香蒲絨非織造絮片對植物油的吸附性能

游香瑾,徐廣標(biāo),2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2. 東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620)

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香蒲絨非織造絮片對植物油的吸附性能

游香瑾1,徐廣標(biāo)1,2

(1.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620；2. 東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620)

摘要：采用氣流成網(wǎng)并結(jié)合熱風(fēng)粘合法制備了4種不同混比的香蒲絨及木棉高蓬松絮片，測試評價了絮片的吸油性能。結(jié)果表明：香蒲絨集合體對植物油的吸收性能良好。木棉/ES集合體的吸油倍率最高，為72.3g/g，香蒲絨/ES集合體的吸油倍率最低，為48.4 g/g。4種集合體對植物油的保油率都在85%以上。4種試樣對植物油的除油效果都在90%以上，香蒲絨集合體的油水選擇性大于木棉集合體的油水選擇性。

關(guān)鍵詞：香蒲絨纖維高蓬松絮片吸油性能

食用油在社會日益發(fā)展的今天有著重要的作用，但食用油在使用過程中容易造成污染，餐飲含油的廢水已成為不可忽視的水污染源頭[1]，含油廢水對人體的危害已引起人們的關(guān)注[2]。常用的處理和回收油的方法有：化學(xué)處理法、生物法以及吸附劑物理法。使用吸附劑處理油是一種簡單而實用的方法[3]，且價格便宜。目前使用的吸附劑有合成吸附劑和天然吸附劑兩類，天然吸附劑因其種類多、易降解、成本低等優(yōu)點，被廣泛使用在吸油材料中[4]。常用的天然纖維用作吸附劑的有棉[5]、洋麻[6]、羊毛[7]、木棉[8]等。天然纖維因易于處理，不污染環(huán)境，不會產(chǎn)生二次污染等特點，在含油處理上比合成纖維要好[9]。

香蒲絨纖維來源廣泛，成本低，纖維自身可以生物降解，不會造成環(huán)境污染[10]，纖維具有廣泛的應(yīng)用前景。本文通過制備香蒲絨纖維集合體以及對照物木棉纖維集合體，并進(jìn)一步研究了它們的吸油性能，比較了香蒲絨纖維集合體和木棉纖維集合體吸油性能的差異，為香蒲絨纖維的進(jìn)一步應(yīng)用提供了一定的參考。

1試 驗

1.1吸油材料制備

從松江某湖泊中采集香蒲絨纖維原料，從浙江某海寧公司取得木棉、ES纖維、PET纖維。

采用氣流成網(wǎng)法結(jié)合熱風(fēng)粘合法來固結(jié)纖維網(wǎng)[11]，從而制得纖維集合體。

首先按比例稱取纖維樣品，通過刺輥分別開松四種纖維，再將開松后的纖維按比例橫鋪至直取式角釘簾混棉機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合，再通過混棉機(jī)重復(fù)一次混合，采用美國Rando氣流成網(wǎng)機(jī)氣流制網(wǎng)，得到片狀纖維集合體.最后，用電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥烘制1g纖維網(wǎng)，為使得熱粘合纖維融化，粘結(jié)纖維網(wǎng)，需要給纖維網(wǎng)加熱。為了保證絮片有穩(wěn)定蓬松度，給纖維網(wǎng)施加一定的壓強(qiáng)的壓力制成壓縮狀態(tài)下的集合體，從而和蓬松狀態(tài)下的形成對照。

實驗中，烘制溫度定為150℃，集合體表面所施加壓強(qiáng)為1.4×105Pa。ES纖維是一種最理想的熱粘合纖維[12]，在集合體制備過程中能形成纖維之間的粘結(jié)結(jié)構(gòu)。化學(xué)纖維PET的加入，用于比較化學(xué)纖維的加入對纖維集合體的影響。采用不同的配比方案，制備了如下的4種加壓制成的纖維集合體，如下頁表1所示。并和未加壓的蓬松纖維集合體進(jìn)行對比。

