CN107984837A - 一种增强型吸油棉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在吸油膜层两侧的无纺布层，该吸油膜层由以下步骤制备得到：S1：制备聚丙烯酸异丁酯，并将一定量的聚丙烯酸异丁酯溶于第一有机溶剂中形成第一溶液；S2：制备聚丙烯腈，并将一定量的聚丙烯腈溶于第二有机溶剂中形成第二溶液；聚丙烯腈与聚丙烯酸异丁酯的质量比为0.2～3；S3：将第一溶液和第二溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，静电纺丝的条件包括：电压5～25kV，接收距离为5～20cm，喷头移动速度为0.5～2mm/s，接收器的转速为100～500rmp，静电纺丝时间为5～10小时，得到纺丝膜，该纺丝膜即为所述吸油膜层，吸油膜层的厚度为1～3mm。本发明的增强型吸油棉吸既有高的吸油率又有较高的机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及吸油材料技术领域，尤其涉及一种增强型吸油棉。
背景技术
在能源紧缺的今天，人类依然非常依赖石油资源，然而世界上的原油产地与使用地之间存在较长的地域间隔，因此需要将石油从产地运至炼油厂，再将成品的汽油、柴油等运送至需求较大的城市内。在原油、汽油、柴油等的运输过程中不可避免的会出现原油、汽油、柴油的泄漏，原油在海上运输时泄漏主要因为污染的区域较大会采用设备分离原油和海水；但是在陆上运输时，运输设备发生交通事故侧翻之后，在应急处理时首先是进行冲水处理防止起火爆炸，这样原油、汽油、柴油等会随水流至附件的河流中造成污染，对于这类较小区域的水体污染会采用围油栏将污染区域隔离防止污染物扩散，然后通过吸油毡对污染物进行吸附，从而将污染物清除干净。
目前市场上常见的吸油材料有吸油毡和吸油棉，但是吸油毡主要通过物理方式进行表面粘附导致吸附率低，吸油毡薄容量小且容易破碎造成二次污染且无法进行重复利用。吸油棉相对于吸油毡其吸收率高，且能够重复使用，因此，得到了广泛的应用。
但是现有的吸油棉其仍然存在以下缺点：吸油棉的吸油能力不高以及吸油棉的机械强度不够高。因此，有必要提供一种既有高的吸油率又有较高机械强度的增强型吸油棉。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种增强型吸油棉，该吸油棉既有高的吸油率又有较高的机械强度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，所述吸油膜层由以下步骤制备得到：
S1：制备聚丙烯酸异丁酯，并将一定量的所述聚丙烯酸异丁酯溶于第一有机溶剂中形成第一溶液；
S2：制备聚丙烯腈，并将一定量的所述聚丙烯腈溶于第二有机溶剂中形成第二溶液；所述聚丙烯腈与所述聚丙烯酸异丁酯的质量比为0.2～3；
S3：将所述第一溶液和第二溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，所述静电纺丝的条件包括：电压5～25kV，接收距离为5～20cm，喷头移动速度为0.5～2mm/s，接收器的转速为100～500rmp，静电纺丝时间为5～10小时，得到纺丝膜，所述纺丝膜即为所述吸油膜层，所述吸油膜层的厚度为1～3mm。
进一步地，所述步骤S1中的第一有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、乙烯吡咯烷酮，
所述步骤S2中的第二有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、去离子水。
进一步地，所述步骤S1中的聚丙烯酸异丁酯为侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯，所述侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯由以下方法制备得到：以丙烯酸异丁酯、全氟丁基乙烯、羧甲基纤维素、三氯化铁和去离子水为原料，通过聚合反应制备，
其中各原料的重量份用量为：丙烯酸异丁酯80～90份、全氟丁基乙烯1～10份、羧甲基纤维素0.1～3份、三氯化铁1～2份、去离子水80～90份。
进一步地，所述的聚合反应为两步串联的聚合反应过程，三氯化铁分别加入到每一步的聚合反应过程中，第一步聚合反应过程的反应温度为50～60℃，反应时间为3～5小时，第二步聚合反应的反应温度为80～90℃，反应时间为5～10小时。
