CN104264373B - 一种吸油纤维膜的制造方法 - Google Patents

一种吸油纤维膜的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104264373B
CN104264373B CN201410458011.4A CN201410458011A CN104264373B CN 104264373 B CN104264373 B CN 104264373B CN 201410458011 A CN201410458011 A CN 201410458011A CN 104264373 B CN104264373 B CN 104264373B
Authority
CN
China
Prior art keywords
acrylate
methyl
poly
solution
monomer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410458011.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104264373A (zh
Inventor
徐乃库
莫锦鹏
宁丽群
李丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Polytechnic University
Original Assignee
Tianjin Polytechnic University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Polytechnic University filed Critical Tianjin Polytechnic University
Priority to CN201410458011.4A priority Critical patent/CN104264373B/zh
Publication of CN104264373A publication Critical patent/CN104264373A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104264373B publication Critical patent/CN104264373B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/72Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/728Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by electro-spinning
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D17/00Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02Separation of non-miscible liquids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
    • C08F2/20Aqueous medium with the aid of macromolecular dispersing agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D1/00Treatment of filament-forming or like material
    • D01D1/02Preparation of spinning solutions
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007Electro-spinning
    • D01D5/0061Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4382Stretched reticular film fibres; Composite fibres; Mixed fibres; Ultrafine fibres; Fibres for artificial leather
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/10Esters
    • C08F220/12Esters of monohydric alcohols or phenols
    • C08F220/16Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms
    • C08F220/18Esters of monohydric alcohols or phenols of phenols or of alcohols containing two or more carbon atoms with acrylic or methacrylic acids
    • C08F220/1804C4-(meth)acrylate, e.g. butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate or tert-butyl (meth)acrylate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

本发明公开了纤维状聚合物基吸油材料制造技术领域的由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜的制造方法。该制造方法利用悬浮聚合、溶液共混以及静电纺丝等技术将由其他聚合物形成的纳米级纤维充填于微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维中,利用纳米级纤维组合成的纤网结构构建微小孔洞,同时利用纳米级纤维隔离并阻止微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维间的粘并,提供高的孔隙率,而利用微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维支撑强化纳米级纤维组合成的纤网结构,所得微纳米聚(甲基)丙烯酸酯基吸油纤维膜综合性能优异,与现有纤维状聚合物基吸油材料相比,具有吸油速率更快,吸油量更高等优点、且可用于分离油水混合物,更加满足工业实用性要求。

Description

一种吸油纤维膜的制造方法
技术领域
本发明涉及一种纤维膜的制造技术,具体为一种由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜的制造方法,该制造方法利用了悬浮聚合、溶液共混以及静电纺丝等技术。
背景技术
近年来,工业的快速发展使人类生活产生了巨大变化,但在方便人类日常生活的同时也对人类赖以生存的环境造成了严重危害,其中最严重的危害就是油性有机物(简称“油”)及其污水、废弃液以及各种事故如油船或储罐泄漏造成的河流、海洋等水资源污染。据不完全统计,含油工业废水污染占整体水资源污染的30%,而海洋油轮泄漏所导致的污染占45%(Xiao C.F.,Xu N.K.,An S.L.et al.,Method of preparing oil absorbingfibers.US,8110525(US12541918),2012-02-07)。油污染具有环境持久性、生物累积性、半挥发性、远距离迁移性及高毒性等特点,易对人类健康造成不可逆转的严重危害,亟待有效遏制和解决。传统吸油材料如麻布、麸皮、海绵、粘土、活性炭等,存在吸油速率慢、吸油倍率低、油水选择性差、保油能力弱等缺陷,已不能满足资源环境治理的要求,因此研制和开发新型吸油材料具有重要意义。
