微波浸提法脱除聚氨酯合成革中微量N，N-二甲基甲酰胺的研究

2014-12-23徐怡清王琪崔鹏

应用化工 2014年9期

徐怡清，王琪，崔鹏

(合肥工业大学化工学院，安徽合肥 230009)

在湿法聚氨酯合成革(PU 合成革)生产过程中，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)被用作聚氨酯树脂的洗涤固化剂，其残留含量2012 年已被国家标准［1］限制:服装用PU 合成革一级品要求DMF 含量不高于30 mg/kg，二级品要求DMF 含量不高于100 mg/kg。PU 合成革中微量残留DMF 的脱除成为制备高品质PU 合成革的研究热点。

PU 合成革中DMF 的脱除的难点:湿法成膜表面结构非常致密，DMF 溶剂难以逸出;DMF 在PU合成革中残留含量低，扩散速率慢;DMF 再以溶解吸附态存在［2］，常规处理方法难以脱除。

本研究将采取微波浸提法，针对某品牌合成革制备高品质产品的需求，开展DMF 脱除研究，以期为工业生产提供研究依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

DMF、甲醇、正丁醇均为分析纯;去离子水，自制;PU 合成革(DMF 残留量c0为1 910 mg/kg)。

2014C 气相色谱仪;KQ-100KDE 超声波清洗器;MAS-2 微波加热器。

1.2 实验方法

取片状合成革，剪成大小约100 mm ×100 mm的片状(质量约为4.5 g)，放入具塞圆底烧瓶中，加入去离子水，在微波加热器中微波辅助浸提，浸提结束后置于红外干燥箱中以70 ℃干燥30 min。分析DMF 含量，并计算DMF 脱除率(R)。

式中 c0——PU 合成革中DMF 初始含量，mg/kg;

c1——微波浸提法处理后PU 合成革中DMF含量，mg/kg。

1.3 分析方法

以甲醇为萃取剂，采用超声辅助萃取法，在一定条件下萃取PU 合成革中的微量DMF。以保留时间定性，以正丁醇为内标定量，采用气相色谱法检测萃取液中DMF 的浓度，计算DMF 含量。

2 结果与讨论

2.1 DMF-正丁醇标准曲线的制作

以DMF 与正丁醇的峰面积比为横坐标，DMF与正丁醇的浓度比为纵坐标绘制标准曲线，见表1。

表1 DMF 标准曲线的线性范围Table 1 The linear range of DMF standard curve

由表1 可知，DMF 与正丁醇的浓度比与其峰面积比呈现出良好的线性关系。

2.2 微波浸提时间对DMF 脱除率的影响

在微波功率300 W，浸提温度40 ℃的条件下，对浸提体系辐照不同的时间，检测DMF 脱除率，结果见图1。

图1 微波辅助浸提时间对DMF 脱除率的影响Fig.1 Influence of microwave extraction time on the removal rate of DMF

由图1 可知，随着微波辅助浸提时间的增加，DMF 的残留含量呈现下降趋势，浸提时间超过15 min 时，DMF 脱除率变化不显著。这是由于微波加热具有体系内外同时加热的特点，对高分子聚合物中残留溶剂具有较好的脱除效果［3］。水能够将所吸收的微波高效的转换为热能，使浸提液体系温度快速升高，促进溶液中分子扩散运动。DMF 从PU 合成革中脱除的过程属于“一级释放”过程［4］，扩散过程开始时速率最快，然后缓慢趋向平缓。优化浸提时间为15 min 时，DMF 脱除率为87.8%。

2.3 微波功率对DMF 脱除率的影响

浸提温度40 ℃，浸提时间15 min，研究不同微波功率对DMF 脱除率的影响，结果见图2。

图2 微波功率对DMF 脱除率的影响Fig.2 Influence of microwave power on the removal rate of DMF

由图2 可知，随着微波功率的增加，DMF 脱除率增加。微波功率700 W 时，DMF 脱除率最大。微波功率增加时，产生的交频电磁场作用相应增强［5］，DMF 分子吸收微波达到活化状态，同时微波对极性分子的非热效应，更多DMF 分子加速旋转和迁移，能够脱离聚氨酯链段结构［6］。优化微波功率700 W 时，DMF 脱除率为91.3%。