表1　纖維絮片試樣

1.2油液

植物油從市場上購得，室溫條件下油液的粘度由SNB-2數(shù)字旋轉(zhuǎn)粘度儀測得；稱量10mL油液的質(zhì)量從而算得其密度；采用DCAT11表面張力儀側(cè)得其表面張力，其特征參數(shù)如下表2所示。

表2　植物油的各項特征參數(shù)

1.3吸油指標(biāo)及實驗

采用純油中吸油倍率、油水中吸油倍率、保油率、除油效果、油水選擇性這五個指標(biāo)來表征這四種纖維集合體的吸油性能。實驗方法及計算公式如下：

1.3.1吸油倍率

吸油倍率是指試樣吸收的油液的質(zhì)量與試樣的質(zhì)量的比值。

在常溫條件下，量取100mL純油液倒入500mL燒杯中，稱量制備的4種絮片記為m1，放入油液中，并保證燒杯靜置。15min后用鑷子將絮片夾出放置在漏網(wǎng)上，靜置20min中后稱量其質(zhì)量，記為m2，試樣在純油中的吸油倍率(SC)用公式1計算：

(1)

其中，SC表示純油中試樣的吸油倍率(g/g)，m1表示絮片吸油前質(zhì)量(g)，m2表示絮片吸油后質(zhì)量(g)。

在常溫條件下，量取100mL水和50mL油液依次倒入500mL燒杯中，油液質(zhì)量記為m0，試樣質(zhì)量記為m1，放入油水混合液中，保證燒杯靜置。15min后用鑷子將絮片夾出放置在漏網(wǎng)上，靜置2min后稱量試樣的質(zhì)量，記為m2。將試樣放入500mL燒杯中，加入30mL正己烷，先靜置10min，然后反復(fù)震蕩30min，將燒杯中液體倒入量筒中，水相會沉入量筒底部，讀出水的體積即為試樣所吸收的水的體積，記為m3。油水混合液中試樣的吸油倍率(SC’)用公式2計算：

(2)

其中，SC′表示油水混合液中試樣的吸油倍率(g/g)，m1表示絮片吸油水前質(zhì)量(g)，m2表示絮片吸油水后質(zhì)量(g)，m3表示試樣吸收油水中水的質(zhì)量(g)。

1.3.2保油率

保油率是指試樣吸油后在常溫條件下靜置24h后剩余油液的質(zhì)量和最初吸收的油液質(zhì)量的比值。

在常溫條件下，量取100mL純油液倒入500mL燒杯中，稱量制備的4種絮片質(zhì)量，記為m1，放入油液中，并保證燒杯靜置。15min后用鑷子將絮片夾出放置在漏網(wǎng)上，記為m2。再將吸油后試樣靜置在漏網(wǎng)上24h后稱重，記為m3。試樣的保油率(RP)用公式3計算：

(3)

其中，RP表示試樣的保油率(g/g)，m1表示絮片吸油前質(zhì)量(g)，m2表示絮片吸油后質(zhì)量(g)，m3表示試樣靜置24h后剩余的質(zhì)量(g)。

1.3.3除油效果

除油效果是指試樣在油水混合液中，試樣吸收的油液質(zhì)量與加入的油液質(zhì)量的比值。

在常溫條件下，量取100mL水和50mL油液依次倒入500mL燒杯中，油液質(zhì)量記為m0，試樣質(zhì)量記為m1，放入油水混合液中，保證燒杯靜置。15min后用鑷子將絮片夾出放置在漏網(wǎng)上，靜置2min后稱量試樣的質(zhì)量，記為m2。將試樣放入500mL燒杯中，加入30mL正己烷，先靜置10min，然后反復(fù)震蕩30min，將燒杯中液體倒入量筒中，水相會沉入量筒底部，讀出水的體積即為試樣所吸收的水的體積，記為m3。除油效率(RE)用公式表示為：

(4)

1.3.4油水選擇性

油水選擇性是指試樣在油水混合液中，吸收油液質(zhì)量與吸收水質(zhì)量的比值。

和除油效果的方法一樣，油水選擇性(SA)用公式表示為：

(5)