纤维状聚合物基吸油材料,因其具有比表面积大、吸油速率快、使用和回收方便等优点,已成为一类被广泛研制的新型吸油材料。目前,已出现两类纤维状聚合物基吸油材料,一类是采用干湿法纺丝、冻胶纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝、反应挤出-熔融纺丝以及接枝改性技术制得的吸油纤维(Yan Feng,Changfa Xiao,Research on butyl methacrylate-lauryl methacrylate copolymeric fibers for oil absorbency,Journal of AppliedPolymer Science,2006,101,1248-1251;Naiku Xu,Changfa Xiao,Swelling andcrystallization behaviors of absorptive functional fiber based on butylmethacrylate/hydroxyethyl methacrylate copolymer,Journal of MaterialsScience,2010,45,98-105;Jian Zhao,Changfa Xiao,NaiKu Xu,Yan Feng,Preparationand Properties of Oil-Absorptive Fiber Based on Poly butyl Methacrylate-inter-polyhydroxyethyl Methacrylate via Wet Spinning,Polymer-PlasticsTechnology and Engineering,2011,50,818-824;Jian Zhao,Changfa Xiao,Naiku Xu,Xiao Ma,Preparation and properties of poly(butyl methacrylate/laurylmethacrylate)and its blend fiber.Polymer Bulletin,2012,69,33-46;Xiao Ma,NaikuXu,Changfa Xiao,Jian Zhao,Structure and Absorption Property of the FunctionalFiber Based on Polymethacrylate Prepared via Reactive Extrusion and MeltSpinning,Polymer-Plastics Technology and Engineering,2013,52,250-256;ShaoningLiu,Junfu Wei,Evaluation of the influence of homopolymerization on theremoval of water-insoluble organics by grafted polypropylene fibers,MarinePollution Bulletin,64,1172-1176);另一类是以熔喷聚丙烯非织造材料为代表的采用非织造技术制得的非织造材料(Jian Zhao,Changfa Xiao,Yan Feng,Naiku Xu,A Review:Polymethacrylate Fibers as Oil Absorbents,Polymer Reviews,2013,53,527-545;Jian Zhao,Changfa Xiao,Naiku Xu,Evaluation of polypropylene and poly(butylmethacrylate-co-hydroxyethyl methacrylate)nonwoven material as oilabsorbent,Environmental Science and Pollution Research,2013,553,4137-4145;Radetic M.,Ilic V.,Radojevic D.,Miladinovic R.,Jocic D,Jovancic P,Efficiencyof recycled wool-based nonwoven material for the removal of oils from water,Chemosphere,2008,550,525-530)。吸油纤维虽具有上述优点,但其本身不具实用性,必须经纺织或非织加工制得织物才具有实用性,应用成本极高,而且因力学性能差,现有吸油纤维的可纺织或非织造加工性也较差,给其应用又带来了诸多不便。吸油非织造材料,特别是一步成型的熔喷聚丙烯非织造材料,具有很好的实用性,且应用成本较低,因此已成为应用最广的纤维状吸油材料。尽管如此,熔喷聚丙烯非织造材料中纤维的直径为微米级,相对于纳米级纤维,其比表面积较小,吸油速率相对较慢,且由微米级纤维堆砌的孔洞较纳米级纤维堆砌的孔洞更大,吸油后对油品的握持能力相对较弱,易在承压下将所吸的油品漏掉,造成二次污染,在分离油水混合物时,在压力作用下,部分水易和油同时透过较大的孔洞,造成分离不彻底等问题,由此可见,由微纳米级纤维组合成的非织造材料在油污治理领域具有更强的实用性。
众所周知,静电纺丝是获得微纳米级纤维非织造材料的有效途径,但关键是选用何种聚合物来静电纺丝,这种聚合物一方面要具有优异的亲油性,另一方面又要具有好的静电纺可纺性。聚(甲基)丙烯酸酯具有优异的亲油性,已在吸油材料领域获得应用(路建美,朱秀林,鲁新宇,余俊,朱健,丙烯酸酯与甲基丙烯酸酯的共聚及性能研究,高分子材料科学与工程,1995,4,48-51;路建美,朱秀林,陈良,甲基丙烯酸酯高吸油性树脂的研究,石油化工,1995,3,176-179;Atta A.M.,El-Ghazawy R.A.M.,Farag R.K.,Crosslinkedcinnamoyloxyethyl methacrylate and isooctyl acrylate copolymers as oilsorbers,Polymer International,2005,7,1088-1096;Atta A.M.,El-Ghazawy R.A.M.,Farag R.K.,Swelling and Network Parameters of Oil Sorbers Based on AlkylAcrylates and Cinnamoyloxy Ethyl Methacrylate Copolymers,Journal of PolymerResearch,2006,4,257-266;徐乃库,肖长发,宋喆,双螺杆冻胶纺丝法制备有机液体吸附功能纤维及其性能研究,高分子学报,2009,4,317-324)。因此,部分研究人员开始尝试将聚(甲基)丙烯酸酯静电纺以制备新型吸油材料,研究发现,聚(甲基)丙烯酸酯虽可静电纺,但由于其分子侧链间的严重缠结,导致溶液粘度较大,在静电场中电荷排斥力很难将溶液射流进一步拉细成纳米纤维,因此所得的纤维多为微米级,即静电纺仅能获得微米级的聚(甲基)丙烯酸酯纤维,且由于聚(甲基)丙烯酸酯对有机溶剂具有很好的亲和性,故溶剂在纤维到达接收装置时不能完全挥发,致使接收装置上的纤维彼此粘并,形成孔隙率极低的纤维毡,而非孔隙率高的纤维膜(Jinpeng Mo,Naiku Xu,Changfa Xiao,Xutong Han,Yong Liu,Structure and property of electrospun fibrous mat based on polymethacrylate,Journal of Materials Science,2014,49,4816-4824),该纤维毡存在吸油速率慢、吸油量低等缺陷,且孔隙率低致使纤维毡不适用于油水分离,应用受到限制。由此可见,采用静电纺丝技术制得孔径小且孔隙率高的微纳米聚(甲基)丙烯酸酯基吸油纤维膜,是一项技术难题,但一旦制得这种膜,将具有广阔的应用空间,特别是在油水分离用膜材料领域将有很大的用武之地。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种吸油纤维膜的制造方法。该制造方法首先通过控制悬浮聚合工艺合成可静电纺的聚(甲基)丙烯酸酯,干燥后将所得聚(甲基)丙烯酸酯溶于有机溶剂中制得溶液,随后筛选其他聚合物,并将该聚合物溶于有机溶剂中制得另一溶液,接着将上述两种溶液混合,最后采用静电纺丝技术将由其他聚合物形成的纳米级纤维充填于微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维中,利用纳米级纤维组合成的纤网结构构建微小孔洞,同时利用纳米级纤维隔离并阻止微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维间的粘并,提供高的孔隙率,而利用微米级聚(甲基)丙烯酸酯纤维支撑强化纳米级纤维组合成的纤网结构,制得综合性能优异的微纳米聚(甲基)丙烯酸酯基吸油纤维膜。上述制得的微纳米聚(甲基)丙烯酸酯基吸油纤维膜与现有聚(甲基)丙烯酸酯吸油纤维毡以及熔喷聚丙烯非织造材料相比,吸油速率更快,吸油量更高、可用于分离油水混合物,因此,更加满足工业实用性要求。
