可沖散濕巾分解性能測試研究

王向欽,倪冰選,孫現偉

(廣州纖維產品檢測研究院,廣東 廣州511447)

隨著國民經濟水平發展和人們生活質量的不斷提高,濕巾作為日常生活中的一種清潔用品,具有使用舒適、攜帶方便等優點,人們使用濕巾的場合和范圍越來越廣泛,可以預期濕巾市場前景廣闊。但是濕巾產品使用后廢棄所帶來的環境問題也凸顯,如填埋或焚燒所帶來的環境污染等[1],因此人們開始研究可沖散濕巾產品,以期在使用方便舒適的同時,不給環境帶來負擔,可沖散型濕巾將是未來濕巾產品的發展方向。可沖散性濕巾能夠在水中被沖擊分散,通過室內的抽水馬桶系統,能夠在通過整個城市下水道和污水處理系統過程中實現自然分解/降解,可有效解決普通濕巾所帶來的環境污染問題[2-3]。

目前國內在可沖散濕巾生產工藝方面的研究逐漸增多,開發生產出了各種工藝及原材料的可沖散濕巾產品,我國銷售市場上也越來越多地出現標識為可沖散的濕巾產品,但是目前我國對這類產品的測試評價方法則相對滯后,是否真正具備可沖散性需要進一步評估。濕巾可沖散性應包括以下幾個方面:第一,在產品預期使用條件下,能夠順利通過馬桶和排水管道系統,分解為散纖維不發生堵塞和損壞;第二,與污水運輸系統、污水處理系統以及循環再利用系統相容;第三,在合理的時間內發生生物分解/降解作用,變得無法認出,對環境友好[4]。目前國際上關注度和認可度比較高的測試方法是由歐洲非織造布協會(EDANA)和北美非織造布協會(INDA)聯合制訂的《一次性無紡布產品可沖散性能評估指南(第三版)》(Guidelines for Assessing the Flushability of Disposable Nonwoven Products(The third edition)),這是一個綜合測試評價可沖散非織造產品在馬桶、下水道、市政系統中可沖洗性、堵塞性、分散性、分解及降解性的測試評價指南,該評估指南包括7個試驗內容:(1)抽水馬桶及下水道清潔試驗;(2)晃動箱分解試驗;(3)家庭泵試驗;(4)沉淀試驗;(5)好氧生物分解/降解試驗;(6)厭氧生物分解/降解試驗;(7)市政排污泵試驗[5]。

具有良好物理分解性能和生物分解性能的產品是可沖散濕巾能夠進入馬桶及下水道的要求之一,分解性能差的產品則將增加下水道或市政輸送系統發生堵塞的幾率。將從市場上購買的4種標識為可沖散的濕巾產品進行分解性能測試,測試步驟和參數按照《一次性無紡布產品可沖散性能評估指南(第三版)》,以期對這4種可沖散濕巾的分解性能進行評估研究,分別進行了晃動箱物理分解、好氧生物分解、厭氧生物分解試驗等,并對測試過程和結果進行表征,分析市場上可沖散濕巾產品的分解性能。

1 試驗部分

1.1 樣品

從市場上購買的4種標識為可沖散的濕巾產品,其產品參數見表1所示,主要原料成分見表2所示。

表1 4種可沖散濕巾產品參數

表2 4種可沖散濕巾產品主要原料

1.2 儀器

(1)晃動試驗儀

晃動試驗儀如圖1所示,晃動箱能夠設定一定的速率前后振蕩,達到規定振蕩時間能夠自動停止,自制。

(2)好氧生物分解試驗儀

好氧生物分解試驗儀和實驗瓶如圖2所示,采用型號為Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉振動臺。