2結(jié)果與討論

2.1集合體的吸油倍率

通過計算測得蓬松狀態(tài)下四種纖維集合體的吸油倍率如圖1所示。

圖1　四種纖維集合體的吸油倍率SR

從圖1可以看出香蒲絨/ES集合體的吸油倍率為48.4 g/g，香蒲絨/PET/ES集合體的吸油倍率為62.5 g/g，木棉/ES集合體的吸油倍率為72.3g/g，木棉/PET/ES集合體的吸油倍率為64.4 g/g。木棉纖維集合體的吸油倍率大于香蒲絨集合體的吸油倍率，木棉/ES集合體的吸油倍率最高，香蒲絨/ES集合體的吸油倍率最低。

究其原因，由于木棉和香蒲絨纖維的結(jié)構(gòu)不同，木棉纖維有較大的中腔率，蓬松大孔隙、高孔隙率的試樣，其粘度會更大，能吸取更多的油液。且加入PET纖維后，香蒲絨集合體的吸油倍率增加，而木棉集合體的吸油倍率反而略有下降。

通過計算測得不施加壓力值得的壓縮狀態(tài)下的香蒲絨/ES集合體和香蒲絨/PET/ES集合體的吸油倍率如圖2所示。

圖2　兩種香蒲絨集合體壓縮狀態(tài)下吸油倍率SR

為了觀察壓縮和蓬松對集合體吸油倍率的影響，測試了兩種壓縮后香蒲絨集合體的吸油倍率。從圖2中看出，壓縮狀態(tài)下香蒲絨/PET/ES集合體的吸油倍率為26.5 g/g，略大于香蒲絨/ES集合體的吸油倍率。但壓縮后集合體的吸油倍率減小，因為壓縮后孔隙率會減小，當(dāng)纖維和油液接觸時，油不容易進(jìn)入其內(nèi)部。

從圖3中看出，四種纖維集合體的吸油倍率SR′相差不大，都為40 g/g左右，可見四種集合體在油水很混合液中，吸收的油量幾乎一樣，沒有明顯的規(guī)律。

2.2集合體的保油率

根據(jù)保油率測試方法，每種試樣測試5個樣品，再求平均值，通過計算測得蓬松狀態(tài)下四種纖維集合體的保油率如圖4所示。

圖4　四種纖維集合體的保油率RP

由圖4可知，四種集合體對植物油的保油率都在85%以上。香蒲絨集合體的保油率略大于木棉集合體的保油率，香蒲絨纖維和植物油有更好的接觸，香蒲絨的截面不規(guī)則，有類似樹枝狀的分支，這樣更易于油液的存儲。香蒲絨集合體之間不僅有粘結(jié)作用，還有纏結(jié)作用來保證集合體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。

圖5 兩種香蒲絨集合體壓縮狀態(tài)下的保油率RP

從圖5可知，壓縮后香蒲絨集合體的保油率都達(dá)到90%以上，兩種集合體的保油率接近，相差不多，香蒲絨/PET/ES集合體的保油率達(dá)到94.9%，香蒲絨/ES集合體的保油率為93.6%。壓縮后集合體的保油率提高，大于蓬松下的保油率，因為壓縮后，吸油少但是吸收的油不容易掉落。

2.3集合體的除油效果

根據(jù)除油效果的測試方法，每種試樣測試3個樣品，測試結(jié)果取平均值，蓬松狀態(tài)下實驗結(jié)果如圖6所示。

圖6　四種纖維集合體的除油效果RE

從圖6可以看出，四種試樣對植物油的除油效果都在90%以上。與木棉集合體相比，香蒲絨集合體的除油效果比木棉集合體的除油效果好。香蒲絨/ES集合體對植物油的除油效果最好，木棉/PET/ES集合體對植物油的除油效果相比最差，可見在油水混合液中，香蒲絨/ES集合體吸收的油液與水的比值最大，在油水混合液中，香蒲絨/ ES集合體更容易吸收油液。但和油水混合液中測得的吸油倍率有一定差異，香蒲絨/PET/ES集合體的吸油倍率最差，可能是因為試驗誤差造成的一部分試驗現(xiàn)象不太吻合。