本发明采用两步聚合反应过程，三氯化铁引发剂分次加入聚合反应过程中，从而可以防止因引发剂的一次加入导致的局部反应过于强烈，放热量大的问题，大大提高了生产的安全性。
进一步地，所述聚丙烯腈的分子量为50000～100000。
进一步地，所述无纺布层上均布有若干个贯通所述无纺布层的导油孔，所述导油孔的形状为漏斗状，且所述导油孔靠近所述吸油膜层的一侧的孔径大于所述导油孔远离所述吸油膜层的一侧的孔径。
进一步地，所述同时进行静电纺丝的两个喷头的内径不同，其中，用于第一溶液的静电纺丝的喷头内径大于用于第二溶液的静电纺丝的喷头内径。
进一步地，用于第一溶液的静电纺丝的喷头内径为2～3mm，第一溶液的流速为1～2ml/h，用于第二溶液的静电纺丝的喷头内径为0.5～1mm，第二溶液的流速为0.1～0.5ml/h。
本发明的一种增强型吸油棉，具有如下有益效果：
(1)本发明的吸油膜层为聚丙烯酸异丁酯与聚丙烯腈交织的三维网状结构，通过聚丙烯腈的加入大大提高了吸油膜层的机械强度。
(2)本发明将含有聚丙烯酸异丁酯与含有聚丙烯腈的溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，从而很好的避免了现有技术中，将聚丙烯酸异丁酯与聚丙烯腈共混时出现的相分离现象，本发明制备的吸油膜层中，聚丙烯腈纤维能够更加均匀的分布，有利于提高吸油膜层的机械强度。
(3)本发明将含有聚丙烯酸异丁酯与含有聚丙烯腈的溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，由于聚丙烯酸异丁酯纤维与聚丙烯腈纤维能够更加均匀的分布，使得吸油膜层的孔隙率大大提高，增强了吸油膜层的吸油率。
(4)聚丙烯酸异丁酯的侧基上的酯类基团亲油能力强，分子网状结构大，空间位阻小，有利于提高吸油膜层的吸油能力。
(5)含氟基团的引入，增强了吸油膜层的耐腐蚀性能，从而延长了吸油棉的整体使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明提供的吸油膜层的制备步骤的流程框图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，优选的，所述无纺布层上均布有若干个贯通所述无纺布层的导油孔，所述导油孔的形状为漏斗状，且所述导油孔靠近所述吸油膜层的一侧的孔径大于所述导油孔远离所述吸油膜层的一侧的孔径。
如图1所示，所述吸油膜层由以下步骤制备得到：
S1：将重量份为80份的丙烯酸异丁酯、3份的全氟丁基乙烯、0.2份的羧甲基纤维素、0.5份的三氯化铁、80份的去离子水加入到第一聚合反应釜中进行第一步聚合反应，反应温度为50℃，反应时间为3小时；然后将第一聚合反应釜中的浆料输送至第二聚合反应釜中并加入0.5份的三氯化铁进行第二步聚合反应，反应温度为80℃，反应时间为5小时，制备得到侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯。
称取1g侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯，加入至10mLN,N-二甲基乙酰胺中，在50℃下加热搅拌至形成均一、透明、澄清的第一溶液，其浓度为0.1g/mL。
S2：称取2g聚丙烯腈，加入至10mL去离子水中，在50℃下加热搅拌至形成均匀的第二溶液，溶液浓度为0.2g/mL。
S3：在室温30℃下，将第一溶液、第二溶液分别以0.8mL/h的流速输送至静电纺丝设备上的两个喷头，其中，对应第一溶液的喷头内径为2mm，第一溶液的流速为1ml/h，对应第二溶液的喷涂内径为0.5mm，第二溶液的流速为0.5ml/h。在5kV的高压电场中进行静电纺丝，纺丝条件包括：接收距离为10cm，喷头移动速度为1mm/s，接收器的转速为200rpm，静电纺丝时间为5小时。待接收器表面溶剂挥发后，侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯、聚丙烯腈的纺丝纤维在接收器上沉积，形成纺丝膜厚度为1mm的纺丝膜即厚度为1mm的吸油膜层。
将本实施例的增强型吸油棉进行测试，测试结果表明，其断裂强度为12.6MPa，吸油率为97.3％。
实施例2
本实施例提供一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，优选的，所述无纺布层上均布有若干个贯通所述无纺布层的导油孔，所述导油孔的形状为漏斗状，且所述导油孔靠近所述吸油膜层的一侧的孔径大于所述导油孔远离所述吸油膜层的一侧的孔径。