本发明解决所述技术问题的技术方案是:设计一种吸油纤维膜的制造方法,其工艺过程如下:
(1)悬浮聚合工艺:量取一定体积的(甲基)丙烯酸酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取占(甲基)丙烯酸酯单体总质量0.2~2%的引发剂,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至引发剂完全溶解于单体中,此后,量取去离子水,使其体积与(甲基)丙烯酸酯单体体积之比为1∶1~5∶1,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量占去离子水总质量0.2~2%的分散剂,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至70~95℃并开动磁力搅拌,直至分散剂完全溶于水,停止加热和搅拌,将分散剂水溶液温度降至室温,随后将(甲基)丙烯酸酯单体和引发剂形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和分散剂形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散1~30min,搅拌速度为200~1000转/min,此时将搅拌速度设置为200~1000转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至70~90℃,反应2~8h后,提高反应温度至90~100℃,继续反应1~4h,终止反应后,取出产物、过滤,用60~100℃热水洗涤,除去未反应单体及分散剂,接着用去离子水洗涤一次以上,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中50~100℃条件下干燥24~72h后,获得白色粒状聚(甲基)丙烯酸酯;
所述(甲基)丙烯酸酯单体为占其总质量70~100%的第一单体和占其总质量0~30%的第二单体,所述第一单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种,所述第二单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯、甲基丙烯酸十八酯中的一种;
所述引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的一种;
所述分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、甲基纤维素、聚乙二醇、可溶性淀粉、明胶中的一种;
(2)溶液共混工艺:称取一定质量上述制得的聚(甲基)丙烯酸酯,将其置于适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称聚(甲基)丙烯酸酯与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取其他聚合物,使其与所称聚(甲基)丙烯酸酯的质量之比为0∶1~5∶1,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称其他聚合物与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述另一烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将其他聚合物溶液加入到聚(甲基)丙烯酸酯溶液中,并在25~95℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;
所述溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,1-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯中的一种;
所述其他聚合物为聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚氨酯中的一种;
(3)静电纺丝工艺:将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在25~95℃以及-0.07~-0.1MPa条件下脱泡,时间为0~60min;将9号平头针头小心地装在含有混合溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0~2ml/h,调整针头到接收板的距离为10~40cm,设定接收板的转速为50~2000r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为5~40kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待1~300h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,其中纳米级纤维由其他聚合物形成,而微米级纤维则由聚(甲基)丙烯酸酯形成。
与现有技术产品相比,首先在吸油速率方面占有绝对优势,现有的纤维状聚合物基吸油材料,其纤维直径细至微米级,如聚(甲基)丙烯酸酯吸油纤维毡以及熔喷聚丙烯非织造材料,甚至粗至毫米级,如吸油纤维,而本发明所得的吸油纤维膜由微米和纳米级纤维交错不定向排列组合而成,纤维直径相对更小,可与油接触的比表面积更大,吸油速率有所提高;其次握持油品能力更强,现有熔喷聚丙烯非织造材料中的孔洞由微米级纤维堆砌而成,孔径较大,致使吸油后承担握持油品责任的毛细管作用力较小,油品易泄漏,而本发明所得的吸油纤维膜,其中的孔洞由纳米级纤维组合成的纤网结构构建而成,孔径更小,毛细管作用力变大,致使握持油品的能力增强;再次在吸油量方面仍然具有优势,现有熔喷聚丙烯非织造材料单纯依靠纤维间堆砌的孔洞结构吸油,吸油量有限,而本发明所得的吸油纤维膜不仅可依靠纤维间堆砌的孔洞结构吸油,而且含有亲油组分聚(甲基)丙烯酸酯,可依靠亲油酯基与油品间的范德华力吸油,吸油量显著高于熔喷聚丙烯非织造材料,现有的聚(甲基)丙烯酸酯吸油纤维毡虽可依靠亲油酯基与油品间的范德华力吸油,但其孔隙率极低,缺少孔洞结构对油品的吸收,故吸油量也远低于本发明所得的吸油纤维膜;最后在油水混合物分离领域具有独特的应用优势,在油水混合物流经现有吸油纤维时,纤维不能完全吸收油,故不适用于油水混合物分离,而对于现有的熔喷聚丙烯非织造材料,其中的孔较大,且表面水接触角较小,疏水性相对较差,致使油水混合物流经时部分水易透过,丧失了分离功能,而对于现有的聚(甲基)丙烯酸酯吸油纤维毡,其孔隙率极低,油水混合物流经时阻力极大,需在高压驱动下运行,高压场极易使纤维毡局部破损,而造成分离失败,本发明所得的吸油纤维膜具有孔径小、孔隙率高、表面水接触角大、疏水性好等优点,可有效实现油水混合物的分离,适于工业规模应用。此外,在申请人检索的范围内,尚未见到采用本发明所述工艺制造吸油纤维膜的相关文献报道。
具体实施方式
下面结合实施例进一步叙述本发明:本发明设计的吸油纤维膜的制造方法(以下简称制造方法)涉及悬浮聚合、溶液共混、以及静电纺丝等技术的综合应用,旨在解决现有纤维状聚合物基吸油材料存在的吸油速率相对较慢,吸油量相对较低、握持油品能力相对较弱以及分离油水混合物效果差等问题,为油污染治理用纤维状聚合物基吸油材料的制备开辟一种新的途径,其工艺过程或步骤如下:
