熔噴聚苯硫醚非織造布吸油性能研究

油吸收材料的清潔和表面浮油的收集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1試驗部分1.1真空干燥、干燥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24h。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熔體噴絲板法將真空干燥的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。1.3sps非織造布吸附性能測試1.3.1油的飽和吸收根據(jù)JT/T560—2004《船用吸油氈測試》標(biāo)準(zhǔn),飽和吸油量計算式:式中:W———飽和吸油量,g/g;WW1.3.2保油率的計算根據(jù)JT/T560—2004《船用吸油氈測試》標(biāo)準(zhǔn),保油率計算式:其中:N———保油率,%;WW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熔噴pp非織造布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)。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,約為7μm,接近超細纖維尺度,而熔噴PP非織造布內(nèi)纖維直徑約為30μm。2.2非織造布飽和吸油量熔噴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)。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、8g/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、30g/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,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>原油>食用油>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>機油>原油>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避免二次污染熔噴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引導(dǎo)均勻的穩(wěn)定為進一步了解熔噴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。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10min時基本達到飽和狀態(tài)。其中,在10s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、2.75g/(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)生毛細效應(yīng),且內(nèi)部纖維越細,所產(chǎn)生的毛細效應(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7μm,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飽和吸油量隨吸油次數(shù)的變化吸油材料的重復(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。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,這會減弱毛細效應(yīng),從而導(dǎo)致熔噴PPS非織造布飽和吸油量下降3熔噴pps非織造布的持油率(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、30g/g。(2)熔噴PPS非織造布對不同種類油都