梁世杰 歐華杰 張榮巖 馬騰飛 王高升

（天津科技大學(xué)天津市制漿造紙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津，300457）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展和人類(lèi)生活水平的提高，石油及油類(lèi)產(chǎn)品的使用量愈來(lái)愈多，在這些產(chǎn)品開(kāi)采、生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，各種規(guī)模的溢油事件頻發(fā)，含油廢水造成的河流、海洋等水資源污染問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重［1］。目前，針對(duì)油污染水體有多種處理方法，包括自然處理法、圍控與機(jī)械回收法、吸油材料吸附法、海上燃燒法、沉淀法、溢油分散法、生物處理法等［2］；其中，吸油材料吸附法可以回收低黏度或機(jī)械人工法回收效果不佳的浮油［3］，也可以取代溢油分散劑，該方法使用安全、無(wú)二次污染，被認(rèn)為是一種簡(jiǎn)單有效的方法。常用的吸油材料主要有三大類(lèi)，即無(wú)機(jī)吸油材料、有機(jī)合成吸油材料和有機(jī)天然吸油材料［4］。無(wú)機(jī)吸油材料包括沸石、膨脹石墨、黏土和硅凝膠等，它們對(duì)非極性有機(jī)物的吸附量較?。?］。有機(jī)合成吸油材料包括聚丙烯［6］和聚氨酯泡沫［7］等，它們具有親油性和疏水性，吸油性能好，易制備和可重復(fù)使用，是處理油污染水體的常用材料，其主要的缺點(diǎn)是不可生物降解或降解速度非常慢，易產(chǎn)生二次污染問(wèn)題。因此，針對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)吸油材料現(xiàn)存的問(wèn)題，研究新型、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉和綠色環(huán)保的天然有機(jī)吸油材料是十分必要的。

吸油機(jī)理是提高吸油材料性能的重要理論依據(jù)，同時(shí)也是促進(jìn)吸油材料發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力［8］?？蓪⑻烊挥袡C(jī)纖維的吸油過(guò)程［9］描述為：當(dāng)天然有機(jī)纖維與油料接觸時(shí)，油分子首先通過(guò)物理作用附著在纖維表面，然后通過(guò)毛細(xì)管作用進(jìn)入纖維間隙，最后油分子聚集在纖維內(nèi)部或纖維間隙［10］。近年來(lái)，關(guān)于吸油材料吸油機(jī)理的研究大部分都是從定性的角度分析，定量化的分析很少。吸油材料吸油的本質(zhì)是一個(gè)吸附過(guò)程，通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)的研究，可以形象地反映這一過(guò)程。有研究人員［11-13］以Lagergren準(zhǔn)一級(jí)和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型為依據(jù)，研究吸油材料吸油過(guò)程中的吸附速度和吸附動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系發(fā)現(xiàn)，影響吸附過(guò)程的因素有反應(yīng)溫度、吸附質(zhì)濃度及吸附劑的形狀和結(jié)構(gòu)。理想吸油材料應(yīng)該具備的特征為：疏水親油性、油水選擇性好；吸油倍率高、吸附速率快、保油率高；比水密度小，吸油前后都能浮在水面上；被吸附的油能回收；可重復(fù)使用和可生物降解；易于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。但是大部分的天然有機(jī)纖維親水，不利于吸油，天然有機(jī)纖維需經(jīng)過(guò)改性才能作為吸油材料。劉曉暉等［14］以玉米秸稈為原料，先用氨水預(yù)處理，再經(jīng)乙酸酐酯化改性制備改性玉米秸稈吸油材料發(fā)現(xiàn)，改性后的玉米秸稈吸油材料吸油倍率可達(dá)9.03 g/g；陳慶國(guó)等［15］采用磷酸活化、高溫條件改性稻草秸稈并研究其吸油性能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改性稻草投加量為0.8 g/L時(shí)，60 mg/L含油污水中的原油去除率為89.5%；王澤甲等［16］采用堿性雙氧水對(duì)木屑進(jìn)行改性并研究其吸油性能發(fā)現(xiàn)，改性后的木屑吸油倍率為9.4 g/g。江茂生等［17］以紅麻桿為原料，經(jīng)熱解處理制備吸油材料發(fā)現(xiàn)，450℃熱處理物的吸汽油倍率最大，為11.60 g/g。Tang等［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性后的小麥秸稈比表面積增大，吸油倍率超過(guò)20 g/g。但是，通過(guò)改性來(lái)提高天然有機(jī)吸油材料的親油性和疏水性，制備成本高，工藝條件要求高，且生物可降解性略有下降［8］。