(1)悬浮聚合工艺:量取一定体积的(甲基)丙烯酸酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取占(甲基)丙烯酸酯单体总质量0.2~2%的引发剂,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至引发剂完全溶解于单体中,此后,量取去离子水,使其体积与(甲基)丙烯酸酯单体体积之比为1∶1~5∶1,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量占去离子水总质量0.2~2%的分散剂,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至70~95℃并开动磁力搅拌,直至分散剂完全溶于水,停止加热和搅拌,将分散剂水溶液温度降至室温,随后将(甲基)丙烯酸酯单体和引发剂形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和分散剂形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散1~30min,搅拌速度为200~1000转/min,此时将搅拌速度设置为200~1000转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至70~90℃,反应2~8h后,提高反应温度至90~100℃,继续反应1~4h,终止反应后,取出产物、过滤,用60~100℃热水洗涤,除去未反应单体及分散剂,接着用去离子水洗涤一次以上,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中50~100℃条件下干燥24~72h后,获得白色粒状聚(甲基)丙烯酸酯;
(2)溶液共混工艺:称取一定质量上述制得的聚(甲基)丙烯酸酯,将其置于适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称聚(甲基)丙烯酸酯与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取其他聚合物,使其与所称聚(甲基)丙烯酸酯的质量之比为0∶1~5∶1,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称其他聚合物与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述另一烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将其他聚合物溶液加入到聚(甲基)丙烯酸酯溶液中,并在25~95℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;
(3)静电纺丝工艺:将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在25~95℃以及-0.07~-0.1MPa条件下脱泡,时间为0~60min;将9号平头针头小心地装在含有混合溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0~2ml/h,调整针头到接收板的距离为10~40cm,设定接收板的转速为50~2000r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为5~40kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待1~300h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,其中纳米级纤维由其他聚合物形成,而微米级纤维则由聚(甲基)丙烯酸酯形成。
本发明制造方法所述的(甲基)丙烯酸酯单体为占其总质量70~100%的第一单体和占其总质量0~30%的第二单体,第一单体与第二单体占(甲基)丙烯酸酯单体总质量的质量百分比之和为100%。所述的第一单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种,其为甲基丙烯酸与短烷基链正醇形成的酯,聚合后形成的大分子链线形性较好,存在较少的悬垂侧链,具有较优异的静电纺可纺性,因此,在本发明制造方法中所述的第一单体是用来保障最终聚(甲基)丙烯酸酯可静电纺的。
本发明制造方法所述的(甲基)丙烯酸酯单体还可在所述的第一单体基础上,加入第二单体。即以丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯、甲基丙烯酸十八酯中的一种为第二单体;所述的第一单体占(甲基)丙烯酸酯单体总质量的70~100%,第二单体占(甲基)丙烯酸酯单体总质量的0~30%,第一单体与第二单体占(甲基)丙烯酸酯单体总质量的质量百分比之和为100%。尽管由所述第一单体生成的聚合物具有较优异的静电纺可纺性,但是这类聚合物柔韧性差,易发脆,特别是在低温条件下脆性更强,即具有极差的耐低温性,致使由其制得的吸油纤维膜不宜在低温条件下使用,为改善耐低温性,须引入所述的第二单体,所述第二单体聚合形成的聚合物通常具有较低的玻璃化转变温度,柔韧性好,不发脆,甚至具有较好的弹性,因此,在本发明制造方法中所述的第二单体是用来保障吸油纤维膜具有极好耐低温性的。尽管如此,所述第二单体占(甲基)丙烯酸酯单体总质量的质量百分比不宜过高,以不超过30%为宜,原因如下:①对于由丙烯酸与烷基链醇酯化形成的第二单体,由于-CH的存在,第二单体在与第一单体共聚合的过程中,极易以分子内回咬、分子间氢捕捉以及β裂解的方式产生特别长的链支化,这样相当于交联,致使聚合物在溶剂中的溶解性变差,影响静电纺丝的进行;②对于由甲基丙烯酸和长烷基链醇酯化形成的第二单体,其在与第一单体共聚合的过程中,若含量过高,极易使聚合产物变软、发粘、甚至引起爆聚,影响原料的制备,即使获得粘并成块的产物,其溶解性也极差,影响静电纺丝的进行。
本发明制造方法所述的引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁氰、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的一种。选择引发剂的原则包括:①根据聚合温度选择半衰期适当的引发剂,使聚合时间适中,以聚合釜的传热能力为基础,在保证温度控制和避免爆聚的前提下,应尽可能选用高活性的引发剂,即半衰期较短的引发剂,以提高聚合速率,缩短聚合时间,同时可降低聚合温度和减少引发剂用量;②还应该考虑引发剂对聚合物质量有无影响、引发剂有无毒性、使用和贮存过程中是否安全等问题。众所周知,过氧化二叔丁基在100℃时的半衰期为218h,过氧化二异丙苯在115℃时的半衰期为12.3h,叔丁基过氧化氢在154.5时的半衰期为44.8h,异丙苯过氧化氢在125℃时的半衰期为21h,偶氮二异丁氰在100℃时的半衰期为0.1h,过氧化苯甲酰在125℃时的半衰期为0.42h,且温度降低半衰期延长,温度升高半衰期缩短。本发明聚合涉及的反应温度范围为70~100℃,时间为2~12h,针对上述温度区间及要求的反应时间,过氧化苯甲酰的半衰期均较为合适,可保证在涉及的聚合时间内就能达到理想的聚合程度,且由于过氧化苯甲酰属低毒化学品,使用和贮存相对安全,故本发明优选的引发剂为过氧化苯甲酰。
本发明制造方法所述的分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、甲基纤维素、聚乙二醇、可溶性淀粉、明胶中的一种。分散剂通常通过分散和保胶两种方式来稳定聚合体系,其分散能力有助于降低单体相和水相间的界面张力,使单体相在搅拌力的作用下被分散成适当大小的液滴,此作用在聚合初期非常重要,而分散剂保胶能力则有助于其吸附于液滴表面,形成保护层,以阻碍液滴的粘并,此作用在聚合中后期非常重要。醇解度越高聚乙烯醇的保胶能力越强,而醇解度越低聚乙烯醇的分散能力越强,因此可通过调节醇解度来改善聚乙烯醇的保胶能力与分散能力,而醇解度不同所形成的各种型号聚乙烯醇产品价廉、易得,故本发明优选聚乙烯醇为聚合体系的分散剂。