如图1所示，所述吸油膜层由以下步骤制备得到：
S1：将重量份为85份的丙烯酸异丁酯、6份的全氟丁基乙烯、1份的羧甲基纤维素、0.7份的三氯化铁、85份的去离子水加入到第一聚合反应釜中进行第一步聚合反应，反应温度为55℃，反应时间为3小时；然后将第一聚合反应釜中的浆料输送至第二聚合反应釜中并加入0.3份的三氯化铁进行第二步聚合反应，反应温度为85℃，反应时间为7小时，制备得到侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯。
称取1.5g侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯，加入至10mLN,N-二甲基乙酰胺中，在50℃下加热搅拌至形成均一、透明、澄清的第一溶液，其浓度为0.15g/mL。
S2：称取0.5g聚丙烯腈，加入至10mL去离子水中，在50℃下加热搅拌至形成均匀的第二溶液，溶液浓度为0.05g/mL。
S3：在室温30℃下，将第一溶液、第二溶液分别以1mL/h的流速输送至静电纺丝设备上的两个喷头，其中，对应第一溶液的喷头内径为2.5mm，第一溶液的流速为1.5ml/h，对应第二溶液的喷涂内径为0.8mm，第二溶液的流速为0.5ml/h。在15kV的高压电场中进行静电纺丝，纺丝条件包括：接收距离为15cm，喷头移动速度为1.5mm/s，接收器的转速为300rpm，静电纺丝时间为5小时。待接收器表面溶剂挥发后，侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯、聚丙烯腈的纺丝纤维在接收器上沉积，形成纺丝膜厚度为1mm的纺丝膜即厚度为1mm的吸油膜层。
将本实施例的增强型吸油棉进行测试，测试结果表明，其断裂强度为13.9MPa，吸油率为98.1％。
实施例3
本实施例提供一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，优选的，所述无纺布层上均布有若干个贯通所述无纺布层的导油孔，所述导油孔的形状为漏斗状，且所述导油孔靠近所述吸油膜层的一侧的孔径大于所述导油孔远离所述吸油膜层的一侧的孔径。
如图1所示，所述吸油膜层由以下步骤制备得到：
S1：将重量份为90份的丙烯酸异丁酯、10份的全氟丁基乙烯、2份的羧甲基纤维素、1.2份的三氯化铁、90份的去离子水加入到第一聚合反应釜中进行第一步聚合反应，反应温度为60℃，反应时间为5小时；然后将第一聚合反应釜中的浆料输送至第二聚合反应釜中并加入0.8份的三氯化铁进行第二步聚合反应，反应温度为90℃，反应时间为10小时，制备得到侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯。
称取2g侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯，加入至10mLN,N-二甲基乙酰胺中，在50℃下加热搅拌至形成均一、透明、澄清的第一溶液，其浓度为0.2g/mL。
S2：称取1g聚丙烯腈，加入至10mL去离子水中，在50℃下加热搅拌至形成均匀的第二溶液，溶液浓度为0.1g/mL。
S3：在室温30℃下，将第一溶液、第二溶液分别以2mL/h的流速输送至静电纺丝设备上的两个喷头，其中，对应第一溶液的喷头内径为3mm，第一溶液的流速为2ml/h，对应第二溶液的喷涂内径为1mm，第二溶液的流速为0.5ml/h。在25kV的高压电场中进行静电纺丝，纺丝条件包括：接收距离为20cm，喷头移动速度为2mm/s，接收器的转速为500rpm，静电纺丝时间为5小时。待接收器表面溶剂挥发后，侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯、聚丙烯腈的纺丝纤维在接收器上沉积，形成纺丝膜厚度为1mm的纺丝膜即厚度为1mm的吸油膜层。
将本实施例的增强型吸油棉进行测试，测试结果表明，其断裂强度为15.3MPa，吸油率为99.2％。
对比例
本对比例提供一种吸油棉，该吸油棉的结构与实施例1相同，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，不同之处在于，本对比例的吸油膜层的制备过程中不涉及聚丙烯腈，只采用聚丙烯酸异丁酯。
将本对比例的吸油棉进行测试，测试结果表明，其断裂强度为10.2MPa，吸油率为82％。
本发明的一种增强型吸油棉，具有如下有益效果：
