, 罗新

1.武汉纺织大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430073;2.四川省纺织科学研究院，四川 成都 610072；3.高技术有机纤维四川省重点实验室，四川 成都 610072

熔喷聚苯硫醚非织造布吸油性能研究*

熊思维1严珺宝1赵正辉1殷先泽1岳海生2,3王桦1,2,3王罗新1

1.武汉纺织大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430073;2.四川省纺织科学研究院，四川 成都 610072；3.高技术有机纤维四川省重点实验室，四川 成都 610072

以自制的熔喷聚苯硫醚(PPS)非织造布作为吸油材料，综合考察其吸油性能。结果表明：熔喷PPS非织造布对不同种类油都有着良好吸附能力，对食用油、原油、机油、柴油的饱和吸油量分别为45、38、39、30g/g；对4种油的持油率都在80.00%以上，吸油10s即可达到饱和吸油量的90%，持油性能好，吸油速率快；在重复试验5次后，其饱和吸油量约为初次使用的50%，具有很好的重复使用性能。

熔喷PPS非织造布，饱和吸油量，持油性能，吸油速率，重复使用性

采用吸油材料清理、收集水面浮油是一种简单有效的方法。目前，使用最广的水面吸油材料是熔喷聚丙烯(PP)非织造布。这类材料吸油倍率较高，吸油速度快，对各种油类均具有吸附能力，同时使用寿命长、不沉入水、耐酸碱、吸油后不变形、本身无毒无污染、使用后进行焚烧处理无毒气排出，但也存在持油性和重复使用性较差的问题[1-4]。文华等[5]采用电喷雾沉积法制得了纳米纤维级的PP非织造布，改善了非织造布的持油性能，同时，其吸油能力和重复使用性也得到了进一步提高，但是制备过程较为繁琐，不能形成大批量生产，应用前景不明朗。孟丽平等[6]对熔喷PP非织造布的加工工艺进行了优化，并且在熔喷成网过程中加入了涤纶(PET)短纤作为填充材料，制得了PP/PET复合吸油材料，相比常规熔喷PP非织造布，吸油量得到了明显提高，但持油能力和重复使用性并没有显著改善。因此，开发综合性能更加优异的吸油材料用于环境保护，依然是人们关注的问题。

武汉纺织大学与四川纺织科学研究院合作，采用特定牌号的聚苯硫醚(PPS)树脂切片为原料，通过优化熔喷工艺和装备，制备出熔喷PPS非织造布，并实现了产业化[7 - 8]。本文研究了熔喷PPS非织造布对不同种类油的饱和吸油量、持油率、吸油速率和重复使用性，以期为油污清理等环保领域提供性能更为优越的候选材料。

1 试验部分

1.1原料

PPS树脂切片，熔点285 ℃，德阳科吉高新材料有限责任公司提供，使用前先于140 ℃真空烘箱中干燥24 h。测试所用的食用油和机油属于废弃回收油，原油和柴油来源于中国石油天然气集团公司。

1.2熔喷PPS非织造布的制备

将真空干燥的PPS树脂切片经螺杆区加热、熔融、塑化后，熔体通过锥形喷丝板，在高速热空气的牵伸作用下，于接收网帘上形成纤网；纤网中的超细纤维通过热黏合形成熔喷非织造布，最后收卷得到熔喷PPS非织造布成品。

1.3熔喷PPS非织造布吸油性能测试

1.3.1 饱和吸油量

根据JT/T 560—2004《船用吸油毡测试》标准，饱和吸油量计算式：

(1)

式中：W——饱和吸油量，g/g；

W1——熔喷PPS非织造布原始质量，g；

W2——熔喷PPS非织造布饱和吸油后的质量，g。

1.3.2 持油率

根据JT/T 560—2004《船用吸油毡测试》标准，保油率计算式：

(2)

其中：N——保油率，%；

W3——饱和吸油后的熔喷PPS非织造布振荡静置后的质量，g；

W4——熔喷PPS非织造布吸水量，g。

1.3.4 吸油速率

熔喷PPS非织造布的吸油速率按参考文献[9]的方法测试。

1.3.3 重复使用性

熔喷PPS非织造布的重复使用性根据参考文献[10]提供的方法测试。测试过程重复5次，饱和吸油量按式(1)进行计算。

2 结果与讨论

2.1纤维微观形貌

采用扫描电镜对所制备的熔喷PPS非织造布中纤维的微观形貌进行观察，并与参考文献[11]所报道的熔喷PP非织造布微观形貌进行对比(图1)。

(a) 熔喷PPS非织造布

(b) 熔喷PP非织造布

从图1可以观察到：所制备的熔喷PPS非织造布和熔喷PP非织造布中的纤维均呈现相互贯穿的三维网状结构；熔喷PPS非织造布中的纤维直径明显更细，约为7 μm，接近超细纤维尺度，而熔喷PP非织造布内纤维直径约为30 μm。

2.2饱和吸油量

熔喷PPS非织造布饱和吸油量测试结果如图2所示，图中还给出了参考文献[11]和[12]报道的熔喷PP非织造布的饱和吸油量数据。

图2 2种熔喷非织造布对不同种类油的饱和吸油量

从图2可以看出：

(1) 熔喷PP非织造布对食用油、原油、机油、柴油的饱和吸油量分别为13、16、19、8 g/g；熔喷PPS非织造布对这4种油的饱和吸油量分别达到了45、38、39、30 g/g。结合2.1节2种非织造布的纤维微观形貌可知，熔喷PP非织造布内纤维较粗，其内部储油空间有限，而熔喷PPS非织造布内纤维更细，具备较大的储油空间，因此熔喷PPS非织造布饱和吸油量明显高于参考文献[11]和[12]报道的熔喷PP非织造布。