本发明制造方法所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,1-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯中的一种。本发明制造方法所述的溶剂优选二甲基甲酰胺。这是因为:①与二甲基乙酰胺、二甲基亚砜相比,二甲基甲酰胺的沸点最低,相对挥发速度更快,更有利于纤维固化成形;②与除二甲基乙酰胺、二甲基亚砜之外的其他溶剂相比,二甲基甲酰胺的毒性最小,为低毒类产品,而其他溶剂为中高毒性产品;③二甲基甲酰胺的价格相对较低,为纺丝时常用的有机溶剂,在本发明所述的溶解温度下聚(甲基)丙烯酸酯在二甲基甲酰胺中的溶解性较好,但在室温条件下二甲基甲酰胺易于与聚(甲基)丙烯酸酯发生相分离,而静电纺丝是在室温条件下进行的,故再次为纤维固化成形提供了便利。
本发明制造方法所述的其他聚合物应具有如下的特性:①可溶于本发明制造方法所述的溶剂,易于与聚(甲基)丙烯酸酯溶液混合;②溶于溶剂后形成的溶液较聚(甲基)丙烯酸酯溶液要有更低的粘度和更好的流动性,更易于被注射泵挤出;③优良的静电纺可纺性,在本发明制造方法所述的静电纺丝工艺下,可轻易形成射流,射流细化后可形成纳米级纤维;④与聚(甲基)丙烯酸酯的相容性差,在射流劈裂细化以及溶剂挥发纤维固化过程中,易于与聚(甲基)丙烯酸酯分相,形成含不同组分的纤维。基于上述应有的特性,所述的其他聚合物为聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚氨酯中的一种。此外,由于聚氯乙烯易得、价格低廉,故本发明制造方法所述的其他聚合物优选聚氯乙烯。
下面给出具体实施例,以进一步详细描述本发明,但本申请权利要求保护范围不受具体实施例的限制。
实施例1
量取135.1ml甲基丙烯酸正丁酯以及14.9ml丙烯酸正丁酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取0.6715g过氧化苯甲酰,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至过氧化苯甲酰完全溶解于单体中,此后,量取450ml去离子水,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量2.25g聚乙烯醇,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至85℃并开动磁力搅拌,直至聚乙烯醇完全溶于水,停止加热和搅拌,将聚乙烯醇水溶液温度降至室温,随后将单体和过氧化苯甲酰形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和聚乙烯醇形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散10min,搅拌速度为500转/min,此时将搅拌速度设置为500转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至85℃,反应5h后,提高反应温度至95℃,继续反应1h,终止反应后,取出产物、过滤,用95℃热水洗涤,除去未反应单体及聚乙烯醇,接着用去离子水洗涤三次,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中75℃条件下干燥72h后,获得白色粒状甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物;称取18g共聚物,将其置于适宜的烧杯中,量取82g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液;将上述溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在40℃以及-0.09MPa条件下脱泡,时间为30min;将9号平头针头小心地装在含有溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0.4ml/h,调整针头到接收板的距离为20cm,设定接收板的转速为190r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为15kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待10h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得产品。
该产品中的纤维直径为几微米到十几微米,孔隙率仅为5.8%左右,即所得产品为吸油纤维毡,而非吸油纤维膜,该产品表面水接触角为101度,接近于90度,体现了弱疏水性,其与大豆油、机油、泵油等油性有机物接触8h后,吸油量才为1.0~2.2g/g,吸油速率极慢,吸油量极低,且不能有效分离油水混合物。
实施例2
称取18g聚氯乙烯,将其置于适宜的烧杯中,量取82g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将上述溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在40℃以及-0.09MPa条件下脱泡,时间为30min;将9号平头针头小心地装在含有溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0.4ml/h,调整针头到接收板的距离为20cm,设定接收板的转速为190r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为15kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待10h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得产品。
该产品中的纤维直径为几十纳米到几百纳米,孔隙率高达90%左右,即所得产品为吸油纤维膜,该产品表面水接触角为127度,远高于90度,体现了强疏水性,其与大豆油、机油、泵油等油性有机物接触1h后,吸油量就达10.0~19.0g/g,吸油速率变快,吸油量提高,但在与锡纸剥离时,部分纤维极易粘连在锡纸上,在使用时纤维极易脱落,且抗拉、抗压强度极低,不宜用于分离油水混合物。
实施例3
量取135.1ml甲基丙烯酸正丁酯以及14.9ml丙烯酸正丁酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取0.6715g过氧化苯甲酰,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至过氧化苯甲酰完全溶解于单体中,此后,量取450ml去离子水,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量2.25g聚乙烯醇,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至85℃并开动磁力搅拌,直至聚乙烯醇完全溶于水,停止加热和搅拌,将聚乙烯醇水溶液温度降至室温,随后将单体和过氧化苯甲酰形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和聚乙烯醇形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散10min,搅拌速度为500转/min,此时将搅拌速度设置为500转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至85℃,反应5h后,提高反应温度至95℃,继续反应1h,终止反应后,取出产物、过滤,用95℃热水洗涤,除去未反应单体及聚乙烯醇,接着用去离子水洗涤三次,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中75℃条件下干燥72h后,获得白色粒状甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物;称取9g共聚物,将其置于适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取9g聚氯乙烯,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述另一烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将聚氯乙烯溶液加入到共聚物溶液中,并在85℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在40℃以及-0.09MPa条件下脱泡,时间为30min;将9号平头针头小心地装在含有溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0.4ml/h,调整针头到接收板的距离为20cm,设定接收板的转速为190r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为15kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待10h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得产品。
