熔噴聚苯硫醚非織造布吸油性能研究*

, 羅新

1.武漢紡織大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073;2.四川省紡織科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.高技術(shù)有機纖維四川省重點實驗室，四川 成都 610072

熔噴聚苯硫醚非織造布吸油性能研究*

熊思維1嚴(yán)珺寶1趙正輝1殷先澤1岳海生2,3王樺1,2,3王羅新1

1.武漢紡織大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073;2.四川省紡織科學(xué)研究院，四川 成都 610072；3.高技術(shù)有機纖維四川省重點實驗室，四川 成都 610072

以自制的熔噴聚苯硫醚(PPS)非織造布作為吸油材料，綜合考察其吸油性能。結(jié)果表明：熔噴PPS非織造布對不同種類油都有著良好吸附能力，對食用油、原油、機油、柴油的飽和吸油量分別為45、38、39、30g/g；對4種油的持油率都在80.00%以上，吸油10s即可達到飽和吸油量的90%，持油性能好，吸油速率快；在重復(fù)試驗5次后，其飽和吸油量約為初次使用的50%，具有很好的重復(fù)使用性能。

熔噴PPS非織造布，飽和吸油量，持油性能，吸油速率，重復(fù)使用性

采用吸油材料清理、收集水面浮油是一種簡單有效的方法。目前，使用最廣的水面吸油材料是熔噴聚丙烯(PP)非織造布。這類材料吸油倍率較高，吸油速度快，對各種油類均具有吸附能力，同時使用壽命長、不沉入水、耐酸堿、吸油后不變形、本身無毒無污染、使用后進行焚燒處理無毒氣排出，但也存在持油性和重復(fù)使用性較差的問題[1-4]。文華等[5]采用電噴霧沉積法制得了納米纖維級的PP非織造布，改善了非織造布的持油性能，同時，其吸油能力和重復(fù)使用性也得到了進一步提高，但是制備過程較為繁瑣，不能形成大批量生產(chǎn)，應(yīng)用前景不明朗。孟麗平等[6]對熔噴PP非織造布的加工工藝進行了優(yōu)化，并且在熔噴成網(wǎng)過程中加入了滌綸(PET)短纖作為填充材料，制得了PP/PET復(fù)合吸油材料，相比常規(guī)熔噴PP非織造布，吸油量得到了明顯提高，但持油能力和重復(fù)使用性并沒有顯著改善。因此，開發(fā)綜合性能更加優(yōu)異的吸油材料用于環(huán)境保護，依然是人們關(guān)注的問題。

武漢紡織大學(xué)與四川紡織科學(xué)研究院合作，采用特定牌號的聚苯硫醚(PPS)樹脂切片為原料，通過優(yōu)化熔噴工藝和裝備，制備出熔噴PPS非織造布，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化[7 - 8]。本文研究了熔噴PPS非織造布對不同種類油的飽和吸油量、持油率、吸油速率和重復(fù)使用性，以期為油污清理等環(huán)保領(lǐng)域提供性能更為優(yōu)越的候選材料。

1 試驗部分

1.1原料

PPS樹脂切片，熔點285 ℃，德陽科吉高新材料有限責(zé)任公司提供，使用前先于140 ℃真空烘箱中干燥24 h。測試所用的食用油和機油屬于廢棄回收油，原油和柴油來源于中國石油天然氣集團公司。

1.2熔噴PPS非織造布的制備

將真空干燥的PPS樹脂切片經(jīng)螺桿區(qū)加熱、熔融、塑化后，熔體通過錐形噴絲板，在高速熱空氣的牽伸作用下，于接收網(wǎng)簾上形成纖網(wǎng)；纖網(wǎng)中的超細(xì)纖維通過熱黏合形成熔噴非織造布，最后收卷得到熔噴PPS非織造布成品。

1.3熔噴PPS非織造布吸油性能測試

1.3.1 飽和吸油量

根據(jù)JT/T 560—2004《船用吸油氈測試》標(biāo)準(zhǔn)，飽和吸油量計算式：

(1)

式中：W——飽和吸油量，g/g；

W1——熔噴PPS非織造布原始質(zhì)量，g；

W2——熔噴PPS非織造布飽和吸油后的質(zhì)量，g。

1.3.2 持油率

根據(jù)JT/T 560—2004《船用吸油氈測試》標(biāo)準(zhǔn)，保油率計算式：

(2)

