熱壓法制備活性炭非織造布吸附材料的研究

作為一種通用的吸附劑，活性炭具有發(fā)達的空隙結(jié)構(gòu)、較大的比面和選擇性吸附能力等特點。1試驗部分1.1原材料市售聚丙烯熔噴非織造布,幅寬1.5m,克質(zhì)量15g/m1.2活性炭非織造布的制備裁取13cm×13cm規(guī)格的聚丙烯熔噴非織造布,將其平鋪在紙板上,然后使用圓形小篩網(wǎng)將規(guī)定量的活性炭粉末均勻置于非織造布表面,再裁取同樣規(guī)格的聚丙烯熔噴非織造布鋪于其表面,使活性炭粉末填充于兩層非織造布之間,然后使用R-3202型熱壓機對其進行處理,在一定壓力和溫度下熱壓一定時間后取出,得到活性炭非織造布。1.3對非碳紡布性能的評價1.3.1厚度測試使用YG141L型織物厚度儀對活性炭非織造布樣品不同位置的厚度進行測定,并計算其算術(shù)平均值作為平均厚度。1.3.2活性炭非織造布載碳量的測定載碳量對活性炭非織造布的吸附性能有最直接的影響,本課題所制備的活性炭非織造布的載碳量通過測定其負載活性炭前后的質(zhì)量變化而得,載碳量(%)由式(1)計算可得1.3.3活性炭負載非織造布不勻率的測試不勻率可以表征活性炭非織造布的均勻情況。分別在同一塊活性炭負載非織造布的不同點取10mm×10mm的樣品,稱其質(zhì)量,不勻率由式(2)計算可得。式中:n表示同一樣品上取樣次數(shù);X1.3.4活性炭非織造布的透濕性gt首先將活性炭非織造布裁剪成直徑為2.5cm的圓形試樣,然后將其放置于含有10mL蒸餾水的透濕杯圓形口處,穩(wěn)固試樣后稱量透濕杯的質(zhì)量并記錄。將該透濕杯放置于硅膠顆粒干燥器中,然后再置于LRH生化培養(yǎng)箱中于38℃條件下靜置3h后取出,稱量此時透濕杯的質(zhì)量,并計算出其前后質(zhì)量差即為蒸發(fā)水的質(zhì)量,活性炭非織造布的透濕性[(g·t)/m式中:△m表示透濕前后蒸發(fā)水質(zhì)量,g;A表示試樣的面積,m1.3.5活性炭非織造布透氣性測試使用YG(B)461D-數(shù)字式織物透氣測量儀器對活性炭非織造布的透氣性進行測試,每塊試樣布分別取不同位置的4個點進行測試,求得其平均值作為樣品的透氣性值。2結(jié)果與討論2.1活性炭對非織造布均勻性的影響在活性炭非織造布的制備過程中,改變活性炭的添加量對所制備的活性炭非織造布各項性能的影響情況如表1和圖1所示。由表1可以看出,提高活性炭粉添加量可以使得活性炭非織造布的厚度和載炭量不斷增加,但對其不勻率影響較小,負載活性炭前后非織造布的不勻率處于非常接近的水平。這些結(jié)果表明通過調(diào)控活性炭添加量可以獲得不同活性炭含量的非織造布吸附材料,而且該活性炭非織造布具有較高的均勻性。由圖1可以看出,活性炭添加量的升高會導致非織造布的透氣性逐漸降低,這可能是由于載炭量增加會導致非織造布的孔隙率有所降低所致。活性炭非織造布的透濕性隨著活性炭添加量的增加先升高后降低,并在活性炭添加量為0.3g時達到最高值。這可能是由于少量活性炭的負載會增加非織造布的親水性,但當載炭量過高時則會因降低非織造布的空隙而導致其透濕性明顯下降。在非織造布吸附材料的使用過程中,尤其作為防護服應用時,透氣性和透濕性對其實際應用具有非常重要的影響2.2熱壓溫度的影響為考察熱壓溫度對所制備活性炭非織造布的影響,分別在90、100、110、120、135℃的條件下熱壓制作活性炭非織造布,得到熱壓溫度與其各項性能間的關系如表2和圖2所示。由表2可以看出,隨著熱壓溫度的升高,活性炭非織造布的厚度和載炭量均不斷升高,同時不勻率呈逐漸降低趨勢,說明升高溫度有利于活性炭在非織造布上的負載反應。這應該是由于升高溫度會增加非織造布大分子鏈段的運動性,使得更多的空隙暴露出來,同時活性炭分子的擴散動能增加,最終導致更多的活性炭分子能夠均勻地與非織造布進行結(jié)合。當熱壓溫度超過110℃時活性炭非織造布的載炭量和厚度增加趨勢減緩,不勻率下降幅度也減小,說明110℃是比較合適的反應溫度。由圖2可以看出,活性炭非織造布的透氣性也隨著熱壓溫度的增大呈先上升后降低的趨勢,并在熱壓溫度為110℃時達到最高值。同時,熱壓溫度的升高會導致活性炭非織造布的透濕性不斷升高,這可能是由于高溫條件下活性炭在非織造布基體分布的均勻性會有所增大,有利于水分子的透過所致。綜合考慮活性炭非織造布的各項性能,本試驗中最佳的熱壓溫度應為110℃左右。2.3熱壓時間的影響為考察熱壓時間對制備活性炭非織造布的影響,分別設置活性炭與非織造布的熱壓處理時間為1、2、3、4、5min,得到的活性炭非織造布各項性能如表3和圖3所示。由表3可以看出,熱壓時間對活性炭非織造布的厚度、載炭量和不勻率的影響均不顯著,說明改變熱壓時間對活性炭非織造布的制備影響不大,這可能是由于活性炭和非織造布的結(jié)合速率較快,在較短時間內(nèi)就可以接近完全反應。由圖3可以看出,熱壓時間對活性炭非織造布的透氣性和透濕性影響較為顯著,活性炭非織造布的透氣性在熱壓時間為3min時達到最高值,而其透濕性則隨著熱壓時間的延長不斷降低。這表明盡管熱壓時間對活性炭非織造布的厚度、載炭量影響不明顯,但延長熱壓時間可能會改變活性炭在非織造布上的存在狀態(tài),以及大分子鏈間的孔隙結(jié)構(gòu),從而改變了其透氣性和透濕性能。綜合上述結(jié)果,本試驗熱壓時間應以3min為宜。3結(jié)論3.1活性炭非織造布使用熱壓法將活性炭負載于聚丙烯熔噴非織造布上制備了吸附過濾材料,而且通過調(diào)控活性炭添加量和熱壓溫度能夠獲得不同載炭量和厚度的活性炭非織造布材料。3.2活性炭非織造布的透氣性能活性炭非織造布的透氣性隨著活性炭添加量的升高不斷降低,而且在熱壓溫度為110℃處理3min得到的活性炭非織造布具有最優(yōu)異的透氣性能。3.3熱