该产品中聚氯乙烯相纤维直径为几十纳米到几百纳米,而甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物相纤维直径为几微米到十几微米,孔隙率达70%左右,为由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,该产品表面水接触角为130度,远高于90度,体现了强疏水性,其与大豆油、机油、泵油等油性有机物接触1h后,吸油量可达5.0~11.0g/g,吸油速率快于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,吸油量高于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,可与锡纸轻易剥离,无纤维残留在锡纸上,在使用时纤维不易脱落,且抗拉、抗压强度较高,即力学性能优于聚氯乙烯形成的吸油纤维膜,可用于分离油水混合物。
实施例4
量取135.1ml甲基丙烯酸正丁酯以及14.9ml丙烯酸正丁酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取0.6715g过氧化苯甲酰,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至过氧化苯甲酰完全溶解于单体中,此后,量取450ml去离子水,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量2.25g聚乙烯醇,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至85℃并开动磁力搅拌,直至聚乙烯醇完全溶于水,停止加热和搅拌,将聚乙烯醇水溶液温度降至室温,随后将单体和过氧化苯甲酰形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和聚乙烯醇形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散10min,搅拌速度为500转/min,此时将搅拌速度设置为500转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至85℃,反应5h后,提高反应温度至95℃,继续反应1h,终止反应后,取出产物、过滤,用95℃热水洗涤,除去未反应单体及聚乙烯醇,接着用去离子水洗涤三次,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中75℃条件下干燥72h后,获得白色粒状甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物;称取13.5g共聚物,将其置于适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取4.5g聚氯乙烯,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述另一烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将聚氯乙烯溶液加入到共聚物溶液中,并在85℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在40℃以及-0.09MPa条件下脱泡,时间为30min;将9号平头针头小心地装在含有溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0.4ml/h,调整针头到接收板的距离为20cm,设定接收板的转速为190r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为15kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待10h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得产品。
该产品中聚氯乙烯相纤维直径为几十纳米到几百纳米,而甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物相纤维直径为几微米到十几微米,孔隙率达80%左右,为由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,该产品表面水接触角接近130度,远高于90度,体现了强疏水性,其与大豆油、机油、泵油等油性有机物接触1h后,吸油量可达10.0~19.0g/g,吸油速率快于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,吸油量高于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,可与锡纸轻易剥离,无纤维残留在锡纸上,在使用时纤维不易脱落,且抗拉、抗压强度较高,即力学性能优于聚氯乙烯形成的吸油纤维膜,可用于分离油水混合物。
实施例5
量取135.1ml甲基丙烯酸正丁酯以及14.9ml丙烯酸正丁酯单体,将其置于适宜的烧杯中,称取0.6715g过氧化苯甲酰,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至过氧化苯甲酰完全溶解于单体中,此后,量取450ml去离子水,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量2.25g聚乙烯醇,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至85℃并开动磁力搅拌,直至聚乙烯醇完全溶于水,停止加热和搅拌,将聚乙烯醇水溶液温度降至室温,随后将单体和过氧化苯甲酰形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和聚乙烯醇形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散10min,搅拌速度为500转/min,此时将搅拌速度设置为500转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至85℃,反应5h后,提高反应温度至95℃,继续反应1h,终止反应后,取出产物、过滤,用95℃热水洗涤,除去未反应单体及聚乙烯醇,接着用去离子水洗涤三次,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中75℃条件下干燥72h后,获得白色粒状甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物;称取4.5g共聚物,将其置于适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取13.5g聚氯乙烯,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取41g二甲基甲酰胺,并将二甲基甲酰胺加入到上述另一烧杯中,在85℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将聚氯乙烯溶液加入到共聚物溶液中,并在85℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在40℃以及-0.09MPa条件下脱泡,时间为30min;将9号平头针头小心地装在含有溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0.4ml/h,调整针头到接收板的距离为20cm,设定接收板的转速为190r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为15kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待10h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得产品。
