熔噴非織造吸油材料的研究

孟麗平，錢曉明，張 恒，裴玉起，儲勝利

（1.天津工業(yè)大學，天津300387；2.中國石油集團安全環(huán)保技術研究院，北京100080）

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)含油污的廢水，餐飲業(yè)廢水，海洋石油泄漏等造成的油污染問題日益嚴重。每年排入海洋的石油污染物約一千萬噸，例如2010年5月發(fā)生的美國墨西哥灣原油泄露事件造成數(shù)千億美元的經(jīng)濟損失和超過9900平方公里的海洋污染以及大量海洋生物的死亡［1－3］。油污染造成了嚴重的環(huán)境污染、巨大的能源浪費和經(jīng)濟損失，因此對油污染處理尤為必要。目前使用吸油材料對各種油污進行吸附處理是一種非常有效的油污染處理方法，所以研究快速、高效的吸油材料具有良好的社會效益和極高的經(jīng)濟效益。

熔噴非織造加工技術制備的熔噴非織造吸油材料在結構上具有獨特的網(wǎng)狀疏松結構，較高的孔隙率，具有很強的芯吸能力和較好的保油性能，同時又具有使用方便，可重復使用以及所吸收油品可回收利用的優(yōu)勢［4］，目前已成為海洋吸油材料研究的熱門。

1 熔噴工藝原理

圖1［5］所示為熔噴非織造材料的加工原理。熱塑性聚合物切片通過螺桿擠壓機后熔融成聚合物熔體，此后聚合物熔體經(jīng)過紡絲模頭噴絲孔擠出，通過噴絲孔擠出的熔體細流在高速熱空氣的拉伸作用下細化成聚合物超細纖維，此后超細纖維在成網(wǎng)簾上依靠自粘合加固或其它加固方法成為熔噴非織造材料。

圖1 熔噴工藝原理示意圖

2 熔噴非織造吸油材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國內(nèi)熔噴非織造吸油材料研究現(xiàn)狀

上海市紡織科學研究院熔噴吸油氈工藝設備小組［6］對聚丙烯熔噴非織造材料的吸附油水性能的研究是國內(nèi)對于熔噴非織造吸油材料的最早文獻記錄，此后隨著國內(nèi)熔噴非織造技術的發(fā)展，熔噴非織造吸油材料逐漸成為了應用廣泛的非織造吸油材料。鄭雯君［7］等經(jīng)過研究表明利用熔噴法制備的吸油氈用于處理海域溢油事故具有優(yōu)良的應用前景。陳康振［8］認為厚型SMS（紡粘－熔噴－紡粘）非織造材料可以用于工業(yè)廢水除油、海洋油污清理等領域作為高效非織造吸油材料。

近年來國內(nèi)研究學者對吸油材料的研究主要集中在利用化學接枝、紫外輻射誘導接枝、復合工藝等方法制備高性能的新型吸油材料。石艷錦等［9］采用化學接枝方法，以熔噴聚丙烯非織造布為基材，甲基丙烯酸丁酯為單體，過氧化苯甲酰為引發(fā)劑，甲苯、吐溫－80為表面活性劑，制備對甲苯的飽和吸附率為14.5g／g，保油率為13.1%的甲基丙烯酸丁酯接枝改性熔噴聚丙烯非織造布。裴玉起等［10］使用紫外輻照誘導接枝的方法，在異丙醇／水的混合溶液中，將丙烯酸丁酯單體引入熔噴聚丙烯（PP）非織造材料基布表面制備了新型吸油材料 PP－g－BA，PP－g－BA 具有吸附速度快、吸油倍率高、重復使用性能好、制備方法簡單、成本小等特點。封嚴［11］提出了利用聚甲基丙烯酸酯系吸油纖維和聚丙烯熔噴非織造材料復合制備復合型熔噴非織造吸油材料的方法，成功地制備新型吸油材料。天津工業(yè)大學程博聞等［12］提出的復合法熔噴非織造技術包括納米摻雜耐久駐極復合熔噴技術、短纖插層高彈耐壓復合熔噴技術、在線噴射纖維狀熱熔膠的織物層間復合技術、雙組分熔噴納微纖維非織造材料技術，為生產(chǎn)新型熔噴非織造吸油材料提供了技術依據(jù)。研究學者們的研究為熔噴非織造吸油材料在性能改進、產(chǎn)品的研發(fā)、技術的創(chuàng)新等方面提供了理論基礎、技術支持以及創(chuàng)新依據(jù)。

2.2 國外熔噴非織造吸油材料研究現(xiàn)狀

國外對熔噴非織造吸油材料的研究始于Wardley－Smith［13］，隨后出現(xiàn)了不同種類的高吸油性能的熔噴非織造吸油材料。德國Reifenhauser公司［14］利用雙組分紡絲技術制備出雙組分的熔噴非織造吸油材料。Kimberly－Clark［15］開發(fā)了纖維素填料和聚丙烯熔噴非織造復合而成的吸油材料，這種復合結構不僅有助于提高吸油速度還大大節(jié)省了聚丙烯熔噴非織造的用量。Hussein M等［16］將棉花填充在聚丙烯熔噴非織造材料做成的包裹殼材內(nèi)制備成復合型吸油材料。美國PGT公司［17］利用一步法熔噴膜原纖工藝生產(chǎn)具有良好阻隔性，吸液性，柔軟性的熔噴非織造材料。美國Biax－Fiberfilm公司［17］成功生產(chǎn)出纖維直徑小于1μm的聚丙烯熔噴非織造材料，這種聚丙烯熔噴非織造材料具有良好的吸油性能、過濾性能等。