其中：N——保油率，%；

W3——飽和吸油后的熔噴PPS非織造布振蕩靜置后的質(zhì)量，g；

W4——熔噴PPS非織造布吸水量，g。

1.3.4 吸油速率

熔噴PPS非織造布的吸油速率按參考文獻[9]的方法測試。

1.3.3 重復(fù)使用性

熔噴PPS非織造布的重復(fù)使用性根據(jù)參考文獻[10]提供的方法測試。測試過程重復(fù)5次，飽和吸油量按式(1)進行計算。

2 結(jié)果與討論

2.1纖維微觀形貌

采用掃描電鏡對所制備的熔噴PPS非織造布中纖維的微觀形貌進行觀察，并與參考文獻[11]所報道的熔噴PP非織造布微觀形貌進行對比(圖1)。

(a) 熔噴PPS非織造布

(b) 熔噴PP非織造布

從圖1可以觀察到：所制備的熔噴PPS非織造布和熔噴PP非織造布中的纖維均呈現(xiàn)相互貫穿的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；熔噴PPS非織造布中的纖維直徑明顯更細(xì)，約為7 μm，接近超細(xì)纖維尺度，而熔噴PP非織造布內(nèi)纖維直徑約為30 μm。

2.2飽和吸油量

熔噴PPS非織造布飽和吸油量測試結(jié)果如圖2所示，圖中還給出了參考文獻[11]和[12]報道的熔噴PP非織造布的飽和吸油量數(shù)據(jù)。

圖2 2種熔噴非織造布對不同種類油的飽和吸油量

從圖2可以看出：

(1) 熔噴PP非織造布對食用油、原油、機油、柴油的飽和吸油量分別為13、16、19、8 g/g；熔噴PPS非織造布對這4種油的飽和吸油量分別達到了45、38、39、30 g/g。結(jié)合2.1節(jié)2種非織造布的纖維微觀形貌可知，熔噴PP非織造布內(nèi)纖維較粗，其內(nèi)部儲油空間有限，而熔噴PPS非織造布內(nèi)纖維更細(xì)，具備較大的儲油空間，因此熔噴PPS非織造布飽和吸油量明顯高于參考文獻[11]和[12]報道的熔噴PP非織造布。

(2) 熔噴PP非織造布對4種油的飽和吸油量大小順序為機油gt;原油gt;食用油gt;柴油，這與參考文獻[11]和[12]報道中4種油的黏度大小順序一致，表現(xiàn)為非織造布飽和吸油量隨油的黏度增加而升高。本文因所用的食用油和機油均為廢棄油，其成分混雜、黏度大，4種油的黏度排序為食用油gt;機油gt;原油gt;柴油。熔噴PPS非織造布對黏度較大的廢棄的食用油也表現(xiàn)出最大的飽和吸油量，對黏度較小的柴油表現(xiàn)出較小的飽和吸油量，這和熔噴PP非織造布對不同種類油的飽和吸油量受黏度影響的規(guī)律一致。

2.3持油性能

熔噴PPS非織造布對4種油的持油率結(jié)果如圖3所示。

圖3 熔噴PPS非織造布對不同種類油的持油率

圖3中數(shù)據(jù)顯示：

(1) 熔噴PPS非織造布對4種油的持油率都在80.00%以上，說明熔噴PPS非織造布有著較為優(yōu)異的持油性能。實際應(yīng)用中，持油性能良好的材料能承受一定的外力且不會出現(xiàn)溢油，能有效避免吸油材料在拖拽、運輸過程中出現(xiàn)溢油而形成二次污染的現(xiàn)象。熔噴PPS非織造布優(yōu)異的持油性能得益于其內(nèi)部三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外力擠壓或拖拽時，熔噴PPS非織造布內(nèi)部層層相互黏結(jié)的纖維會對所吸收的油形成連續(xù)的阻力，從而阻止油的溢出；同時，熔噴PPS非織造布所吸收的油會在其表面形成一層油膜，也能防止油的溢出。

(2) 熔噴PPS非織造布對原油和柴油的持油率相對較高，對廢棄的食用油和機油的持油率相對較低。原因在于，本文所用廢棄的機油和食用油內(nèi)存在著細(xì)小的雜質(zhì)，在熔噴PPS非織造布吸附機油和食用油的過程中，這些雜質(zhì)會黏附在熔噴PPS非織造布的表面，當(dāng)受到外力擠壓時，這些雜質(zhì)被甩出并破壞熔噴PPS非織造布表面的油膜，故在形成新的油膜之前少量的油會溢出，從而降低了熔噴PPS非織造布的持油率。

2.4吸油速率

為進一步了解熔噴PPS非織造布的吸油速率，研究了熔噴PPS非織造布的吸油量隨時間的變化規(guī)律，結(jié)果如圖4所示。

圖4 熔噴PPS非織造布的吸油量與時間的關(guān)系

從圖4中可以觀察到，隨著時間的增加，熔噴PPS非織造布的吸油量逐漸增大，在10 min時基本達到飽和狀態(tài)。其中，在10 s時，熔噴PPS非織造布的吸油量便達到了飽和吸油量的90%，此時熔噴PPS非織造布對食用油、原油、機油、柴油的吸油速率分別為4.40、3.65、3.67、2.75 g/(g·s)，說明熔噴PPS非織造布的吸油速率較快，其具有短時間內(nèi)吸附大量油污的功能。分析其原因在于，熔噴PPS非織造布屬紡織材料，相互纏結(jié)的纖維產(chǎn)生的孔隙在吸油過程中會產(chǎn)生毛細(xì)效應(yīng)，且內(nèi)部纖維越細(xì)，所產(chǎn)生的毛細(xì)效應(yīng)越強，吸油速率就越快。從圖1可知，所測試的熔噴PPS非織造布內(nèi)部的纖維直徑僅有7 μm，因此，在吸油過程中，熔噴PPS非織造布表現(xiàn)出較高的吸油速率。這種快速吸油的特性對于阻止油污的擴散有著重要的意義。

2.5重復(fù)使用性能

吸油材料的重復(fù)使用性能是評價吸油材料的重要指標(biāo)之一。重復(fù)使用性能優(yōu)異的吸油材料能極大地節(jié)約成本。圖5為熔噴PPS非織造布重復(fù)使用性能的測試結(jié)果。

圖5 熔噴PPS非織造布重復(fù)使用性能

從圖5可以觀察到：熔噴PPS非織造布的飽和吸油量隨著吸油次數(shù)的增加而下降，并以第2次試驗時飽和吸油量下降最為明顯；3次吸油試驗后，熔噴PPS非織造布的飽和吸油量趨于穩(wěn)定，且對4種油的飽和吸油量都約為初次的50%。

造成熔噴PPS非織造布飽和吸油量下降的主要原因：

(1) 經(jīng)外力脫附后，熔噴PPS非織造布不能自發(fā)地回復(fù)到原本蓬松的形態(tài)，其儲油空間顯著減少。

(2) 熔噴PPS非織造布內(nèi)纖維表面和纖維纏結(jié)點所吸附的油不易徹底清除，這會減弱毛細(xì)效應(yīng)，從而導(dǎo)致熔噴PPS非織造布飽和吸油量下降[13-14]。

3 結(jié)論

(1) 熔噴PPS非織造布對不同種類油都有著良好的吸附能力，對食用油、原油、機油、柴油的飽和吸油量分別為45、38、39、30 g/g。

(2) 熔噴PPS非織造布對不同種類油都有著較高的持油率和吸油速率，對食用油、原油、機油、柴油的持油率都保持在80.00%以上，且僅用時10 s，熔噴PPS非織造布對以上4種油的吸油量便能達到其飽和吸油量的90%。

(3) 熔噴PPS非織造布重復(fù)使用性能好，在重復(fù)試驗5次后，其飽和吸油量約為初次使用的50%。

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Oil absorption of melt blown polyphenylene sulfide nonwovens

XiongSiwei1，YanJunbao1，ZhaoZhenghui1，YingXianze1，YueHaisheng2,3，WangHua1,2,3，WangLuoxin1

1. School of Materials Science and Engineering, University of Wuhan Textile, Wuhan 430200, China;2. Sichuan Textile Science Research Institute, Chengdu 610072, China;3.High-Tech Organic Fibers Key Laboratory of Sichuan Province,Chengdu 610072, China

The oil absorption proporties of homemade melt blown polyphenylene sulfide (PPS) nonwovens as oil absorption materials were synthetically estimated. The results showed that the melt blown PPS nonwovens showed good absorption capacity for different types of oil, whose saturation oil absorption capacity for cooking oil, crude oil, machine oil and diesel reached 45, 38, 39, 30 g/g respectively. The oil retention capacity of the melt blown PPS nonwovens exceeded 80.00% for these four kinds of oil. The oil adsorption capacity was up to 90% of the saturation absorption capacity in 10 s. The melt blown PPS nonwovens showed good oil retention capacity and high oil absorption rate. Meanwhile, the melt blown PPS nonwovens had good reusability, the saturation oil absorption capacity after repeating trials for 5 times was still maintained about 50% of the initial use.

melt blown polyphenylene sulfide nonwovens, saturation oil absorption capacity, oil retention capacity, oil absorption rate, reusability

TQ342.7

A

1004-7093(2017)09-0020-04

*四川省重點研發(fā)項目(17ZDYF1208)；高技術(shù)有機纖維四川省重點實驗室開放課題基金(PLN2016-03)

2017-03-27

熊思維，男，1993 年生，在讀碩士研究生，研究領(lǐng)域為高性能纖維

王羅新，wanglx@wtu.edu.cn