置于冰箱中在-20?-15°C條件下冷凍2~5小時;冷凍完成后在冷凍干燥機中在-85?_80°C、真空度為0.4?IPa的條件下冷凍干燥48?72小時，得到高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A;樣品A如圖2b所示；
(6)微觀結(jié)構(gòu)表征:將步驟(3)制備的樣條在液氮中淬斷，然后在去離子水中瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，瀝濾完成后將樣品放入冰箱中冷凍，隨后將冷凍后的樣品置于冷凍干燥機中進行干燥處理，然后用掃描電子顯微鏡對干燥之后的樣品進行檢測，結(jié)果如圖3所示，其中3a為高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A沿著擠出方向的掃描電子顯微鏡形貌圖，圖3b為圖3a的局部放大圖；圖3(:為高密度聚乙烯連續(xù)纖維束垂直于擠出方向的電子顯微鏡形貌圖，圖3d為圖3c的局部放大圖。
[0023]圖2a與2b為分別為高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A在瀝濾掉聚環(huán)氧乙烷前后的宏觀形態(tài)圖:由圖中可以看出，該樣品在瀝濾前后發(fā)生了較大變化，原因是瀝濾前在該樣品中聚環(huán)氧乙烷形成了連續(xù)相，有利于去離子水從料條表層進入樣品內(nèi)部瀝濾除去較多的聚環(huán)氧乙烷，因此瀝濾前后具有明顯的變化。
[0024]圖3a、3b、3c、3d為高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A的微觀形態(tài)圖，由圖可以看出:聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為1:1制備的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束，形成了三維多孔結(jié)構(gòu)，高密度聚乙烯呈現(xiàn)出取向排列的纖維狀結(jié)構(gòu)，聚環(huán)氧乙烯瀝濾除去之后形成的孔洞是彼此連通的，孔徑約在Iym到20μπι之間，這樣的多孔結(jié)構(gòu)有利于吸油效果的提高。
[0025]實施例3
高密度聚乙烯連續(xù)纖維束的制備方法之二，包括以下步驟:
(1)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合，使其形成糊狀(聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40?50%)，然后將混合物置于烘箱中，在35±5°C條件下干燥2?3天直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料；
(2)將步驟(I)得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料以質(zhì)量比為1:9的比例加入到微型雙螺桿擠出機中熔融擠出，熔融擠出的溫度為140?160°C，螺桿的轉(zhuǎn)速為8?12rpm;
(3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條，用卷取機在無拉伸狀態(tài)下進行收集，卷取機的收取速率為20±2cm/min，然后將收集到的連續(xù)繩狀料條剪切為長度為5?1cm的小段連續(xù)料條;樣品如圖4a所不；
(4)將步驟(3)得到的小段連續(xù)料條在常溫下利用去離子水進行超聲處理，瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，直至小段料條的質(zhì)量不再發(fā)生變化為止；
(5)將步驟(4)瀝濾之后的小段連續(xù)料條置于冰箱中在-20?-15°C條件下冷凍2~5小時;冷凍完成后在冷凍干燥機中在-85?_80°C、真空度為0.4?IPa的條件下冷凍干燥48?72小時，得到高密度聚乙烯油水分離材料B;樣品B如圖4b所示；
(6)微觀結(jié)構(gòu)表征:將步驟(3)制備的樣條在液氮中淬斷，然后在去離子水中瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，瀝濾完成后將樣品放入冰箱中冷凍，隨后將冷凍后的樣品置于冷凍干燥機中進行干燥處理，然后用掃描電子顯微鏡對干燥之后的樣品進行檢測，結(jié)果如圖5所示，其中5a為高密度聚乙烯油水分離材料B沿著擠出方向的掃描電子顯微鏡形貌圖，圖5b為圖5a的局部放大圖；圖5c為高密度聚乙烯油水分離材料B垂直于擠出方向的電子顯微鏡形貌圖，圖5d為圖5c的局部放大圖。
[0026]由圖可以看出:聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為1:9制備的高密度聚乙烯油水分離材料B的樣品中，瀝濾前聚環(huán)氧乙烷以分散相的狀態(tài)存在于共混物中，呈現(xiàn)出一個一個的“海島”狀結(jié)構(gòu)，孔洞之間沒有彼此連通。
[0027]實施例4
一種高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法之五，包括以下步驟:
(1)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合，使其形成糊狀(聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40?50%)，然后將混合物置于烘箱中，在35±5°C條件下干燥2?3天直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料；
