CN102505172A - 高倍率吸附水下苯系物的ps/pp纤维材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维材料，该材料对水下苯系物(甲苯和二甲苯等)的吸附选择性更强，即大幅度提高了吸附水下苯系物的吸附倍率，同时对水面苯系物的吸附能力也有所提高，但吸水性有所降低。本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其是由以下重量配比的原料制成：PP 100份、PS 1～15份、助剂0.01～1份。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学纤维吸附材料及其制备方法，更具体地说是高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维材料及其制备方法，属于环境功能材料技术领域。
背景技术
用一般熔喷法制备的PP纤维吸附材料疏水亲油，比表面积大，孔隙率高，吸油速度快、倍率大，被大量应用于对原油泄漏环境事故的快速处理中，以吸去泄漏原油，消减原油对环境的污染，同时吸附材料和被吸附的原油都可以通过分离而再生利用，比如，在近来发生于美国新墨西哥湾海域和中国的大连近海溢油事故的处理中，PP纤维吸附材料发挥了重要的作用。实际上，在水下以分散、乳化和溶解形式存在的原油对生态环境的污染将产生更长期更影响。在工业生产和运输中苯系物的泄漏事故也时有发生，水下污染的若是苯系物，无疑对生态环境将产生长周期更加严重的影响。用一般熔喷法制备的PP纤维吸附材料对纯的苯系物和水面苯系物具有比较高的吸附倍率，但是，其对水下苯系物的吸附倍率很低。
公开号为CN102094296A的发明专利公开了一种用PEW表面修饰的PP纤维吸附材料的制备方法，得到了采用PEW修饰PP吸附苯系物的材料，其对纯的苯系物具有较高的吸附倍率，但因为苯系物与PEW的溶度参数相差较大，苯系物对吸附材料中的PEW相的溶胀性小，更不能使PEW溶解。所以，这种吸附材料在水中对苯系物的吸附倍率不大，约137-225％。除此之外，无论是与PP纤维吸附材料及其改性物吸附净化水下原油的现有技术，还是关于用PP纤维吸附材料及其改性物吸附净化水下苯系物的现有技术，其吸附水下苯系物的的性能和倍率还有待提高。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的问题与不足，提供了一种高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维材料，该材料对水下苯系物(甲苯和二甲苯等)的吸附选择性更强，即大幅度提高了吸附水下苯系物的吸附倍率，同时对水面苯系物的吸附能力也有所提高，但吸水性有所降低。
同时本发明还提供该PS/PP纤维材料的制备方法，工艺方法简单方便。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其是由以下重量配比的原料制成：
PP 100份
PS 1～15份
助剂 0.01～1份。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其进一步的技术方案是所述的PP的熔融流动速率≥1200g/10min。熔融流动速率的测定：按照GB3682-83将适量样品置于RL-Z1B1型熔体流动速率仪中，在温度为230℃、压力为3.02×105Pa下进行测定熔融流动速率。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其进一步的技术方案还可以是所述的PS的数均分子量为1500～2500。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其进一步的技术方案还可以是所述的助剂为抗氧剂4010、抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚、四溴双酚A中的一种或几种的混合物。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其包括以下步骤：
A)将PP、PS及助剂在双螺杆挤出机中共混成粒料；
B)设定熔喷纺丝机的螺杆一区、二区、三区、计量泵区、流道区及模头空气加热区的温度，预定空气压强至预定值，开启鼓风机并保温半小时后开动主机，将步骤A)中共混粒料加入熔喷纺丝机的进料口，并调整熔喷纺丝机的螺杆转速和计量泵转速，熔体经过螺杆和计量泵送到喷丝板喷出，喷出的熔喷丝受到模头两侧吹出的热空气的喷吹和牵伸作用形成了熔喷纤维，熔喷纤维喷到传动的接收板集聚成网上得到PS/PP纤维吸附材料。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其进一步的技术方案是PP、PS及助剂重量配比如下：
PP 100份
PS 1～15份