并用同樣方法測試壓縮后四種集合體的除油效果，進(jìn)行對比。

圖7　四種纖維集合體壓縮后的除油效果RE

從圖7中得出，壓縮后集合體的除油效果并未受到太大損失，仍然都在90%以上，香蒲絨/ES集合體、香蒲絨/PET/ES集合體、木棉/ ES集合體三者的吸油倍率接近，但木棉/PET/ES集合體變化比較大，達(dá)到了97.5%?？赡苁怯捎谂钏蔂顟B(tài)下木棉/PET/ES集合體較蓬松，吸油倍率相對最小，壓縮后孔隙率降低幅度較大，從而吸油倍率提高也最大。

2.4集合體的油水選擇性

根據(jù)油水選擇性的測試方法，對每種試樣測試3個樣品，測試結(jié)果取平均值，則四種纖維集合體蓬松狀態(tài)下的測試結(jié)果如圖8所示。

圖8　四種纖維集合體的油水選擇性SA

從圖8中看出，香蒲絨纖維集合體的油水選擇性在40g以上，而木棉集合體的油水選擇性在30g左右。香蒲絨集合體的油水選擇性大于木棉集合體的油水選擇性，可見在油水混合液中，香蒲絨吸收的油與吸收的水的質(zhì)量的比值較大，這和香蒲絨的結(jié)構(gòu)有關(guān)，其不規(guī)則的表面形態(tài)，縱向分叉的樹枝狀結(jié)構(gòu)都有利于其在油水混合液中吸收更多的油液。

類似的，測試壓縮后四種集合體的油水選擇性，如圖9所示。

圖9　四種纖維集合體壓縮后的油水選擇性SA

從圖9得出，壓縮后木棉纖維集合體的油水選擇性都有所影響，香蒲絨集合體的油水選擇性在17g左右，而木棉集合體的油水選擇性較大。木棉/PET/ES集合體的油水選擇性最好，且壓縮后香蒲絨集合體影響較大，降低很大?？梢妷嚎s后，香蒲絨集合體吸收油的比例降低。

3結(jié)語

(1)通過氣流成網(wǎng)結(jié)合熱風(fēng)粘合法加工工藝，制備香蒲絨絮片，選用木棉絮片作為對比試樣。制備四種不同配比的集合體。

(2)100g油液中，香蒲絨/ES集合體的吸油倍率最低，為48.4 g/g，香蒲絨/PET/ES的吸油倍率為62.5 g/g，木棉/PET/ES為64.4 g/g，木棉/ES集合體的吸油倍率最高，為72.3g/g。

(3)集合體對植物油的保油率都在85%以上。壓縮后保油率提高。

(4)試樣對植物油的除油效果都在90%以上，香蒲絨/ES集合體對植物油的除油效果最好，木棉/PET/ES集合體對植物油的除油效果相比最差。壓縮后影響不大。

(5)香蒲絨集合體的油水選擇性大于木棉集合體的油水選擇性，壓縮后香蒲絨油水選擇性降低。

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Adsorption Property to Plant Oil of Cattail and Kapok Fiber Aggregates

YOUXiang-jin1,XUGuang-biao1,2

(1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620;2. Education Department Key Lab for Textile Fabric Technology, Donghua University, Shanghai 201620)

Abstract:Four different ratios of cattail and kapok high-loft wadding were prepared by adopting air laying web and hot air bonding process and the wadding’s oil absorbencies were tested and evaluated. The results showed that the cattail fiber aggregate had high adsorption capacity. The oil absorbency of Kapok/ES (80/20) aggregate was 72.3g/g, the highest one while that of Cattail/ES (80/20) aggregate was only 48.4 g/g, the lowest one. The oil deposit rates of these four aggregates were above 85%. The removal effects of these four aggregates on vegetable oil were more than 90%. Oil-water selectivity of cattail aggregate was larger than that of kapok aggregate.

Key words:cattail fiberhigh-loft waddingoil absorbency

中圖分類號：TS 102.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)02-0026-05

通訊作者：徐廣標(biāo)(1976-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師。

收稿日期：2015-12-11

第一作者：游香瑾(1991-)，女，碩士，研究方向：紡織材料的結(jié)構(gòu)與性能。