(2)將步驟(I)得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料以質(zhì)量比為1.5:1的比例加入到微型雙螺桿擠出機中熔融擠出，熔融擠出的溫度為140?160°C，螺桿的轉(zhuǎn)速為8?12rpm;
(3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條，用卷取機在無拉伸狀態(tài)下進行收集，卷取機的收取速率為20±2cm/min，然后將收集到的連續(xù)繩狀料條剪切為長度為5?1cm的小段連續(xù)料條；
(4)將步驟(3)得到的小段連續(xù)料條在常溫下利用去離子水進行超聲處理，瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，直至小段料條的質(zhì)量不再發(fā)生變化為止；
(5)將步驟(4)瀝濾之后的小段連續(xù)料條置于冰箱中在-20?-15°C條件下冷凍2~5小時;冷凍完成后在冷凍干燥機中在-85?_80°C、真空度為0.4?IPa的條件下冷凍干燥48?72小時，得到高密度聚乙烯油水分離材料C;
聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1.5:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料中，高密度聚乙烯是以分散相的形態(tài)存在于聚環(huán)氧乙烷的基體中，由于聚環(huán)氧乙烷是水溶性的高分子，所以在瀝濾實驗完成之后，聚環(huán)氧乙烷被瀝濾掉，高密度聚乙烯因失去基體的支撐作用而無法維持完整的結(jié)構(gòu)，最終坍塌，如原理圖圖6所示。
[0028]實施例5
實施例2、實施例3制備的高密度聚乙烯油水分離材料在油水分離中的應(yīng)用。
[0029]分別將實施例2制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A與實施例3制備的高密度聚乙烯油水分離材料B用棉線懸掛在鐵架臺上，將樣品浸入到用油紅染色的植物油中，進行吸油實驗。如圖7所示:圖7中燒杯右側(cè)放入的樣品為由實施例2制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A，燒杯左側(cè)放入的是由實施例3制備的高密度聚乙烯油水分離材料B。
[0030]由圖中可以看出:聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A，隨著時間的推進，油逐漸被吸附上來直到充滿整個樣品，表現(xiàn)出自驅(qū)動效應(yīng);原因是制備的高密度聚乙烯油水分離材料A在瀝濾之前聚環(huán)氧乙烷相是彼此連通的，所以在瀝濾掉聚環(huán)氧乙烷之后，樣品A就形成了連通的多孔結(jié)構(gòu)，孔洞的尺寸處于微米級，在進行吸油實驗時就會在毛細(xì)管作用下將油吸附上來，即表現(xiàn)出自驅(qū)動效應(yīng)。而聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:9制備的高密度聚乙烯油水分離材料B，隨著時間的進行始終沒有將油吸附上來;原因是制備的高密度聚乙烯油水分離材料B在瀝濾之前聚環(huán)氧乙烷是以分散相存在于高密度聚乙烯的基體中，聚環(huán)氧乙烷彼此之間沒有連通，進行瀝濾時去離子水難以進入到樣品內(nèi)部，也就不能形成連通的多孔結(jié)構(gòu)，所以該結(jié)果不能將油吸附上來。
[0031]圖8中:用高密度聚乙烯油水分離材料A吸附水面上用油紅染色的環(huán)己烷。從圖中可以看出高密度聚乙烯油水分離材料A能夠?qū)⑺嫔系沫h(huán)己烷完全吸附，說明該樣品具有很好的油水分離特性。
[0032]聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料(高密度聚乙烯連續(xù)纖維束)A對各種的油、有機試劑有不同的吸附能力，對不同物料的吸附能力如圖9所示。由圖9中結(jié)果可以看出:高密度聚乙烯油水分離材料A可以吸附相當(dāng)于自身重量438%的大豆油，450%的機油，425%的硅油，300%的環(huán)己烷，431%的三氯甲烷，S卩該樣品對于各種油和有機試劑有較好的吸附能力。
[0033]由以上內(nèi)容可知:以聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯為原料，使用操作簡單、對環(huán)境無污染的熔融擠出方法制備高密度聚乙烯油水分離材料時，聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1時制備的高密度聚乙烯油水分離材料為高密度聚乙連續(xù)烯纖維束，呈現(xiàn)出連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)，對多種油及有機試劑具有較好的吸附作用。使用該方法制備的產(chǎn)品具有繩狀三維多孔結(jié)構(gòu)，柔軟連續(xù)、可編織，如圖10所示，該方法不僅實現(xiàn)了連續(xù)規(guī)模化生產(chǎn)，能夠使用簡單的制備方法實現(xiàn)該產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，其編織物可以作為治理海上原油泄漏和凈化含油生活污水的理想材料。
[0034]實施例6