我國(guó)是世界三大白羽肉雞生產(chǎn)國(guó)之一，白羽雞產(chǎn)業(yè)在我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)中規(guī)?；B(yǎng)殖程度最高。規(guī)模化家禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了大量的羽毛廢棄物［19］，需要妥善處置。目前，羽毛的主要應(yīng)用是加工低價(jià)值羽毛蛋白粉用于畜禽飼料，盡管羽毛蛋白粉供給穩(wěn)定且價(jià)格低廉，但由于家畜難以消化和缺乏必要的氨基酸，被認(rèn)為是價(jià)值最低的飼料用蛋白原料。為了進(jìn)一步擴(kuò)大羽毛廢棄物的應(yīng)用范圍和提高其附加值，各國(guó)科研人員在提取角蛋白［20］、造紙［21］、保暖材料［22］等方面開(kāi)展了系列研究，取得了一些成果，但仍沒(méi)有大規(guī)模的應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)今溢油污染事故頻繁發(fā)生的現(xiàn)狀，若以廢棄羽毛為主要原料，開(kāi)發(fā)一種新型的吸油紙，可以達(dá)到“以廢治廢”的效果。本研究對(duì)羽毛纖維的結(jié)構(gòu)及其親油疏水的特性進(jìn)行了深入探討，同時(shí)研究了以羽毛纖維為主要原料、以干法抄造制備的吸油紙的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本研究采用的羽毛來(lái)自白羽雞，以其中的正羽（大毛片和小毛片）和朵絨為主要研究對(duì)象。制備吸油紙所用的羽毛纖維由山東金曉陽(yáng)生物科技股份有限公司提供；所用熱黏纖維是低熔點(diǎn)雙組分聚丙烯/聚乙烯復(fù)合纖維，由江蘇中石纖維股份有限公司提供；所用木漿纖維是漂白桉木化學(xué)漿（巴西產(chǎn)）；采用油品是機(jī)油（Mobil SAE 20W-40）和植物油（金龍魚(yú)，精煉一級(jí)大豆油）；濃硫酸購(gòu)自天津市江天化工技術(shù)有限公司；蘇丹Ⅲ購(gòu)自沈陽(yáng)市試劑三廠。

1.2 吸油紙的制備

將羽毛纖維和熱黏纖維等材料按一定的比例均勻混合后，置于特制模具中，將模具在155℃下加熱處理10 min，即得吸油紙，吸油紙的定量為400 g/m2，表觀密度為0.03 g/cm3。

1.3 吸油紙性能分析

1.3.1 吸附倍率

纖維吸附倍率（Q1）的測(cè)定：向燒杯內(nèi)倒入一定量的待測(cè)液體，然后將質(zhì)量M1的纖維樣品置于200目銅網(wǎng)上并浸入待測(cè)液體中，1 h后將達(dá)到吸附平衡的纖維取出，在銅網(wǎng)上淌滴3 min后，測(cè)定其質(zhì)量M2，按式（1）計(jì)算纖維的吸附倍率（Q1），測(cè)量5次取平均值。

式中，Q1為纖維的吸附倍率，%；M1為吸附前纖維樣品的質(zhì)量，g；M2為吸附后纖維樣品的質(zhì)量，g。

吸油紙吸附倍率（Q2）的測(cè)定：裁取體積為12 cm×12 cm×4 cm（長(zhǎng)×寬×高）吸油紙樣品，質(zhì)量為M3，用細(xì)金屬絲綁定吸油紙樣品，稱(chēng)取吸油紙樣品和金屬絲總質(zhì)量（M4）后，浸沒(méi)于盛放待測(cè)液體的燒杯中，1 h后取出，在銅網(wǎng)上滴淌3 min后，測(cè)定吸附后吸油紙和金屬絲的總質(zhì)量（M5）；按式（2）計(jì)算吸油紙的吸附倍率（Q2），測(cè)量5次取平均值。