助剂 0.01～1份。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的熔喷纺丝机的螺杆一区、二区、三区的温度分别在160～190℃、180～210℃、210～240℃范围内，计量泵区温度在220～250℃范围内，模头两侧吹出的热空气温度为300～320℃。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的熔喷纺丝机的计量泵转速为10～40rpm，熔喷纺丝机的螺杆转速为20～60rpm。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的PP的熔融流动速率≥1200g/10min。
本发明的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其进一步的技术方案还可以是所述的PS的数均分子量为1500～2500；所述的助剂为抗氧剂4010、抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚、四溴双酚A中的一种或几种的混合物。
本发明的有益效果如下：
本发明先通过PS和PP在双螺杆挤出机中共混得到PS/PP共混粒料，然后以PS/PP共混粒料做纺丝原料，采用熔喷纺丝工艺制成纤维吸附材料。此种工艺方法中，由于PS/PP共混物中少量的PS为非晶态分散相，其表面能相对较低，熔喷丝在冷却的过程中容易迁移到PP纤维表面，形成PP纤维表面的PS非晶相。PS非晶相对PP纤维吸附材料表面起到三种修饰作用：一方面是，PP纤维吸附材料表面的PS非晶相可以增加其与苯系物小分子吸附的范德华力；另一方面是，苯系物可以溶胀PP纤维吸附材料表面的PS相，即PS相内藏苯系物；还有一方面就是，由于PS与PP之间溶度参数的差别较大，从而使纤维表面的PP相和PS相之间的微孔和微裂纹增多，进一步增加PP纤维材料对苯系物的吸附。本发明的有益效果是所获得的PS/PP共混熔喷纤维吸附材料对水下苯系物和水面苯系物的吸附倍率与PP熔喷纤维吸附材料的相比，具有更高的吸附倍率，对水下苯系物的吸附倍率增加了338％～491％，对水面苯系物的吸附倍率增加了14％～21％。但对水的吸附量却更小，吸附倍率减小了43％～57％。本发明的制备工艺将为快速处理苯系物流入水体的突发事故提供吸附倍率高、净化速度快的吸附材料。
附图说明
图1水面苯系物的模拟装置示意图
图1中①烧杯(3L)；②水面苯系物；③去离子水；④水下以悬浮、乳化、溶解形式存在的苯系物
图2水下苯系物的模拟装置示意图
图2中①磁力搅拌器 ②烧杯 ③金属双层网格 ④搅拌子 ⑤片状纤维吸附材料
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
实施例1
A)、将原料PP、PS(PS/PP＝2.5％)及质量分数0.02％的助剂抗氧剂4010在双螺杆挤出机中造粒。
B)、将步骤A)中得到的PP共混粒料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2中进行熔融挤出。螺杆一区、二区、三区的温度分别设定为175℃、190℃、225℃，调节螺杆转速为40rpm，物料被充分熔融后送入过滤系统3，在此将物料中的杂质(如碳、灰分等)滤除后，物料通过熔体管道4进入计量泵5中，计量泵5的温度保持在240℃左右，转速为30rpm。熔体随后通过分配管道6，在纺丝室8中进行纺丝，纺丝组件7纺出的丝经冷却风窗9，形成结晶初生长丝，设定热空气温度为320℃。初生长丝被送到成网机10上进行铺网，成网机10下方设有吸风系统11，铺好的纤维经自粘合或热轧系统12加热加压热轧，热轧后形成的纤维材料冷却后送入收卷机13收卷，所获得的纤维材料平均直径为4um(随机取样，用扫描电镜统计20根纤维的平均值)。
将制得的PS/PP共混熔喷纤维材料分别放在水下苯系物的模拟装置(图2)、水面苯系物的模拟装置(图1)和去离子水中进行吸附倍率的测试，见表2.，并与PP熔喷纤维材料的进行比较。由表1、2数据对比可知，PS/PP＝2.5％纤维吸附材料对水下甲苯、水下二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了338％和443％；PS/PP＝2.5％纤维吸附材料对水面甲苯、水面二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了16％和19％；PS/PP＝2.5％纤维吸附材料在水中的吸附倍率比PP熔喷纤维吸附材料的减小了43％。
实施例2
A)、将原料PP、PS(PS/PP＝5％)及质量分数0.02％的助剂抗氧剂4010在双螺杆挤出机中造粒。
B)、将步骤A)中得到的PS/PP＝5％的共混粒料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2中进行熔融挤出。其他加工过程和加工条件与实施例1的B)、相同。所获得的纤维材料平均直径为4um(随机取样，用扫描电镜统计20根纤维的平均值)。