3 熔噴非織造吸油材料的特點

3.1 生產(chǎn)特點

（1）熔噴非織造吸油材料的原料從單一向多元化發(fā)展，從最開始的聚丙烯為主要原料，發(fā)展到越來越多的新型原料以共混或者共聚改性的方式應用于熔噴非織造吸油材料中，如聚乳酸、聚氨酯、丙烯酸酯類、聚苯乙烯、聚氯乙烯等［18］。

（2）熔噴非織造生產(chǎn)方式具有流程短、成本低、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，同時新型加工技術在熔噴非織造中的應用日益廣泛，如熔噴技術和紡粘技術制備的SMS吸油材料不僅具有熔噴非織造吸油材料較高的吸油率、較強的疏水性、很好的持有性能還具有紡粘非織造材料的縱橫強力大、耐磨性好等優(yōu)點［12］。

（3）熔噴非織造吸油材料廣泛應用于海面溢油事故處理和港口護理等環(huán)保工程、油水分離工程、化工及交通中滲漏現(xiàn)象的處理、生活油污治理等方面。

3.2 熔噴非織造吸油材料的結構特點

熔噴非織造吸油材料具有纖維細（最細可以達到200nm）、比表面積大、獨特的三維立體結構、孔隙小而孔隙率大等結構特點，聚丙烯熔噴非織造材料由細度在2～6μm之間的纖維組成（見圖2），纖維細度的差異性為熔噴非織造吸油材料提供了較大的儲油空間和較快的吸油速度［19］。新型的復合型熔噴非織造材料也是為了增大吸油量、加快吸附速度的目的對熔噴非織造材料的結構進行了優(yōu)化設計，圖3為短纖維復合式熔噴非織造吸油材料結構，這類材料利用細特、高卷曲短纖維插層復合于細特聚丙烯熔噴非織造材料內(nèi)部，形成較大的內(nèi)部孔隙結構，從而提高熔噴吸油材料的儲油量。圖4［11］為利用雙組分熔噴工藝制備的高吸油性聚甲基丙烯酸酯／聚丙烯復合熔噴非織造材料結構，材料中聚甲基丙烯酸酯與聚丙烯纖維均勻分散，這類材料利用聚甲基丙烯酸酯的高吸油特性和細特聚丙烯纖維的毛細效應，從而具有較快的吸油速度和較大的保油能力。圖5［20］為纖維素纖維和聚丙烯熔噴復合型非織造材料結構，此類產(chǎn)品以纖維素纖維作為內(nèi)部填料，聚丙烯熔噴非織造材料作為包覆層，利用聚丙烯熔噴非織造材料疏水、吸油傳輸特性將吸附的油轉移到內(nèi)部的纖維素填充層的同時將水隔離在材料的外部。

圖2 聚丙烯熔噴非織造材料結構

各種熔噴非織造吸油材料的結構有所不同，但是它們都利用纖維的疏水親油特性以及纖維間的毛細效應來達到吸油效果；利用熔噴材料的三維立體結構、多孔空間來實現(xiàn)儲油目的；通過較大的孔隙率來實現(xiàn)較高的吸油倍率。

圖3 短纖維復合式熔噴非織造吸油材料結構

圖4 聚甲基丙烯酸酯／聚丙烯復合熔噴非織造材料結構

圖5 纖維素／聚丙烯熔噴復合非織造材料結構

4 展望

熔噴非織造吸油材料具有質量輕、纖維細、孔隙率大、吸油倍率高、疏水性好、無毒、使用和處理方便等優(yōu)點，在吸油材料占有很大比重［21］。目前，與國際上先進的熔噴非織造材料相比，我國的熔噴技術在技術裝備、產(chǎn)業(yè)結構，管理水平方面差距十分明顯，高技術產(chǎn)品發(fā)展緩慢，尤其在技術上缺乏創(chuàng)新能力。未來我們對熔噴非織造吸油材料的研究主要有以下幾個方面：（1）將兩種吸油機理或多種吸油材料、吸油方法相結合。如將紡粘非織造材料與熔噴非織造等吸油材料以復合的方式結合，既滿足材料高吸油、高疏水強力等使用要求，又能提高吸油材料的保油性能。（2）研發(fā)出新產(chǎn)品以提高熔噴非織造產(chǎn)品的技術含量及我國在國際吸油市場的競爭力。如將活性炭加入非織造材料內(nèi)部，提高材料的吸附性能。（3）進一步研究不同種類的高效吸油材料，降低成本，減少在使用吸油材料處理油污染時對環(huán)境造成的危害，增加其使用附加值，從而為人類創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益和社會效益等。

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