(2) 熔喷PP非织造布对4种油的饱和吸油量大小顺序为机油gt;原油gt;食用油gt;柴油，这与参考文献[11]和[12]报道中4种油的黏度大小顺序一致，表现为非织造布饱和吸油量随油的黏度增加而升高。本文因所用的食用油和机油均为废弃油，其成分混杂、黏度大，4种油的黏度排序为食用油gt;机油gt;原油gt;柴油。熔喷PPS非织造布对黏度较大的废弃的食用油也表现出最大的饱和吸油量，对黏度较小的柴油表现出较小的饱和吸油量，这和熔喷PP非织造布对不同种类油的饱和吸油量受黏度影响的规律一致。

2.3持油性能

熔喷PPS非织造布对4种油的持油率结果如图3所示。

图3 熔喷PPS非织造布对不同种类油的持油率

图3中数据显示：

(1) 熔喷PPS非织造布对4种油的持油率都在80.00%以上，说明熔喷PPS非织造布有着较为优异的持油性能。实际应用中，持油性能良好的材料能承受一定的外力且不会出现溢油，能有效避免吸油材料在拖拽、运输过程中出现溢油而形成二次污染的现象。熔喷PPS非织造布优异的持油性能得益于其内部三维网状的结构，当受到外力挤压或拖拽时，熔喷PPS非织造布内部层层相互黏结的纤维会对所吸收的油形成连续的阻力，从而阻止油的溢出；同时，熔喷PPS非织造布所吸收的油会在其表面形成一层油膜，也能防止油的溢出。

(2) 熔喷PPS非织造布对原油和柴油的持油率相对较高，对废弃的食用油和机油的持油率相对较低。原因在于，本文所用废弃的机油和食用油内存在着细小的杂质，在熔喷PPS非织造布吸附机油和食用油的过程中，这些杂质会黏附在熔喷PPS非织造布的表面，当受到外力挤压时，这些杂质被甩出并破坏熔喷PPS非织造布表面的油膜，故在形成新的油膜之前少量的油会溢出，从而降低了熔喷PPS非织造布的持油率。

2.4吸油速率

为进一步了解熔喷PPS非织造布的吸油速率，研究了熔喷PPS非织造布的吸油量随时间的变化规律，结果如图4所示。

图4 熔喷PPS非织造布的吸油量与时间的关系

从图4中可以观察到，随着时间的增加，熔喷PPS非织造布的吸油量逐渐增大，在10 min时基本达到饱和状态。其中，在10 s时，熔喷PPS非织造布的吸油量便达到了饱和吸油量的90%，此时熔喷PPS非织造布对食用油、原油、机油、柴油的吸油速率分别为4.40、3.65、3.67、2.75 g/(g·s)，说明熔喷PPS非织造布的吸油速率较快，其具有短时间内吸附大量油污的功能。分析其原因在于，熔喷PPS非织造布属纺织材料，相互缠结的纤维产生的孔隙在吸油过程中会产生毛细效应，且内部纤维越细，所产生的毛细效应越强，吸油速率就越快。从图1可知，所测试的熔喷PPS非织造布内部的纤维直径仅有7 μm，因此，在吸油过程中，熔喷PPS非织造布表现出较高的吸油速率。这种快速吸油的特性对于阻止油污的扩散有着重要的意义。

2.5重复使用性能

吸油材料的重复使用性能是评价吸油材料的重要指标之一。重复使用性能优异的吸油材料能极大地节约成本。图5为熔喷PPS非织造布重复使用性能的测试结果。

图5 熔喷PPS非织造布重复使用性能

从图5可以观察到：熔喷PPS非织造布的饱和吸油量随着吸油次数的增加而下降，并以第2次试验时饱和吸油量下降最为明显；3次吸油试验后，熔喷PPS非织造布的饱和吸油量趋于稳定，且对4种油的饱和吸油量都约为初次的50%。

造成熔喷PPS非织造布饱和吸油量下降的主要原因：

(1) 经外力脱附后，熔喷PPS非织造布不能自发地回复到原本蓬松的形态，其储油空间显著减少。

(2) 熔喷PPS非织造布内纤维表面和纤维缠结点所吸附的油不易彻底清除，这会减弱毛细效应，从而导致熔喷PPS非织造布饱和吸油量下降[13-14]。

3 结论

(1) 熔喷PPS非织造布对不同种类油都有着良好的吸附能力，对食用油、原油、机油、柴油的饱和吸油量分别为45、38、39、30 g/g。

(2) 熔喷PPS非织造布对不同种类油都有着较高的持油率和吸油速率，对食用油、原油、机油、柴油的持油率都保持在80.00%以上，且仅用时10 s，熔喷PPS非织造布对以上4种油的吸油量便能达到其饱和吸油量的90%。

(3) 熔喷PPS非织造布重复使用性能好，在重复试验5次后，其饱和吸油量约为初次使用的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

*四川省重点研发项目(17ZDYF1208)；高技术有机纤维四川省重点实验室开放课题基金(PLN2016-03)

2017-03-27

熊思维，男，1993 年生，在读硕士研究生，研究领域为高性能纤维

王罗新，wanglx@wtu.edu.cn