CN103014900A - 用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物及制备方法。该组合物由以下组分按重量份数组成：原料PP 100份，接枝单体St 4-10份，引发剂DCP 0.3-0.6份，助剂0.010.1份。该制备方法包括以下步骤：第一步、将原料PP、接枝单体St、引发剂DCP、及助剂放入粉碎机中粉碎并混匀，得混合物；第二步、将混合物加入双螺杆挤出机挤出得熔体，将熔体经牵引、水冷、切粒、干燥得到含有PP-g-PS接枝物的粒料，作熔融纺丝料；第三步、将熔融纺丝料加入熔喷纺丝机经熔融挤出、铺网、热轧、收卷，得高效吸附苯系物纤维成品。本发明高效吸附苯系物纤维既能高效吸附纯苯系物，又能高效吸附水中苯系物，应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物及制备方法，制得纤维同时具备高效吸附纯苯系物和水中苯系物的能力，属于环境材料技术领域。
背景技术
在运输和储存过程中苯及苯系物的泄漏时有发生，目前人们对泄漏于地面和水面的苯系物采用与原油泄漏一样的处理方式，通常采用由一般熔喷法制备的PP纤维材料对泄漏的苯系物进行吸附，一方面可减少苯系物流入水体而污染环境，另一方面被吸附的苯系物可以从PP纤维材料中挤出，从而实现资源化利用。但是，由一般熔喷法制备的PP纤维材料吸附苯系物的倍率低，经其吸附后的地面、水面还是会有苯系物残留，而地面的苯系物残留最终被雨水冲刷进入水体中，这就最终导致水体中会含有不少的苯系物，对水体造成污染。
此外，工业生产过程中苯系物也时常泄漏于工业过程的水中，并最终对水体造成污染。
由于苯及其苯系物特殊的化学结构及潜在的致癌性，许多苯系物已经被联合国卫生组织列入水中优先控制物名单。因此，存在于水中的苯系物将对生态环境造成长期而严重的影响。实际上，水中的苯系物往往以分散、乳化和溶解形式存在，用一般熔喷法制备的PP纤维材料对水中苯系物吸附效果很差。因此，研制高倍率吸附苯系物和高效率吸附水中苯系物的吸附材料已成为环境材料领域的热点。
发明人所在课题组曾研制出用PEW表面修饰的PP纤维吸附材料(见专利号为201010581144.2授权公告号为CN102094296B的中国发明专利)，以及以PS共混PP制备的纤维吸附材料(见申请号为201110302063.9公布号为CN102505172A的中国发明专利申请)，两者均具有比表面积大，吸附速度快等优点，都能够效地吸附泄漏于地面和水面的苯系物，而且对水下苯系物的吸附量也有一定提高。但是，对于以PEW修饰PP的吸附纤维材料而言，由于苯系物与PEW的溶度参数相差较大，所以该材料对水下苯系物的吸附倍率仍然较低；对于PS共混PP制备的纤维吸附材料而言，虽然该材料提高了对水下苯系物的吸附倍率，但是该材料在吸附纯苯系物时会使纤维表面的PS相溶出，脱离纤维材料表面，从而降低了对纯苯系物的吸附倍率。
此外，在现有技术中并未发现既能高效吸附纯苯系物、又对水下苯系物具有高效吸附能力的纤维吸附材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物，以及采用该组合物的制备方法，制得纤维材料既能高效吸附纯苯系物，又能高效吸附水中苯系物。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物，其特征是，由以下组分按重量份数组成：
该组合物是申请人经反复深入的实验研究才得出的，采用该组合物即可制得既能高效吸附纯苯系物、又能高效吸附水中苯系物的纤维材料。
一种高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将原料PP、接枝单体St、引发剂DCP、及助剂放入粉碎机中粉碎并混匀，得混合物；
第二步、将所述混合物加入双螺杆挤出机挤出得熔体，将熔体经牵引、水冷、切粒、干燥得到含有PP-g-PS接枝物的粒料，作熔融纺丝料；
第三步、将所述熔融纺丝料加入熔喷纺丝机经熔融挤出、铺网、热轧、收卷，得高效吸附苯系物纤维成品。
采用该制备方法即可制得既能高效吸附纯苯系物、又能高效吸附水中苯系物的纤维材料。
一种由上述制备方法制得的高效吸附苯系物纤维。
该纤维既能高效吸附纯苯系物、又能高效吸附水中苯系物。
附图说明
图1为本发明对比例1、2以及实施例1中熔喷纺丝机的结构示意图。
图2为本发明实施例2、3、4所用水下苯系物吸附装置的结构示意图。
图3为本发明实施例6吸附纯甲苯的结果示意图。
图4为图3实施例吸附纯二甲苯的结果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
以下内容中涉及的实验材料和试剂，如未特别说明则为市售品。
对比例1
A)、将定量原料PP、PEW（PEW/PP=7.5％）及质量分数为0.02％的助剂：抗氧剂2264和阻燃剂十溴二苯醚放入粉碎机中粉碎、拌匀，设定双螺杆挤出机的一区、二区、三区和机头的温度分别为140℃、145℃、150℃、140℃，预热两小时，喂料同时调节螺杆转速，挤出熔体经牵引、水冷、切粒、干燥后得预混料。
B)、如图1所示，将步骤A)中得到的预混料从料斗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收卷得PEW/PP纤维材料。
对比例2