该产品中聚氯乙烯相纤维直径为几十纳米到几百纳米,而甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物相纤维直径为几微米到十几微米,孔隙率达90%左右,为由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,该产品表面水接触角接近127度,远高于90度,体现了强疏水性,其与大豆油、机油、泵油等油性有机物接触1h后,吸油量可达15.0~26.0g/g,吸油速率显著快于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,吸油量显著高于甲基丙烯酸正丁酯-丙烯酸正丁酯共聚物形成的吸油纤维毡,可与锡纸轻易剥离,无纤维残留在锡纸上,在使用时纤维不易脱落,且抗拉、抗压强度较高,即力学性能优于聚氯乙烯形成的吸油纤维膜,可用于分离油水混合物。

Claims (6)

1.一种吸油纤维膜的制造方法,其特征在于工艺过程如下:
(1)悬浮聚合工艺:量取一定体积的(甲基)丙烯酸酯单体,所述的(甲基)丙烯酸酯单体为占其总质量70~100%的第一单体和占其总质量0~30%的第二单体,所述第一单体为甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯中的一种,所述第二单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯、甲基丙烯酸十八酯中的一种,将其置于适宜的烧杯中,称取占(甲基)丙烯酸酯单体总质量0.2~2%的引发剂,并将其加入到上述烧杯中,开动磁力搅拌,直至引发剂完全溶解于单体中,此后,量取去离子水,使其体积与(甲基)丙烯酸酯单体体积之比为1∶1~5∶1,将其置于另一个适宜的烧杯中,称量占去离子水总质量0.2~2%的分散剂,并将其加入到上述另一个烧杯中,升温至70~95℃并开动磁力搅拌,直至分散剂完全溶于水,停止加热和搅拌,将分散剂水溶液温度降至室温,随后将(甲基)丙烯酸酯单体和引发剂形成的溶液移至聚合釜中,接着将去离子水和分散剂形成的溶液倒入聚合釜中,并搅拌分散1~30min,搅拌速度为200~1000转/min,此时将搅拌速度设置为200~1000转/min,通入氮气以排净聚合釜中残留的空气,开启聚合釜加热系统,升温至70~90℃,反应2~8h后,提高反应温度至90~100℃,继续反应1~4h,终止反应后,取出产物、过滤,用60~100℃热水洗涤,除去未反应单体及分散剂,接着用去离子水洗涤一次以上,除去残留的离子,防止聚合产物着色,于真空干燥机中50~100℃条件下干燥24~72h后,获得白色粒状聚(甲基)丙烯酸酯;
(2)溶液共混工艺:称取一定质量上述制得的聚(甲基)丙烯酸酯,将其置于适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称聚(甲基)丙烯酸酯与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,接着称取其他聚合物,使其与所称聚(甲基)丙烯酸酯的质量之比为0∶1~5∶1,并将其置于另一适宜的烧杯中,量取溶剂,使所称其他聚合物与溶剂的质量之比为0∶1~1∶3,并将溶剂加入到上述另一烧杯中,在25~95℃条件下磁力搅拌直至形成均匀溶液,随后将其他聚合物溶液加入到聚(甲基)丙烯酸酯溶液中,并在25~95℃条件下磁力搅拌直至两种溶液混合均匀;
(3)静电纺丝工艺:将上述混合溶液吸入静电纺丝用注射器中,将注射器上端向上置于支架上,并保持上端口开启,将支架置于真空干燥机中在25~95℃以及-0.07~-0.1MPa条件下脱泡,时间为0~60min;将9号平头针头小心地装在含有混合溶液的注射器上,并将注射器置于注射泵上,使针头高度与接收板的中心高度相等,调节注射泵的挤出速度为0~2ml/h,调整针头到接收板的距离为10~40cm,设定接收板的转速为50~2000r/min,将高压电源的高压输出端连接在针头上,地线连接到接收板上,然后在接收板上包裹一层锡纸,使接收板旋转起来,启动高压电源,调节直流电压为5~40kv,启动注射泵,在室温条件下开始纺丝,待1~300h后,停止纺丝,将锡纸剥离后,可获得由微纳米级纤维交错不定向排列组合成的吸油纤维膜,其中纳米级纤维由其他聚合物形成,而微米级纤维则由聚(甲基)丙烯酸酯形成;
所述的其他聚合物应具有如下的特性,①可溶于所述溶剂,易于与聚(甲基)丙烯酸酯溶液混合;②溶于溶剂后形成的溶液较聚(甲基)丙烯酸酯溶液要有更低的粘度和更好的流动性,更易于被注射泵挤出;③优良的静电纺可纺性,在所述静电纺丝工艺下,可轻易形成射流,射流细化后可形成纳米级纤维;④与聚(甲基)丙烯酸酯的相容性差,在射流劈裂细化以及溶剂挥发纤维固化过程中,易于与聚(甲基)丙烯酸酯分相,形成含不同组分的纤维。
2.根据权利要求1所述的吸油纤维膜的制造方法,其特征在于所述的引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈、异丙苯过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基中的一种。
3.根据权利要求1所述的吸油纤维膜的制造方法,其特征在于所述的分散剂为聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、甲基纤维素、聚乙二醇、可溶性淀粉、明胶中的一种。
4.根据权利要求1所述的吸油纤维膜的制造方法,其特征在于所述的溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,1-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,2-二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯中的一种。
5.根据权利要求1所述的吸油纤维膜的制造方法,其特征在于所述的其他聚合物为聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚氨酯中的一种。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的吸油纤维膜的制造方法,其特征在于所述的引发剂为过氧化苯甲酰;所述的分散剂为聚乙烯醇;所述的溶剂为二甲基甲酰胺;所述的其他聚合物为聚氯乙烯。
CN201410458011.4A 2014-09-09 2014-09-09 一种吸油纤维膜的制造方法 Active CN104264373B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410458011.4A CN104264373B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 一种吸油纤维膜的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410458011.4A CN104264373B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 一种吸油纤维膜的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104264373A CN104264373A (zh) 2015-01-07