式中，Q2為吸油紙的吸附倍率，%；M3為吸附前吸油紙樣品的質(zhì)量，g；M4為吸附前吸油紙樣品和金屬絲的總質(zhì)量，g；M5為吸附后吸油紙樣品和金屬絲的總質(zhì)量，g。

1.3.2 吸油速率

在500 mL燒杯中倒入300 mL自來(lái)水，然后再倒入30 mL植物油，靜置至兩液相明顯分層后，將質(zhì)量為2 g的吸油紙樣品放入燒杯中，開(kāi)始計(jì)時(shí)，待上層油相完全被吸收時(shí)停止計(jì)時(shí)。所測(cè)時(shí)間即為吸油紙的吸油速率，測(cè)量5次取平均值。

1.3.3 保油率

稱(chēng)取質(zhì)量為M6的吸油紙樣品放入植物油中，待樣品吸附飽和后將樣品置于銅網(wǎng)上，從3 min開(kāi)始計(jì)時(shí)，每隔一定時(shí)間稱(chēng)取吸油紙樣品質(zhì)量M7，并計(jì)算此時(shí)的吸油倍率Q3，直至樣品質(zhì)量變化趨于穩(wěn)定為止。按式（3）計(jì)算吸油紙的保油率（W）。

式中，W為吸油紙的保油率，%。

1.3.4 重復(fù)使用性能

將吸油后的吸油紙樣品放入活塞擠壓器中，在一定壓力下使油料從樣品中流出，然后將樣品用于下一次吸油實(shí)驗(yàn)，待樣品吸附飽和后，重復(fù)相同的步驟直到樣品無(wú)法恢復(fù)初始形狀，根據(jù)樣品多次吸附/脫附后吸油倍率的變化確定樣品的重復(fù)使用性能。

1.4 羽毛纖維的形貌和結(jié)構(gòu)表征

將完整的羽毛自然平放于顏色較深的平臺(tái)上，用奧林巴斯數(shù)碼照相機(jī)（日本）拍攝羽毛的形貌。

為了更直觀地觀察、分析不同形貌的單根羽毛的吸油效果，利用生物染色劑蘇丹Ⅲ對(duì)植物油進(jìn)行染色［23］，并拍攝吸油后羽毛的形貌。

選用結(jié)構(gòu)完整、排列整齊的羽片或羽絨，用電腦攝影生物顯微鏡和掃描電子顯微鏡（SEM，日本日立SU-1510）觀察并拍攝羽枝及羽小枝、絨枝及絨小枝的形貌和結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 羽毛纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1.1 羽毛的結(jié)構(gòu)

白羽雞的全身羽毛均為白色，羽毛按其形貌可分為大毛片、小毛片和朵絨。羽毛纖維是由從大毛片、小毛片上剝離得到的含羽枝、羽小枝的羽枝纖維以及從小毛片、朵絨上分離得到的含絨枝、絨小枝的絨枝纖維組成［24］。

大毛片、小毛片和朵絨的形貌和結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，大毛片和小毛片的羽軸兩側(cè)均有平行排列、緊密整齊的羽枝（見(jiàn)圖1（d）），羽枝平均長(zhǎng)度為15～20 mm，羽枝兩側(cè)又附生有羽小枝。小毛片上的羽枝較大毛片上的柔軟，其羽干的上半部分是整齊排列的羽枝，羽干下半部分兩側(cè)附生有散亂排列、細(xì)長(zhǎng)柔軟的絨枝（見(jiàn)圖1（e）），絨枝上生有大量的絨小枝。朵絨的特點(diǎn)是羽干細(xì)而短，柔軟蓬松的絨枝直接從根部生出，呈放射狀，其絨枝纖維結(jié)構(gòu)和小毛片的絨枝纖維結(jié)構(gòu)相同。

圖1 白羽雞羽毛種類(lèi)及其不同部位的光學(xué)顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Structure of feathers from white-feather chicken and opitcal microphotographs of different positions.(a)Large feather;(b)small feather;(c)velvet;(d)barb;(e)down-branch

2.1.2 羽毛纖維的微觀結(jié)構(gòu)