A)、将定量原料PP、PS（PS/PP=10％）及质量分数为0.02％的助剂抗氧剂4010放入粉碎机中粉碎、拌匀，设定双螺杆挤出机的一区、二区、三区和机头的温度分别为170℃、175℃、180℃、170℃，预热两小时，喂料同时调节螺杆转速，挤出熔体经牵引、水冷、切粒、干燥后得预混料。
B)、如图1所示，将步骤A)中得到的预混料从料斗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收卷得PS/PP纤维材料。
实施例1
本实施例为高效吸附苯系物纤维的制备方法，包括以下步骤：
第一步、将原料PP（聚丙烯）、接枝单体St（苯乙烯）、引发剂DCP（过氧化二碳酸双十六烷基酯）、及助剂放入粉碎机中粉碎并混匀，得混合物。
具体地，原料PP加入100重量份，接枝单体St加入4-10重量份，引发剂DCP加入0.3-0.6重量份，助剂加入0.01-0.1重量份；
原料PP的熔融流动速率≥1200g/10min；
助剂至少为抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚之一；
引发剂DCP在加入粉碎机前溶解于丙酮中；
待混合物中的丙酮挥发完全后，转至第二步。
第二步、将第一步的混合物加入双螺杆挤出机挤出得熔体，将熔体经牵引、水冷、切粒、干燥得到含有PP-g-PS接枝物的粒料，作熔融纺丝料。
具体地，在加料前，设定双螺杆挤出机的一区、二区、三区和机头的温度分别为170℃、175℃、180℃、170℃，并预热两小时；
加料的同时调节螺杆转速；
所得熔融纺丝料的接枝率为1.9-5.3％；
所得熔融纺丝料的熔融流动速率≥700g/10min。
第三步、将第二步的熔融纺丝料加入熔喷纺丝机经熔融挤出、铺网、热轧、收卷，得高效吸附苯系物纤维成品。
具体地，如图1所示，将第二步的熔融纺丝料从料斗1送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机2进行熔融挤出，其中螺杆一区、二区、三区的温度分别设定为175℃、190℃、225℃，螺杆转速调节为40rpm；然后将充分熔融的物料送入过滤系统3，滤除杂质（如碳、灰分等）；随后，物料经熔体管道4进入计量泵5中，计量泵5温度为240℃，转速为30rpm；接着，物料经分配管道6进入具有纺丝组件7的纺丝室8中进行纺丝，纺出的丝经冷却风窗9形成结晶初生长丝，冷却风窗9的热空气温度为320℃；初生长丝送至成网机10铺网形成纤维丝，成网机10下方设有吸风系统11；纤维丝经自粘合或热轧系统12加热加压热轧，形成纤维材料；纤维材料冷却后送入收卷机13收卷得纤维成品。
具体案例如下表所示：
| 案例1 | 案例2 | 案例3 | |
| 原料PP重量份 | 100 | 100 | 100 |
| 接枝单体St重量份 | 4 | 7 | 10 |
| 引发剂DCP重量份 | 0.3 | 0.4 | 0.6 |
| 助剂重量份 | 0.01 | 0.05 | 0.1 |
| 接枝率 | 1.9％ | 4.4％ | 5.3％ |
实施例2
本实施例为苯系物吸附的对比案例。
采用如图2所示的水下苯系物吸附装置，其中①为磁力搅拌器，②为烧杯，③为金属双层网格，④为搅拌子，⑤为测试样品（如片状纤维吸附材料等）。
样品：（1）对比例1制得的PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）；（2）实施例1制得的接枝率为1.9％的纤维成品（案例1）。
将以上样品分别放入水下苯系物吸附装置进行测试，吸附60min。
此外，将以上样品分别放入纯苯系物中吸附60min。
结果如表1、表2所示。由其数据可知，实施例1接枝率为1.9％的纤维成品对水下甲苯、二甲苯的饱和吸附量分别为0.668g/g、0.652g/g，吸附倍率比对比例1PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）分别增加62.6％、64.6％。
实施例3
本实施例为苯系物吸附的对比案例。
样品：（1）对比例1制得的PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）；（2）实施例1制得的接枝率为4.4％的纤维成品（案例2）。
将以上样品分别放入水下苯系物吸附装置进行测试，吸附60min。
此外，将以上样品分别放入纯苯系物中吸附60min。
结果如表1、表3所示。由其数据可知，实施例1接枝率为4.4％的纤维成品对水下甲苯、二甲苯的饱和吸附量分别为0.755g/g、0.731g/g，吸附倍率比对比例1PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）分别增加87.8％、84.5％。
实施例4
本实施例为苯系物吸附的对比案例。
样品：（1）对比例1制得的PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）；（2）实施例1制得的接枝率为5.3％的纤维成品（案例3）。
将以上样品分别放入水下苯系物吸附装置进行测试，吸附60min。
此外，将以上样品分别放入纯苯系物中吸附60min。
结果如表1、表4所示。由其数据可知，实施例1接枝率为5.3％的纤维成品对水下甲苯、二甲苯的饱和吸附量分别为0.818g/g、0.807g/g，吸附倍率比对比例1PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）分别增加103.4％、103.7％。