CN104264373B true CN104264373B (zh) 2017-02-15

Family

ID=52155940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410458011.4A Active CN104264373B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 一种吸油纤维膜的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104264373B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105862255A (zh) * 2016-05-07 2016-08-17 洛阳辰祥机械科技有限公司 一种聚丙烯合成纤维环保清洁布及其制备方法
CN105970598B (zh) * 2016-05-19 2017-12-29 天津工业大学 一种染料废水处理用纤维膜的制造方法
CN106732399A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 北京师范大学 具有去除水体中溢油污染物功能的吸附材料及其可控制备工艺
CN106622149A (zh) * 2016-12-22 2017-05-10 北京师范大学 基于静电纺丝技术制备的具有吸附去除溢油功能的吸附膜
CN107042024A (zh) * 2017-03-28 2017-08-15 北京化工大学 一种熔体纳米纤维超高效吸油棉
CN107326539B (zh) * 2017-06-16 2019-03-26 凤台精兴生物科技有限公司 一种高阻隔性改性聚偏氯乙烯纤维滤膜的制备方法
CN107984837B (zh) * 2017-12-05 2020-05-01 安徽鹰龙工业设计有限公司 一种增强型吸油棉
CN109778327B (zh) * 2019-01-23 2021-04-27 天津工业大学 一种微/纳交替纤维集合体的制备方法
CN112409990A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 上海智勇教育培训有限公司 一种吸油材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101698965A (zh) * 2009-10-30 2010-04-28 天津工业大学 一种吸附纤维及其制造方法
CN101838862A (zh) * 2010-05-07 2010-09-22 天津工业大学 一种有机液体吸附纤维的制造方法
CN101956247A (zh) * 2010-10-13 2011-01-26 吉林大学 常温下利用静电纺丝技术制备聚丙烯超细纤维的方法
CN103437067A (zh) * 2013-09-05 2013-12-11 天津工业大学 一种吸油纤维毡的制造方法
CN103866492A (zh) * 2014-03-31 2014-06-18 北京服装学院 一种高效油水分离复合纤维膜及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101698965A (zh) * 2009-10-30 2010-04-28 天津工业大学 一种吸附纤维及其制造方法
CN101838862A (zh) * 2010-05-07 2010-09-22 天津工业大学 一种有机液体吸附纤维的制造方法
CN101956247A (zh) * 2010-10-13 2011-01-26 吉林大学 常温下利用静电纺丝技术制备聚丙烯超细纤维的方法
CN103437067A (zh) * 2013-09-05 2013-12-11 天津工业大学 一种吸油纤维毡的制造方法
CN103866492A (zh) * 2014-03-31 2014-06-18 北京服装学院 一种高效油水分离复合纤维膜及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PAN/PBMA共混纤维的研究;葛兆刚等;《纺织学报》;20090815;第30卷(第08期);第1-4页 *
共聚甲基丙烯酸酯系吸附功能纤维研究;徐乃库;《中国优秀硕士论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20081015(第10期);第B016-43页 *
聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸正丁酯共混体系的相容性及流变性能;葛兆刚等;《高分子材料科学与工程》;20091115;第25卷(第11期);第37-40页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN104264373A (zh) 2015-01-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104264373B (zh) 一种吸油纤维膜的制造方法
CN104313796B (zh) 一种油水分离用纤维膜的制造方法
Du et al. Electro-responsive carbon membranes with reversible superhydrophobicity/superhydrophilicity switch for efficient oil/water separation
Zheng et al. Research and application of kapok fiber as an absorbing material: A mini review
CN103437067B (zh) 一种吸油纤维毡的制造方法
US8110525B2 (en) Method of preparing oil absorbing fibers
CN107456879B (zh) 纳米二氧化硅/纳米纤维油水分离复合膜及其制备方法
CN104693592A (zh) 一种共聚甲基丙烯酸酯/聚丙烯复合吸油材料的制备方法
Zhao et al. A review: polymethacrylate fibers as oil absorbents
CN101864275A (zh) 一种聚苯乙烯超细纤维吸油材料及其制备和应用
CN103113513B (zh) 一种成纤聚合物的合成方法
CN104672741B (zh) 高固含量阴离子型自乳化水性环氧树脂乳液及其制备方法
CN106745507A (zh) 一种抗污染的油水分离网膜及其制备方法
JPH01314729A (ja) 複合繊維およびその不織成形体
CN106087453B (zh) 一种热塑性嵌段共聚物纳米纤维膜材料及其制备方法
CN106552518A (zh) 一种水凝胶纳米纤维过滤膜及其制备方法
CN104264453B (zh) 一种吸附阳离子纤维膜的制造方法
CN100574871C (zh) 有机物吸附纤维的制造方法
CN109078507A (zh) 一种水凝胶分离膜的制备方法及应用
CN107675360A (zh) 聚苯乙烯纳米纤维及其制备方法
RU2181798C2 (ru) Способ получения формованного целлюлозного тела, целлюлозное формованное тело
CN106432585A (zh) 一种含氟聚合物及其制备方法和应用
Gurave et al. Emulsion templated dual crosslinked core-sheath fibrous matrices for efficient oil/water separation
CN1255586C (zh) 吸油纤维及其制造方法
CN102618963B (zh) 一种改性聚丙烯纤维的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant