, 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(jī)纖維四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jī)纖維四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(duì)不同種類油都有著良好吸附能力，對(duì)食用油、原油、機(jī)油、柴油的飽和吸油量分別為45、38、39、30g/g；對(duì)4種油的持油率都在80.00%以上，吸油10s即可達(dá)到飽和吸油量的90%，持油性能好，吸油速率快；在重復(fù)試驗(yàn)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(jiǎn)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(duì)各種油類均具有吸附能力，同時(shí)使用壽命長(zhǎng)、不沉入水、耐酸堿、吸油后不變形、本身無(wú)毒無(wú)污染、使用后進(jìn)行焚燒處理無(wú)毒氣排出，但也存在持油性和重復(fù)使用性較差的問(wèn)題[1-4]。文華等[5]采用電噴霧沉積法制得了納米纖維級(jí)的PP非織造布，改善了非織造布的持油性能，同時(shí)，其吸油能力和重復(fù)使用性也得到了進(jìn)一步提高，但是制備過(guò)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(duì)熔噴PP非織造布的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，并且在熔噴成網(wǎng)過(guò)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(méi)有顯著改善。因此，開(kāi)發(fā)綜合性能更加優(yōu)異的吸油材料用于環(huán)境保護(hù)，依然是人們關(guān)注的問(wèn)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(hào)的聚苯硫醚(PPS)樹(shù)脂切片為原料，通過(guò)優(yōu)化熔噴工藝和裝備，制備出熔噴PPS非織造布，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化[7 - 8]。本文研究了熔噴PPS非織造布對(duì)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(yàn)部分

1.1原料

PPS樹(shù)脂切片，熔點(diǎn)285 ℃，德陽(yáng)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(cè)試所用的食用油和機(jī)油屬于廢棄回收油，原油和柴油來(lái)源于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司。

1.2熔噴PPS非織造布的制備

將真空干燥的PPS樹(shù)脂切片經(jīng)螺桿區(qū)加熱、熔融、塑化后，熔體通過(guò)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(guò)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(cè)試

1.3.1 飽和吸油量

根據(jù)JT/T 560—2004《船用吸油氈測(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)，飽和吸油量計(jì)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(cè)試》標(biāo)準(zhǔn)，保油率計(jì)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?kù)o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(xiàn)[9]的方法測(cè)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(xiàn)[10]提供的方法測(cè)試。測(cè)試過(guò)程重復(fù)5次，飽和吸油量按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1纖維微觀形貌

采用掃描電鏡對(duì)所制備的熔噴PPS非織造布中纖維的微觀形貌進(jìn)行觀察，并與參考文獻(xiàn)[11]所報(bào)道的熔噴PP非織造布微觀形貌進(jìn)行對(duì)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(cè)試結(jié)果如圖2所示，圖中還給出了參考文獻(xiàn)[11]和[12]報(bào)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(duì)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(duì)食用油、原油、機(jī)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(duì)這4種油的飽和吸油量分別達(dá)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?jī)?chǔ)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(chǔ)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(xiàn)[11]和[12]報(bào)道的熔噴PP非織造布。

(2) 熔噴PP非織造布對(duì)4種油的飽和吸油量大小順序?yàn)闄C(jī)油gt;原油gt;食用油gt;柴油，這與參考文獻(xiàn)[11]和[12]報(bào)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(jī)油均為廢棄油，其成分混雜、黏度大，4種油的黏度排序?yàn)槭秤糜蚲t;機(jī)油gt;原油gt;柴油。熔噴PPS非織造布對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)4種油的持油率都在80.00%以上，說(shuō)明熔噴PPS非織造布有著較為優(yōu)異的持油性能。實(shí)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(huì)出現(xiàn)溢油，能有效避免吸油材料在拖拽、運(yùn)輸過(guò)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(shí)，熔噴PPS非織造布內(nèi)部層層相互黏結(jié)的纖維會(huì)對(duì)所吸收的油形成連續(xù)的阻力，從而阻止油的溢出；同時(shí)，熔噴PPS非織造布所吸收的油會(huì)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(duì)原油和柴油的持油率相對(duì)較高，對(duì)廢棄的食用油和機(jī)油的持油率相對(duì)較低。原因在于，本文所用廢棄的機(jī)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(jī)油和食用油的過(guò)程中，這些雜質(zhì)會(huì)黏附在熔噴PPS非織造布的表面，當(dāng)受到外力擠壓時(shí)，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(huì)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(jìn)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(shí)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(shí)間的關(guān)系

從圖4中可以觀察到，隨著時(shí)間的增加，熔噴PPS非織造布的吸油量逐漸增大，在10 min時(shí)基本達(dá)到飽和狀態(tài)。其中，在10 s時(shí)，熔噴PPS非織造布的吸油量便達(dá)到了飽和吸油量的90%，此時(shí)熔噴PPS非織造布對(duì)食用油、原油、機(jī)油、柴油的吸油速率分別為4.40、3.65、3.67、2.75 g/(g·s)，說(shuō)明熔噴PPS非織造布的吸油速率較快，其具有短時(shí)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(guò)程中會(huì)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(qiáng)，吸油速率就越快。從圖1可知，所測(cè)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(guò)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(duì)于阻止油污的擴(kuò)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(píng)價(jià)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(cè)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(yàn)時(shí)飽和吸油量下降最為明顯；3次吸油試驗(yàn)后，熔噴PPS非織造布的飽和吸油量趨于穩(wěn)定，且對(duì)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(chǔ)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(diǎn)所吸附的油不易徹底清除，這會(huì)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(duì)不同種類油都有著良好的吸附能力，對(duì)食用油、原油、機(jī)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(duì)不同種類油都有著較高的持油率和吸油速率，對(duì)食用油、原油、機(jī)油、柴油的持油率都保持在80.00%以上，且僅用時(shí)10 s，熔噴PPS非織造布對(duì)以上4種油的吸油量便能達(dá)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(yàn)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(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(17ZDYF1208)；高技術(shù)有機(jī)纖維四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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?yàn)楦咝阅芾w維

王羅新，wanglx@wtu.edu.cn