(1)本发明的吸油膜层为聚丙烯酸异丁酯与聚丙烯腈交织的三维网状结构，通过聚丙烯腈的加入大大提高了吸油膜层的机械强度。
(2)本发明将含有聚丙烯酸异丁酯与含有聚丙烯腈的溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，从而很好的避免了现有技术中，将聚丙烯酸异丁酯与聚丙烯腈共混时出现的相分离现象，本发明制备的吸油膜层中，聚丙烯腈纤维能够更加均匀的分布，有利于提高吸油膜层的机械强度。
(3)本发明将含有聚丙烯酸异丁酯与含有聚丙烯腈的溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，由于聚丙烯酸异丁酯纤维与聚丙烯腈纤维能够更加均匀的分布，使得吸油膜层的孔隙率大大提高，增强了吸油膜层的吸油率。
(4)聚丙烯酸异丁酯的侧基上的酯类基团亲油能力强，分子网状结构大，空间位阻小，有利于提高吸油膜层的吸油能力。
(5)含氟基团的引入，增强了吸油膜层的耐腐蚀性能，从而延长了吸油棉的整体使用寿命。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (8)
1.一种增强型吸油棉，包括吸油膜层和设置在所述吸油膜层两侧的无纺布层，其特征在于，所述吸油膜层由以下步骤制备得到：
S1：制备聚丙烯酸异丁酯，并将一定量的所述聚丙烯酸异丁酯溶于第一有机溶剂中形成第一溶液；
S2：制备聚丙烯腈，并将一定量的所述聚丙烯腈溶于第二有机溶剂中形成第二溶液；所述聚丙烯腈与所述聚丙烯酸异丁酯的质量比为0.2～3；
S3：将所述第一溶液和第二溶液分别通过静电纺丝通道同时进行静电纺丝，所述静电纺丝的条件包括：电压5～25kV，接收距离为5～20cm，喷头移动速度为0.5～2mm/s，接收器的转速为100～500rmp，静电纺丝时间为5～10小时，得到纺丝膜，所述纺丝膜即为所述吸油膜层，所述吸油膜层的厚度为1～3mm。
2.根据权利要求1所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述步骤S1中的第一有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、乙烯吡咯烷酮，
所述步骤S2中的第二有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述步骤S1中的聚丙烯酸异丁酯为侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯，所述侧链含氟基团的聚丙烯酸异丁酯由以下方法制备得到：以丙烯酸异丁酯、全氟丁基乙烯、羧甲基纤维素、三氯化铁和去离子水为原料，通过聚合反应制备，
其中各原料的重量份用量为：丙烯酸异丁酯80～90份、全氟丁基乙烯1～10份、羧甲基纤维素0.1～3份、三氯化铁1～2份、去离子水80～90份。
4.根据权利要求3所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述的聚合反应为两步串联的聚合反应过程，三氯化铁分别加入到每一步的聚合反应过程中，第一步聚合反应过程的反应温度为50～60℃，反应时间为3～5小时，第二步聚合反应的反应温度为80～90℃，反应时间为5～10小时。
5.根据权利要求1所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述聚丙烯腈的分子量为50000～100000。
6.根据权利要求1所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述无纺布层上均布有若干个贯通所述无纺布层的导油孔，所述导油孔的形状为漏斗状，且所述导油孔靠近所述吸油膜层的一侧的孔径大于所述导油孔远离所述吸油膜层的一侧的孔径。
7.根据权利要求1所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，所述同时进行静电纺丝的两个喷头的内径不同，其中，用于第一溶液的静电纺丝的喷头内径大于用于第二溶液的静电纺丝的喷头内径。
8.根据权利要求7所述的一种增强型吸油棉，其特征在于，用于第一溶液的静电纺丝的喷头内径为2～3mm，第一溶液的流速为1～2ml/h，
用于第二溶液的静电纺丝的喷头内径为0.5～1mm，第二溶液的流速为0.1～0.5ml/h。
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