将制得的PS/PP共混熔喷纤维材料分别放在水下苯系物的模拟装置(图2)、水面苯系物的模拟装置(图1)和去离子水中进行吸附倍率的测试，见表3.，并与PP熔喷纤维材料的进行比较。由表1、3数据对比可知，PS/PP＝5％纤维吸附材料对水下甲苯、水下二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了258％和475％；PS/PP＝5％纤维吸附材料对水面甲苯、水面二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了15％和21％；PS/PP＝5％纤维吸附材料在水中的吸附倍率比PP熔喷纤维吸附材料的减小了52％。
实施例3
A)、将原料PP、PS(PS/PP＝10％)及质量分数0.02％的助剂抗氧剂4010在双螺杆挤出机中造粒。
B)、将步骤A)中得到的PS/PP＝10％的共混粒料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2中进行熔融挤出。其他加工过程和加工条件与实施例1相同。所获得的纤维材料平均直径为4um(随机取样，用扫描电镜统计20根纤维的平均值)。
将制得的PS/PP共混熔喷纤维材料分别放在水下苯系物的模拟装置(图2)、水面苯系物的模拟装置(图1)和去离子水中进行吸附倍率的测试，见表4.，并与PP熔喷纤维材料的进行比较。由表1、4数据对比可知，PS/PP＝10％纤维吸附材料对水下甲苯、水下二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了365％和491％；PS/PP＝10％纤维吸附材料对水面甲苯、水面二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了20％和14％；PS/PP＝10％纤维吸附材料在水中的吸附倍率比PP熔喷纤维吸附材料的减小了57％。
实施例3
A)、将原料PP、PS(PS/PP＝15％)及质量分数0.02％的助剂抗氧剂4010在双螺杆挤出机中造粒。
B)、将步骤A)中得到的PS/PP＝15％的共混粒料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2中进行熔融挤出。其他加工过程和加工条件与实施例1相同。所获得的纤维材料平均直径为4um(随机取样，用扫描电镜统计20根纤维的平均值)。
将制得的PS/PP共混熔喷纤维材料分别放在水下苯系物的模拟装置(图2)、水面苯系物的模拟装置(图1)和去离子水中进行吸附倍率的测试，见表5.，并与PP熔喷纤维材料的进行比较。由表1、5数据对比可知，PS/PP＝15％纤维吸附材料对水下甲苯、水下二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了344％和465％；PS/PP＝15％纤维吸附材料对水面甲苯、水面二甲苯的吸附倍率分别比PP熔喷纤维吸附材料提高了14％和9％；PS/PP＝15％纤维吸附材料在水中的吸附倍率比PP熔喷纤维吸附材料的减小了48％。
对比例：
以一般熔喷法制备PP熔喷纤维吸附材料的工艺过程进行描述如下：
A)、将原料PP和质量分数0.02％的助剂在双螺杆挤出机中造粒。
B)、如图1所示，将步骤A)中得到的PP共混粒料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2中进行熔融挤出。螺杆一区、二区、三区的温度分别设定为150℃、170℃、200℃，调节螺杆转速为20rpm，物料被充分熔融后送入过滤系统3，在此将物料中的杂质(如碳、灰分等)滤除后，物料通过熔体管道4进入计量泵5中，计量泵5的温度保持在200℃左右，转速为10rpm。熔体随后通过分配管道6，在纺丝室8中进行纺丝，纺丝组件7纺出的丝经冷却风窗9，形成结晶初生长丝，设定热空气温度为300℃。初生长丝被送到成网机10上进行铺网，成网机10下方设有吸风系统11，铺好的纤维经自粘合或热轧系统12加热加压热轧，热轧后形成的纤维材料冷却后送入收卷机13收卷，所获得的纤维材料平均直径为4um(随机取样，用扫描电镜统计20根纤维的平均值)。
将制得的PP熔喷纤维吸附材料分别放在水下苯系物的模拟装置(图2)、水面苯系物的模拟装置(图1)和去离子水中进行吸附倍率的测试，见表1.。
表1.PP纤维吸附材料的吸附量(g/g)
表2.PS/PP＝2.5％纤维吸附材料的吸附量
表3.PS/PP＝5％纤维吸附材料的吸附量
表4.PS/PP＝10％纤维吸附材料的吸附量
表5.PS/PP＝15％纤维吸附材料的吸附量
附件、含苯系物水的配制，水面苯系物、水中苯系物和水的吸附及其吸附倍率的测定
1、含苯系物水的配制
在3L的烧杯中加入2L去离子水，加入苯系物(甲苯或二甲苯等)，用磁力搅拌器高速搅拌2h，静止12h，水面漂浮苯系物的厚度约2mm左右。以此水面作模拟吸附面(见图1水面吸油模拟装置)测试水面苯系物的吸附倍率。模拟吸附面以下的水中含有悬浮、乳化和溶解的苯系物，将此含苯系物水移到自制的水中苯系物模拟吸附装置(见图2)里测试水下苯系物的吸附倍率。