2.1.2.1 羽枝纖維的微觀結(jié)構(gòu)

利用SEM對(duì)羽枝纖維的表面和橫截面的形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖2所示。

圖2 羽枝纖維SEM圖Fig.2 SEM images of barb fiber.(a)Surface of barb;(b)surface of twig;(c)cross-section of barb;(d)magnification of cross section of barb

從圖2（a）可以看出，羽枝兩側(cè)長(zhǎng)有數(shù)個(gè)分支，即羽小枝（見(jiàn)圖2（b）），在羽小枝的端部又生出眾多分枝，一般稱(chēng)為羽小鉤。羽小枝表面凹凸不平，存在大量褶皺，褶皺有一定的深度和長(zhǎng)度，大量的羽小枝和褶皺增大了羽枝纖維的比表面積，有利于纖維對(duì)油的吸附。由圖2（c）和圖2（d）可知，羽枝纖維內(nèi)部有多個(gè)不規(guī)則的空腔，空腔產(chǎn)生毛細(xì)管作用力，從而提高其對(duì)液體的吸附性能。

2.1.2.2 絨枝纖維的微觀結(jié)構(gòu)

利用SEM分別對(duì)來(lái)自小毛片和朵絨的絨枝纖維的表面和橫截面進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖3所示。

分別觀察小毛片的絨枝和朵絨的絨枝（見(jiàn)圖3（a）和圖3（b））可以發(fā)現(xiàn)，絨枝的排列間距較大，分布散亂。絨枝從根部由扁平狀向圓柱狀過(guò)渡，兩側(cè)不存在分支，但按一定的間距分布有類(lèi)似于竹節(jié)的節(jié)點(diǎn)。由絨小枝的表面SEM圖（見(jiàn)圖3（c）和圖3（d））可以看出，其表面存在大量的褶皺，朵絨絨小枝表面的褶皺深度明顯大于小毛片絨小枝的。觀察絨枝的橫截面（見(jiàn)圖3（e）和圖3（f））發(fā)現(xiàn)，絨枝上也存在不規(guī)則形狀的空腔；小毛片的絨枝空腔比朵絨的絨枝空腔大。

圖3 絨枝纖維SEM圖Fig.3 SEM images of down-branch fiber.Down-branch of small feather(a)and velvet(b);surfaces of small down-branch of small feather(c)and velvet(d);cross sections of down-branch of small feather(e)and velvet(f)

2.2 羽毛纖維的吸附性能

2.2.1 不同部位羽毛吸附性能比較

分別測(cè)定完整的單根大毛片、小毛片、朵絨對(duì)機(jī)油、植物油和水的吸附倍率，結(jié)果如圖4所示。

圖4 3種羽毛對(duì)不同液體吸附倍率的對(duì)比Fig.4 Absorbency ratio comparison of 3 different feathers towards different liquids

由圖4可知，3種羽毛對(duì)油的吸附能力均大于它們對(duì)水的吸附能力，如朵絨對(duì)機(jī)油和植物油的吸附倍率均大于17.0 g/g，而其對(duì)水的吸附倍率僅為6.0 g/g，說(shuō)明羽毛自身的親油性遠(yuǎn)高于其親水性。這是由于羽毛纖維外部包覆著一層不溶于水的由甾醇和三磷酸酯所組成的膜［25］，導(dǎo)致羽毛纖維的表面張力小；有研究［26］表明，羽毛纖維是所有蛋白質(zhì)類(lèi)纖維中表面張力最小的。因此，羽毛纖維表面難以被表面張力大的水潤(rùn)濕，但能夠被表面張力小的油脂潤(rùn)濕。

3種羽毛中，對(duì)機(jī)油、植物油和水的吸附倍率，朵絨均為最高，大毛片最低，小毛片介于二者之間。3種羽毛吸附植物油達(dá)到吸附平衡后的照片，如圖5所示。植物油用蘇丹Ⅲ染色后呈紅色，三者的顏色深淺反映了其吸油能力的大小。由圖5可知，吸油后，大毛片的顏色最淺；小毛片的邊緣顏色比較明顯，內(nèi)部顏色較淺；朵絨顏色最深，這和圖4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。大毛片的羽干粗，幾乎不吸油；此外，大毛片中的羽枝比絨枝粗、比表面積小，且羽小枝表面的皺褶比絨小枝的淺而短，導(dǎo)致大毛片吸油倍率低。