实施例5
本实施例为苯系物吸附的对比案例。
样品：（1）实施例1制得的接枝率为5.3％的纤维成品（案例3）；（2）对比例2制得的PS/PP纤维材料（PS/PP=10％）。
将以上样品分别放入水下苯系物吸附装置进行测试，吸附60min。
此外，将以上样品分别放入纯苯系物中吸附60min。
结果如表4、表5所示。由其数据可知，实施例1接枝率为5.3％的纤维成品对纯甲苯、纯二甲苯的饱和吸附量分别为21.9g/g、20.8g/g，吸附倍率比对比例2PS/PP纤维材料（PS/PP=10％）分别增加68.4％、69.1％。
实施例6
本实施例为苯系物吸附的对比案例。
样品：（1）实施例1制得的接枝率为5.3％的纤维成品（案例3）；（2）对比例2制得的PS/PP纤维材料（PS/PP=10％）。
将以上样品分别放入纯苯系物中，吸附不同时间，测定吸附倍率。
吸附纯甲苯的结果如图3所示，吸附纯二甲苯的结果如图4所示。
由以上结果可知，对比例2PS/PP纤维材料（PS/PP=10％）对纯甲苯、二甲苯的吸附倍率在5min时分别为16.5g/g、16.0g/g，随吸附时间的增加，对比例2PS/PP纤维材料（PS/PP=10％）中部分PS相被溶出，在60min时分别逐渐降至13.0g/g，12.3g/g。
而实施例1接枝率为5.3％的纤维成品可吸附更多的苯系物，吸附60min时对纯甲苯、二甲苯的吸附倍率分别达到21.9g/g、20.8g/g。
表1.对比例1PEW/PP纤维材料（PEW/PP=7.5％）的吸附倍率
表2.实施例1接枝率为1.9%的纤维成品的吸附倍率
表3.实施例1接枝率为4.4%的纤维成品的吸附倍率
表4.实施例1接枝率为5.3%的纤维成品的吸附倍率
表5.对比例2PS/PP纤维材料的吸附倍率
Claims (10)
1.一种用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物，其特征是，由以下组分按重量份数组成：
2.根据权利要求1所述用于制备高效吸附苯系物纤维的原料组合物，其特征是，所述助剂至少为抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚之一。
3.一种高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步、将原料PP、接枝单体St、引发剂DCP、及助剂放入粉碎机中粉碎并混匀，得混合物；
第二步、将所述混合物加入双螺杆挤出机挤出得熔体，将熔体经牵引、水冷、切粒、干燥得到含有PP-g-PS接枝物的粒料，作熔融纺丝料；
第三步、将所述熔融纺丝料加入熔喷纺丝机经熔融挤出、铺网、热轧、收卷，得高效吸附苯系物纤维成品。
4.根据权利要求3所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第一步中，所述原料PP加入100重量份，所述接枝单体St加入4-10重量份，所述引发剂DCP加入0.3-0.6重量份，所述助剂加入0.01-0.1重量份；所述助剂至少为抗氧剂2264、阻燃剂十溴二苯醚之一。
5.根据权利要求4所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第一步中，所述原料PP的熔融流动速率≥1200g/10min。
6.根据权利要求5所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第一步中，引发剂DCP在加入粉碎机前溶解于丙酮中；待混合物中的丙酮挥发完全后，转至第二步。
7.根据权利要求6所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第二步中，在加料前，设定双螺杆挤出机的一区、二区、三区和机头的温度分别为170℃、175℃、180℃、170℃，并预热两小时。
8.根据权利要求7所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第二步中，所得熔融纺丝料的接枝率为1.9-5.3％；所得熔融纺丝料的熔融流动速率≥700g/10min。
9.根据权利要求8所述高效吸附苯系物纤维的制备方法，其特征是，第三步的具体过程是：将第二步的熔融纺丝料从料斗（1）送入熔喷纺丝机的螺杆挤出机（2）进行熔融挤出得物料，将螺杆挤出机的螺杆一区、二区、三区的温度分别设定为175℃、190℃、225℃，螺杆转速调节为40rpm；然后将充分熔融的物料送入过滤系统（3）滤除杂质；随后，物料经熔体管道（4）进入计量泵（5）中，计量泵（5）温度为240℃，转速为30rpm；接着，物料经分配管道（6）进入具有纺丝组件（7）的纺丝室（8）中进行纺丝，纺出的丝经冷却风窗（9）形成结晶初生长丝，冷却风窗（9）的热空气温度为320℃；初生长丝送至成网机（10）铺网形成纤维丝，成网机（10）下方设有吸风系统（11）；纤维丝经自粘合或热轧系统（12）加热加压热轧，形成纤维材料；纤维材料冷却后送入收卷机（13）收卷得纤维成品。
10.一种按权利要求3至9任一项方法制得的高效吸附苯系物纤维。
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