微波浸提法脫除聚氨酯合成革中微量N，N-二甲基甲酰胺的研究

徐怡清，王琪，崔鵬

(合肥工業大學 化工學院，安徽 合肥 230009)

在濕法聚氨酯合成革(PU 合成革)生產過程中，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)被用作聚氨酯樹脂的洗滌固化劑，其殘留含量2012 年已被國家標準［1］限制:服裝用PU 合成革一級品要求DMF 含量不高于30 mg/kg，二級品要求DMF 含量不高于100 mg/kg。PU 合成革中微量殘留DMF 的脫除成為制備高品質PU 合成革的研究熱點。

PU 合成革中DMF 的脫除的難點:濕法成膜表面結構非常致密，DMF 溶劑難以逸出;DMF 在PU合成革中殘留含量低，擴散速率慢;DMF 再以溶解吸附態存在［2］，常規處理方法難以脫除。

本研究將采取微波浸提法，針對某品牌合成革制備高品質產品的需求，開展DMF 脫除研究，以期為工業生產提供研究依據。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

DMF、甲醇、正丁醇均為分析純;去離子水，自制;PU 合成革(DMF 殘留量c0為1 910 mg/kg)。

2014C 氣相色譜儀;KQ-100KDE 超聲波清洗器;MAS-2 微波加熱器。

1.2 實驗方法

取片狀合成革，剪成大小約100 mm ×100 mm的片狀(質量約為4.5 g)，放入具塞圓底燒瓶中，加入去離子水，在微波加熱器中微波輔助浸提，浸提結束后置于紅外干燥箱中以70 ℃干燥30 min。分析DMF 含量，并計算DMF 脫除率(R)。

式中 c0——PU 合成革中DMF 初始含量，mg/kg;

c1——微波浸提法處理后PU 合成革中DMF含量，mg/kg。

1.3 分析方法

以甲醇為萃取劑，采用超聲輔助萃取法，在一定條件下萃取PU 合成革中的微量DMF。以保留時間定性，以正丁醇為內標定量，采用氣相色譜法檢測萃取液中DMF 的濃度，計算DMF 含量。

2 結果與討論

2.1 DMF-正丁醇標準曲線的制作

以DMF 與正丁醇的峰面積比為橫坐標，DMF與正丁醇的濃度比為縱坐標繪制標準曲線，見表1。

表1 DMF 標準曲線的線性范圍Table 1 The linear range of DMF standard curve

由表1 可知，DMF 與正丁醇的濃度比與其峰面積比呈現出良好的線性關系。

2.2 微波浸提時間對DMF 脫除率的影響

在微波功率300 W，浸提溫度40 ℃的條件下，對浸提體系輻照不同的時間，檢測DMF 脫除率，結果見圖1。

圖1 微波輔助浸提時間對DMF 脫除率的影響Fig.1 Influence of microwave extraction time on the removal rate of DMF

由圖1 可知，隨著微波輔助浸提時間的增加，DMF 的殘留含量呈現下降趨勢，浸提時間超過15 min 時，DMF 脫除率變化不顯著。這是由于微波加熱具有體系內外同時加熱的特點，對高分子聚合物中殘留溶劑具有較好的脫除效果［3］。水能夠將所吸收的微波高效的轉換為熱能，使浸提液體系溫度快速升高，促進溶液中分子擴散運動。DMF 從PU 合成革中脫除的過程屬于“一級釋放”過程［4］，擴散過程開始時速率最快，然后緩慢趨向平緩。優化浸提時間為15 min 時，DMF 脫除率為87.8%。

2.3 微波功率對DMF 脫除率的影響

浸提溫度40 ℃，浸提時間15 min，研究不同微波功率對DMF 脫除率的影響，結果見圖2。

圖2 微波功率對DMF 脫除率的影響Fig.2 Influence of microwave power on the removal rate of DMF

由圖2 可知，隨著微波功率的增加，DMF 脫除率增加。微波功率700 W 時，DMF 脫除率最大。微波功率增加時，產生的交頻電磁場作用相應增強［5］，DMF 分子吸收微波達到活化狀態，同時微波對極性分子的非熱效應，更多DMF 分子加速旋轉和遷移，能夠脫離聚氨酯鏈段結構［6］。優化微波功率700 W 時，DMF 脫除率為91.3%。

2.4 浸提溫度對DMF 脫除率的影響

微波功率700 W，輻照15 min 條件下，研究浸提溫度對DMF 脫除率的影響，結果見圖3。

圖3 微波浸提溫度對DMF 脫除率的影響Fig.3 Influence of microwave extraction temparature on the removal rate of DMF

由圖3 可知，隨著浸提溫度升高，DMF 脫除率快速升高，在80 ℃達到98.8%。在相同微波條件下，隨著溫度升高，水分子的熱運動速率加快，PU 合成革被水浸潤的速率也加快;同時，DMF 分子的平均運動動能也隨著溫度的升高而增大，擴散過程得到了強化［6］。

2.5 浸提液固比對DMF 脫除率的影響

微波功率700 W，浸提溫度80 ℃，采用不同液固比對浸提體系輻照15 min，檢測DMF 脫除率，結果見表2。

由表2 可知，液固比對DMF 脫除率影響不大，在55∶1(mL/g)液固比條件下，DMF 脫除率較高。

表2 液固比對DMF 脫除率的影響Table 2 Influence of microwave extraction volume on the removal rate of DMF

綜上所述，優化脫除條件為:浸提時間15 min，微波功率700 W，浸提溫度80 ℃，液固比55 ∶1 (mL/g)。在此優化條件下，對初始DMF 含量為1 910 mg/kg 的PU 合成革進行微波浸提，DMF 脫除率為98.8%，殘余含量為23 mg/kg，達到國家Ⅰ級標準的要求。

3 結論

采用微波輔助浸提法脫除PU 合成革中微量殘留的DMF，優化條件為:浸提時間15 min，微波功率700 W，浸提溫度80 ℃，液固比55∶1 (mL/g)。在此條件下，處理的PU 合成革中DMF 含量23 mg/kg，脫除率達到98.8%。

［1］ 中華人民共和國工業和信息化部. QB/T 4342—2012服裝用聚氨酯合成革安全要求［S］.北京:中國標準出版社，2012.

［2］ 李軍，許振良，胡英，等. 乙醇和水在聚酰亞胺膜中的溶解和傳遞現象研究-乙醇和水在膜中的溶解和傳遞性質的關聯［J］.化工學報，1997，48(5):524-531.

［3］ Mehdizadehl M. Microwave/Rf methods for detection and drying of residual water in polymers［J］. AI ChE Annual Meeting，2004，14(33):431-437.

［4］ E. L. 柯斯樂. 擴散:流體系統中的傳質［M］.2 版. 北京:化學工業出版社，2002:231.

［5］ 陳恩贊，蘇海佳，譚天偉，等. 微波提取醬渣中總異黃酮的實驗研究［J］. 環境工程學報，2010，4(2):427-430.

［6］ 王剛.浸提法脫除聚氨酯合成革中微量DMF 的研究［D］.合肥:合肥工業大學，2011:53.