圖5 3種羽毛吸附植物油達(dá)到平衡后的照片F(xiàn)ig.5 Pictures of 3 kinds of feathers after adsorbing vegetable oil and reaching balance.(a)Large feather;(b)small feather;(c)velvet

2.2.2 不同種類(lèi)纖維吸附性能比較

分別測(cè)定羽枝纖維、絨枝纖維、木漿纖維和熱黏纖維對(duì)機(jī)油、植物油和水的吸附倍率，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同纖維對(duì)不同液體吸附倍率的對(duì)比Fig.6 Absorbency ratio comparison of different fibers towards different liquids

由圖6可知，羽枝纖維的吸油倍率（對(duì)機(jī)油、植物油）小于絨枝纖維，這是由于羽枝纖維中的羽枝粗大挺硬、比表面積小，且羽小枝表面的皺褶比絨小枝淺而短，因此，羽枝纖維的吸油倍率小。絨枝纖維柔軟可塑且具有較大的比表面積，卷曲的纖維間形成大量毛細(xì)管空隙，吸附倍率與比表面積和空隙率成正比［27］，且絨枝纖維內(nèi)部也存在不規(guī)則空腔，使得其吸油倍率高于羽枝纖維。羽毛纖維的主要成分是蛋白質(zhì)，其表面覆有一層膜，與以聚烯烴為主要成分的熱黏纖維類(lèi)似，具有親油疏水的特點(diǎn)［28］，油性物質(zhì)可在羽毛纖維表面鋪展；同時(shí)，羽毛纖維表面凹凸不平且纖維內(nèi)部存在不規(guī)則空腔，在物理誘導(dǎo)作用和毛細(xì)管作用下，可使油性物質(zhì)吸附在羽毛纖維周?chē)蛢?nèi)部。

木漿纖維主要成分是纖維素，含有大量的親水性羥基［29］，因此其吸水倍率高于羽枝纖維、絨枝纖維和熱黏纖維，而吸油倍率最低。熱黏纖維由非極性的聚乙烯和聚丙烯組成，其吸水性能最弱。羽毛作為一種由蛋白質(zhì)構(gòu)成的動(dòng)物纖維，其極性較弱［30］，羽枝纖維和絨枝纖維吸水倍率介于木漿纖維和熱黏纖維之間；其中，絨枝纖維的吸水倍率略高于羽枝纖維。

2.3 酸處理對(duì)羽毛纖維吸附性能的影響

研究表明［31］，在常溫下，羽毛纖維耐酸性較強(qiáng)，耐堿性較差。為了提高羽毛纖維的吸油性能，對(duì)羽毛纖維進(jìn)行稀酸處理。酸的主要作用是使羽毛纖維中角蛋白分子的鹽式鍵斷開(kāi)，并與游離氨基結(jié)合，還可以使穩(wěn)定性較弱的肽鏈水解，增加氨基和羧基數(shù)量［32］。

利用不同濃度硫酸處理羽毛纖維，經(jīng)洗滌和自然風(fēng)干后，測(cè)定羽毛纖維對(duì)機(jī)油、植物油和水的吸附倍率，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，羽毛纖維對(duì)植物油和機(jī)油的吸油倍率隨硫酸濃度的增大呈先上升后下降的趨勢(shì)；硫酸濃度為2%時(shí)，羽毛纖維的吸油倍率達(dá)到最高值，與未經(jīng)酸處理的樣品比較，吸油倍率分別提高了24.0%（植物油）和28.2%（機(jī)油）。羽毛纖維的吸水倍率隨著硫酸濃度的增大逐漸提高。

2.4 羽毛纖維基吸油紙的性能

由于羽毛纖維本身親水性低，且其與纖維間的結(jié)合性差，實(shí)驗(yàn)將熱黏纖維和羽毛纖維混合后，采用干法抄造方法制備了羽毛纖維基吸油紙。為了評(píng)價(jià)該吸油紙的性能，以植物油為測(cè)試用油，探討羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油倍率、吸油速率、保油率和重復(fù)使用性能的影響。