2、水面苯系物的吸附
将片状纤维吸附材料剪成5×5cm大小，称重W1，置于水面模拟吸附装置(图1)的水面上，开始水面苯系物的吸附。吸附10min，达到吸附饱和，取出测试。
3、水中苯系物的吸附
将片状纤维吸附材料剪成5×5cm大小，称重W2，置于环形金属双层网格的夹层③内固定后，将环形金属网格放入模拟吸附装置(图2)的含苯系物水中，并使片状纤维吸附材料样品浸没于水面之下。将搅拌子④置于环形金属网格的中心，烧杯②的底部，含苯系物水在搅拌子的低速搅拌下缓慢流过纤维吸附材料，使悬浮、乳化或溶解形式的苯系物能够与纤维吸附充分接触。吸附1h后，达到吸附饱和，取出测试。
4、水的吸附及其吸附倍率
将片状纤维吸附材料剪成5×5cm大小，称重W3，使其浸没在3L烧杯中的1L去离子水的水下10min，达到吸附饱和，采用吊角法取出纤维吸附材料，自然垂滴30s再次称其质量为W3’。水的吸附倍率＝(W3’-W3)/W3
5、纤维吸附材料对苯系物的吸附倍率测定
将上述吸附苯系物饱和的纤维吸附材料样品置于索式提取器的提取管中，150mL四氯化碳作为提取溶剂，当提取管上端的冷凝器滴下第一滴凝聚液滴时开始计时，维持每秒1～2滴的滴液速度，提取3h后取出，提取液用10g左右的无水硫酸钠将水脱尽，用四氯化碳定容至200mL，按油浓度分析仪ET1200的要求步骤测定提取液中的苯系物浓度C，继而计算吸附倍率，吸附倍率＝C 200/Wi(i＝1、2.)
Claims (10)
1.一种高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其特征在于由以下重量配比的原料制成：
PP 100份
PS 1～15份
助剂 0.01～1份。
2.根据权利要求1所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其特征在于所述的PP的熔融流动速率≥1200g/10min。
3.根据权利要求1所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其特征在于所述的PS的数均分子量为1500～2500。
4.根据权利要求1所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料，其特征在于所述的助剂为抗氧剂4010、抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚、四溴双酚A中的一种或几种的混合物。
5.一种如权利要求1～4任一所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
A)将PP、PS及助剂在双螺杆挤出机中共混成粒料；
B)设定熔喷纺丝机的螺杆一区、二区、三区、计量泵区、流道区及模头空气加热区的温度，预定空气压强至预定值，开启鼓风机并保温半小时后开动主机，将步骤A)中共混粒料加入熔喷纺丝机的进料口，并调整熔喷纺丝机的螺杆转速和计量泵转速，熔体经过螺杆和计量泵送到喷丝板喷出，喷出的熔喷丝受到模头两侧吹出的热空气的喷吹和牵伸作用形成了熔喷纤维，熔喷纤维喷到传动的接收板集聚成网上得到PS/PP纤维吸附材料。
6.根据权利要求5所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于PP、PS及助剂重量配比如下：
PP 100份
PS 1～15份
助剂 0.01～1份。
7.根据权利要求5所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于所述的熔喷纺丝机的螺杆一区、二区、三区的温度分别在160～190℃、180～210℃、210～240℃范围内，计量泵区温度在220～250℃范围内，模头两侧吹出的热空气温度为300～320℃。
8.根据权利要求5所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于所述的熔喷纺丝机的计量泵转速为10～40rpm，熔喷纺丝机的螺杆转速为20～60rpm。
9.根据权利要求5或6所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于所述的PP的熔融流动速率≥1200g/10min。
10.根据权利要求5或6所述的高倍率吸附水下苯系物的PS/PP纤维吸附材料的制备方法，其特征在于所述的PS的数均分子量为1500～2500；所述的助剂为抗氧剂4010、抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚、四溴双酚A中的一种或几种的混合物。
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