以聚環(huán)氧乙烷與高密度聚乙烯質(zhì)量比為I: I制備的高密度聚乙烯油水分離材料A——高密度聚乙烯纖維束樣品的性能檢測，有以下步驟:
(1)使用制備的高密度聚乙烯纖維束吸附大豆油，完成吸附之后再用離心機對吸油之后的樣品進行離心處理、脫去樣品中吸附的廢油，將廢油進行收集；
(2)采用步驟(I)離心處理之后的高密度聚乙烯纖維束再次吸附大豆油，即重復(fù)利用高密度聚乙烯纖維束;完成吸附之后再次進行離心處理，依次循環(huán)使用；
(3)對步驟(I)及步驟(2)中吸油之后的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束及離心處理之后的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束進行測試，結(jié)果如圖11所示。
[0035]在圖11中，圖中正方形符號橫線代表高密度聚乙烯連續(xù)纖維束對大豆油的吸附量；圓形符號橫線代表高密度聚乙烯連續(xù)纖維束在吸油并進行離心處理之后，樣品中大豆油的殘留量。從圖中可以看出，在100個循環(huán)以內(nèi)，高密度聚乙烯連續(xù)纖維束對于大豆油的吸附量雖然有些波動，但是大致維持在400?500%的范圍內(nèi)，且在第100次使用時該樣品對油的吸附量仍然維持在400?500%的吸附范圍內(nèi)，沒有明顯的下降，吸附效果好;離心處理之后高密度聚乙烯連續(xù)纖維束中大豆油的殘留量則是維持在較低的水平，有90%以上的大豆油通過離心過程被脫去，在第100次時的殘留量仍然很少，即采用本發(fā)明方法制備的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束具有很好的重復(fù)循環(huán)利用效果，同時也實現(xiàn)了廢油的回收再利用。
【主權(quán)項】
1.一種高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合形成糊狀，然后將混合物置于烘箱中烘干直至其質(zhì)量不再發(fā)生變化，冷卻至室溫后將其破碎為聚環(huán)氧乙烷粒料； (2)將步驟(I)中得到的聚環(huán)氧乙烷粒料與高密度聚乙烯粒料加入到擠出機中熔融擠出得到連續(xù)繩狀料條;其中聚環(huán)氧乙烷所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10?60%; (3)將步驟(2)熔融擠出的連續(xù)繩狀料條，用卷取機在無拉伸狀態(tài)下進行收集，并將收集到的連續(xù)繩狀料條剪切為小段連續(xù)料條； (4)將步驟(3)得到的小段連續(xù)繩狀料條在常溫下利用去離子水進行超聲處理，瀝濾除去水溶性的聚環(huán)氧乙烷，直至小段連續(xù)料條的質(zhì)量不再發(fā)生變化為止； (5)將步驟(4)中得到的瀝濾之后的小段連續(xù)料條置于冰箱中冷凍，冷凍完成后在冷凍干燥機中進行干燥處理，得到高密度聚乙烯油水分離材料，進行檢測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，所述聚環(huán)氧乙烷粉料的分子量為100000?200000。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述聚環(huán)氧乙烷粉料與去離子水混合時，聚環(huán)氧乙烷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40~50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的烘箱干燥的干燥溫度為30?40°C、干燥時間為2?3天;所述破碎得到的聚環(huán)氧乙烷粒料的粒徑為0.8?1.2mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述聚環(huán)氧乙烷所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，所述的高密度聚乙烯油水分離材料為高密度聚乙烯連續(xù)纖維束，所述的高密度聚乙烯連續(xù)纖維束具有直徑為Iym到20μπι的孔洞。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的擠出機為微型雙螺桿擠出機;所述原料在擠出機中熔融擠出時，熔融擠出的溫度為140?160°C、擠出機螺桿的轉(zhuǎn)速為8?12rpm;步驟(3)所述卷取機在進行收集時，卷取機的收取速率為20 土 2cm/min08.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述料條在冰箱中的冷凍溫度為-20?-15 °C、冷凍時間為2?5小時;在冷凍干燥機中干燥時的溫度為-85?-80 °C、真空度為0.4?IPa，冷凍干燥的時間為48?72小時。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高密度聚乙烯油水分離材料的制備方法，其特征在于，所述高密度聚乙烯油水分離材料在油水分離中的應(yīng)用。10.—種高密度聚乙烯油水分離材料，其特征在于，所述的高密度聚乙烯油水分離材料是通過權(quán)利要求1?9中任一項所述的方法制得。
【文檔編號】C08L71/02GK105906909SQ201610330833
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月18日
【發(fā)明人】鄭國強, 王亞云, 連萌, 郭曉貝, 代坤, 白冉, 劉春太, 申長雨
【申請人】鄭州大學(xué)