圖7 稀硫酸濃度對(duì)羽毛纖維吸附倍率的影響Fig.7 Effect of concentration of dilute sulfuric acid on absorbency ratio of feather fiber

2.4.1 羽毛纖維含量對(duì)吸油倍率的影響

羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油倍率的影響如圖8所示。

圖8 羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油倍率的影響Fig.8 Effect of feather fiber content on oil absorbency ratio of oil-absorbing paper

從圖8可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著羽毛纖維含量的增加，吸油紙的吸油倍率呈上升趨勢(shì)，羽毛纖維含量為70%時(shí)，吸油紙的吸油倍率達(dá)到最高值（25.0 g/g）；當(dāng)羽毛纖維含量大于70%，吸油紙的吸油倍率有所降低。這是因?yàn)?，在干法成形過(guò)程中，材料的成形主要是通過(guò)低熔點(diǎn)雙組分中熱黏纖維的熔融和黏結(jié)作用［33］，因此，吸油紙的成形和強(qiáng)度受熱黏纖維含量的影響。結(jié)合圖6可知，羽毛纖維的吸油性能強(qiáng)于熱黏纖維，因此在一定范圍內(nèi)，提高羽毛纖維含量有利于吸油紙吸油倍率的提高。吸油紙的吸油性能不僅與纖維本身的吸油性能有關(guān)，還與材料中毛細(xì)管空隙的大小和數(shù)量有關(guān)；因此，當(dāng)吸油紙中羽毛纖維含量超過(guò)一定值后，此時(shí)，吸油紙中熱黏纖維含量降低，會(huì)導(dǎo)致成形后材料強(qiáng)度降低，毛細(xì)管空隙數(shù)量減少，毛細(xì)管作用削弱，材料對(duì)油的物理吸附隨之減少，吸油倍率下降。從圖8還可以看出，羽毛纖維含量相同時(shí)，與未經(jīng)硫酸處理的吸油紙相比，經(jīng)2%硫酸處理的羽毛纖維所制得的吸油紙的吸油倍率提高了7.4%。

2.4.2 羽毛纖維含量對(duì)吸油速率的影響

吸油速率用于衡量吸油紙對(duì)油吸附的快慢程度。羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油速率的影響如圖9所示。

圖9 羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油速率的影響Fig.9 Effect of feather fiber content on oil absorbency rate of oil-absorbing paper

由圖9可知，隨著羽毛纖維含量增加，吸油紙吸附相同油量所需要的時(shí)間減少，表明吸油速率隨羽毛纖維含量的增加而增大。當(dāng)羽毛纖維含量小于70%時(shí)，吸油紙吸油速率快速上升，當(dāng)羽毛纖維含量大于70%，繼續(xù)增加羽毛纖維含量，吸油紙吸油速率趨于平緩。這一方面是由于羽毛纖維比熱黏纖維有更高的吸油倍率，另一方面，由于吸油紙中熱黏纖維含量的減少，吸油紙中的空隙增大，使得吸油速率加快。

2.4.3 羽毛纖維含量對(duì)保油率的影響

保油率用于衡量吸油紙對(duì)所吸附油液的保持性能。羽毛纖維含量對(duì)吸油紙保油率（吸附飽和后20 min內(nèi)）的影響如圖10所示。

從圖10可以看出，保油時(shí)間0～5 min之間，不同纖維含量吸油紙的保油率均呈明顯下降趨勢(shì)；當(dāng)保油時(shí)間超過(guò)10 min，各吸油紙的保油率趨于平緩。當(dāng)保油時(shí)間為20 min時(shí)，50%～90%羽毛纖維含量吸油紙的保油率分別為79%、78%、74%、71%、67%；由此可知，當(dāng)吸油紙中羽毛纖維含量超過(guò)一定值后，吸油紙的保油率下降，這可能是由熱黏纖維含量減少使得吸油紙的強(qiáng)度下降、空隙變大、毛細(xì)管作用力下降造成的。

圖10 羽毛纖維含量對(duì)吸油紙保油率的影響Fig.10 Effect of feather fiber content on oil retention rate of oil-absorbing paper