(3)厭氧生物分解試驗儀

厭氧生物分解試驗儀如圖3所示,采用型號為Plas-Labs 855AC的厭氧箱。

圖1 晃動試驗儀

1.3 試驗方法

依照《一次性無紡布產品可沖散性能評估指南(第三版)》中測試步驟和參數進行試驗,試驗內容主要包括三個部分:晃動箱物理分解試驗、好氧生物分解試驗和厭氧生物分解試驗,通過試驗研究市場上可沖散濕巾產品的物理分解性能和生物分解性能。

(1)晃動箱分解試驗。該試驗用于模擬可沖散濕巾在水中受到機械攪拌時發生分解的能力,采用晃動試驗儀進行試驗。可沖散濕巾產品放在3個透明塑料箱內,塑料箱如圖1所示,在凸輪和杠桿的帶動下以26 r/min的速度振蕩3 h,計算每個產品的分解百分比,作為表征物理分解程度的物理量。試驗將通過12.5 mm篩網的樣品部分視為分解部分,分解百分比以通過篩網的部分(分解部分)樣品干重占原始樣品干重的百分數表示,測試結果包括每次試驗的分解百分比,同時計算分解百分比大于25%的測試次數占總測試次數的比例。

圖2 好氧生物分解試驗儀

圖3 厭氧生物分解試驗儀

(2)好氧生物分解試驗。該分解試驗用于表征可沖散濕巾在活性污泥液體中經過14 d以后,分解成小于1 mm的樣品部分所占的百分比。采用Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉振動臺,實驗室環境溫度為(22±3)℃,樣品放在盛有1 L活性污泥的2.8 L三角燒瓶中,三角燒瓶放置在旋轉振動臺上攪拌以便污泥與空氣充分接觸,在14 d的測試結束時,將燒瓶中的物質通過1 mm的篩網清洗,保留在篩網上的部分進行回收,干燥并稱重,分解率為通過篩網的部分占總量的百分數。

(3)厭氧生物分解試驗。該分解試驗用于表征可沖散濕巾在厭氧污泥中經過28 d后,分解成小于1 mm的部分所占的百分比。采用Plas-Labs 855AC厭氧箱,實驗室環境溫度為(35±3)℃,樣品放在盛有1.5 L厭氧消化池污泥的2.0 L測試容器中,在28 d測試結束后,將容器中的物質通過1 mm的篩網清洗,保留在篩網上的部分進行回收,干燥并稱重,分解率為通過篩網的部分占總量的百分數。

2 結果與討論

2.1 晃動箱分解試驗

在3 h晃動時間結束后,拍照記錄晃動箱內濕巾產品的形態特征。1#～4#濕巾產品的分散形態特征見圖4所示,從圖4中可以看出,4種可分散濕巾產品在經過3 h的晃動試驗后,片狀的濕巾產品完整結構已完全破壞,已經分解為散纖維狀,產品具有較好的物理分散性能。

圖4 4種產品在晃動時間為3 h的分散形態特征

對1#產品進行晃動試驗過程中,分別拍照記錄不同晃動時間后(3、5、10、15、30 min,3 h)樣品的分解形態特征。不同晃動時間后1#濕巾產品分解形態見圖5所示。從圖5中可以看出,在晃動時間為3 min時,樣品的整體形狀發生變化,分解形態為尚有黏連的若干塊小片樣品;在晃動時間為5 min時,樣品的整體形狀發生較大變化,大部分黏連斷裂,分解形態為絮狀物,同時存在一些成團小塊樣品;在晃動時間為10 min以后,樣品逐步變為更細小的絮狀物,并且其中成團的絮狀物不斷變小,并且數量減少;而當晃動時間為3 h時,樣品已經變為分散的纖維狀,從分散形態上看樣品具有較好的物理分散性能。

圖5 1#產品不同晃動時間時分散形態特征

在試驗中,將能夠通過12.5 mm篩網的樣品部分視為分解部分,將箱體從振蕩平臺上取下,然后將其中的所有物體慢慢倒在孔徑為12.5 mm的多孔篩網上。4種產品在晃動時間為3 h后的分解測試結果見表3所示,從表3中可以看出,4種產品分別進行6次平行試驗,每次試驗結果的分解百分比均大于25%,即分解率大于25%的測試次數占總測試次數的百分比為100%,可以認為4種產品均具有良好的物理分解性能。它們的分解百分比平均值均在72%～78%,這與圖4中產品3 h晃動試驗后的分散形態測試結果是一致的。通過試驗,從物理分解性能上,可以從分解百分比上對4種產品的物理分解性能進行排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

表3 4種產品晃動試驗分解百分比 單位:%

2.2 好氧生物分解試驗

對4種可沖散濕巾產品進行好氧生物分解試驗,在該項測試中,平均分解率高于95%則認為可沖散濕巾符合好氧生物分解試驗要求。

4種可沖散濕巾產品的好氧生物分解試驗結果見表4所示,從表4中可以看出,1#樣品和2#樣品進行好氧生物分解試驗后的分解率分別達到99.05%和100%,從表2可沖散濕巾主要原料中可以看出,1#樣品和2#樣品的纖維原材料為原生木漿,所以在好氧微生物環境中,在酶的作用下得到充分分解;3#樣品包裝標識上只注明可沖散無紡布,其分解率為72.38%,在好氧環境中的生物分解率達不到95%要求,測試不合格;同樣4#樣品包裝標識上只注明為水刺無紡布,其分解率為72.46%,在好氧環境中的生物分解率達不到95%要求,測試不合格,分析認為這是因為3#和4#樣品中含有部分不易進行好氧生物分解的化學纖維。

表4 4種產品好氧生物分解率 單位:%

2.3 厭氧生物分解試驗

對4種可沖散濕巾產品進行厭氧生物分解試驗,在該項測試中,平均分解率高于95%則認為可沖散濕巾符合厭氧生物分解試驗要求。

4種可沖散濕巾產品的厭氧生物分解試驗結果見表5所示。從表5中可以看出,4種樣品在厭氧環境中的生物分解測試中,分解率均大于95%,均通過了厭氧生物分解試驗,測試合格。分析認為這是因為厭氧微生物對纖維有機高分子產生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機物方面更具優勢。

表5 4種產品厭氧生物分解率 單位:%

3 結論

從試驗數據分析可以得到下列結論:

(1)4種可分散濕巾產品在經過3 h的晃動試驗后,片狀的濕巾產品完整結構已完全破壞,分解為散纖維狀,其分解百分比平均值均在72%～78%間,這與分散形態照片結果保持一致,產品具有較好的物理分散性能。從物理分解性能上4種可沖散濕巾產品排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

(2)在4種可沖散濕巾產品中,1#產品和2#產品進行好氧生物分解試驗后的分解率分別達到99.05%和100%,分解率高于95%,測試合格,而3#樣品和4#樣品只有72.38%和72.46%,測試不合格。分析認為這是因為3#產品和4#產品中含有部分不易進行好氧微生物分解的化學纖維,目前市場上標識具有可沖散性的濕巾產品未必達到真正的分解性能。

(3)4種可沖散濕巾產品在厭氧環境中的生物分解測試中,分解率均大于95%,樣品均通過了厭氧生物分解試驗,測試合格。分析認為這是因為所用厭氧微生物對纖維有機高分子產生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機物方面更具優勢。

參考文獻:

[1]鐘 翠,吳海波.原料長度及配比對可沖散性濕巾基材性能的影響[J].產業用紡織品,2014,32(1):35-38.

[2]宣志強.可沖散性濕巾及其非織造布的技術發展現狀[J].紡織導報,2014,(12):68-71.

[3]宣志強.可沖散性濕法-水刺非織造布濕巾性能分析及設計要點[J].合成纖維工業,2018,41(1):78-81.

[4]高居義,吳海波.可沖散性濕巾基材水刺加固工藝研究[J].產業用紡織品,2012,30(5):11-14.

[5]宣志強.國外評價非織造布濕巾可沖散性的七步試驗法[J].產業用紡織品,2016,34(7):35-40.