2.4.4 羽毛纖維基吸油紙的重復(fù)使用性能及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

吸油紙的重復(fù)使用性能與其使用成本和環(huán)保性能密切相關(guān)?？赏ㄟ^(guò)重復(fù)的吸附/脫附實(shí)驗(yàn)研究其耐用性，吸油紙重復(fù)使用次數(shù)對(duì)其吸油倍率的影響如圖11所示。

圖11 吸油紙（羽毛纖維含量為70%）重復(fù)使用次數(shù)對(duì)吸油倍率的影響Fig.11 Effect of numbers of use of oil-absorbing paper on oil absorbency ratio(feather fiber content of 70%)

由圖11可知，隨著使用次數(shù)的增加，吸油紙的吸油倍率逐漸下降，當(dāng)吸油紙重復(fù)使用6次時(shí)，其吸油倍率為初始值的50%；說(shuō)明吸油紙經(jīng)6次重復(fù)使用后，依能保持較好的吸油性能。從圖11還可以看出，達(dá)到一定的使用次數(shù)后，吸油紙吸油能力的下降幅度也逐漸變緩。

吸油紙的強(qiáng)度是其應(yīng)用的前提，吸油紙的重復(fù)使用會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，吸油紙吸油前后外觀圖如圖12所示。

圖12 吸油紙（羽毛纖維含量為70%）吸油前后對(duì)比圖Fig.12 Comparison charts of oil-absorbing paper(feather fiber content of 70%)before and after oil absorption.(a)Unused oilabsorbing paper;(b)after the first-round absorbing;(c)before the sixth-round absorbing;(d)after the sixth-round absorbing

由圖12（a）和圖12（b）可以看出，吸油前，吸油紙質(zhì)地疏松，內(nèi)部有許多空隙，而表面較為光滑平整，吸油后，油料均勻且充分地充斥在吸油紙內(nèi)部，不外溢，保油效果好。吸油紙?jiān)趬毫钊薪?jīng)過(guò)5次吸放油后（見(jiàn)圖12（c）），其表面已有褶皺，表層纖維散亂，但其整體形狀未塌散。當(dāng)吸油紙進(jìn)行第6次吸油后（見(jiàn)圖12（d）），其吸油倍率還可以保持在12.5 g/g（見(jiàn)圖11），為初始值的50%，仍具有較好的吸油性能。

3 結(jié)論

以羽毛纖維為原料制備吸油紙，利用掃描電鏡探究3種羽毛纖維（大毛片、小毛片和朵絨）形貌和纖維微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其吸油、吸水性能的影響，并將其與木漿纖維、熱黏纖維進(jìn)行對(duì)比分析；探討羽毛纖維含量對(duì)吸油紙吸油倍率、吸油速率、保油率和重復(fù)使用性能的影響，主要結(jié)論如下。

3.1 羽毛纖維表面存在大量褶皺，褶皺有一定的深度和長(zhǎng)度，增大了羽毛纖維的比表面積；羽毛纖維內(nèi)部有許多不規(guī)則空腔，有利于毛細(xì)管作用，使其適于制備吸油紙。

3.2 羽毛纖維具有優(yōu)良的吸油性能。不同部位羽毛吸附性能的強(qiáng)弱次序?yàn)椋憾浣q＞小毛片＞大毛片；不同種類(lèi)纖維吸油性能的強(qiáng)弱次序?yàn)椋河鹈w維＞熱黏纖維＞木漿纖維；不同種類(lèi)纖維吸水性能的強(qiáng)弱次序?yàn)椋耗緷{纖維＞羽毛纖維＞熱黏纖維。

3.3 經(jīng)稀硫酸處理后，羽毛纖維基吸油紙的吸油倍率提高；當(dāng)硫酸濃度為2%時(shí)，其吸油效果最好。

3.4 以羽毛纖維和熱黏纖維為原料、采用干法抄造制備吸油紙時(shí)，羽毛纖維和熱黏纖維的比例對(duì)吸油紙的吸油性能有較大影響。當(dāng)羽毛纖維含量為70%時(shí)，所制備的吸油紙吸油倍率為25.0 g/g，吸油紙保油率高，吸油紙重復(fù)使用6次后，吸油倍率仍為12.5 g/g，為初始值的50%，說(shuō)明本研究制備的吸油紙重復(fù)使用性能良好。