CN109837746B - 一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含油污水处理用的吸油材料，具体涉及一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维及其制备方法，具体以熔喷聚丙烯纤维作为基体，在改性剂中对熔喷聚丙烯纤维表面进行紫外辐照改性处理；所用改性剂包括组分A和组分B作为二元单体，以及光引发剂和溶剂，经改性后的熔喷聚丙烯纤维在吸油倍率和疏水性能上均得到了大幅提高，同时吸油速率并未出现大幅度下降的情况，另外改性后的疏水性聚丙烯纤维还具有优良的保油性能，能够进一步拓展聚丙烯类吸油材料的市场价值。
Description
技术领域
本发明涉及水处理用的吸油材料，具体涉及一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维及其制备方法。
背景技术
在含油污水的处理中，吸油材料主要分为棉纤维、粘土以及二氧化硅等天然吸油材料，以及烯烃类、聚氨酯类、丙烯酸酯类等合成吸油材料。天然吸油材料虽然具备吸油速率快的优点，但是其在吸油的同时还吸水，因此其油水选择性能差，同时还存在漏油现象，即其在吸油之后无法良好的进行保油。目前在国外的吸油材料市场中，聚丙烯类吸油材料和聚氨酯类吸油材料所占据的市场最大，两者由于自身结构的特点，均具备一定的疏水性能，且其价格低廉，属于吸附污水中油类的常用材料。
对于聚丙烯类吸油材料而言，常被用来制成吸油毡、吸油垫等制品，应用市场广泛，然而聚丙烯类吸油材料的吸油往往通过成孔或毛细管力进行吸油，虽然其油水选择性相比棉纤维等传统吸油材料得到了一定提高，但是相比于高吸油树脂而言，其油水选择性能不良，无法满足市场对吸油材料的需求。基于此，专利CN102561032B公开了一种甲基丙烯酸烷基酯类物质接枝改性的聚丙烯非织造布吸油材料，具体是将处理好的聚丙烯非织造布置于含有引发剂、溶胀剂和离子表面活性剂的引发混合溶液中，进行预接枝反应或引发反应，使聚丙烯主链上产生活性中心；预接枝反应一定时间后再加入亲油单体，进行接枝反应；接枝反应一定时间后将接枝后的聚丙烯非织造布取出，水洗数遍，丙酮浸泡，再水洗，去除均聚物和未反应的单体，烘干，即得到聚丙烯非织造布吸油材料。改性后的材料对甲苯的吸附倍率在10-20g/g之间，且经测试，其吸水倍率仍然较高。
另外，专利公开号为CN105218763A的申请，其公开了一种木质纤维接枝聚丙烯酸酯吸油材料及其制备方法。(1)将木质纤维溶解于离子液体中，木质纤维的质量分数为0.1～20％，得到木质纤维/离子液体溶液；(2)将丙烯酸酯单体、引发剂加入到木质纤维/离子液体中反应，产生木质纤维接枝聚丙烯酸酯；(3)将步骤(2)含有木质纤维接枝聚丙烯酸酯的反应体系倒入沉淀剂中，沉淀剂体积与离子液体体积比值为5：1～50：1(mL：g)，过滤分离、洗涤，收集固体部分，干燥后得到木质纤维接枝聚丙烯酸酯吸油材料，但其吸油性能仍无法达到理想的要求。
本发明提供了一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，以熔喷聚丙烯纤维为基体，两种长碳链烷基丙烯酰胺为单体，通过光引发聚合对聚丙烯纤维的表面进行改性，制备了吸油性能更高，疏水性能更好的改性聚丙烯纤维。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维及其制备方法。本发明以熔喷聚丙烯纤维为基体，两种长碳链烷基丙烯酰胺为单体，通过光引发聚合对聚丙烯纤维的表面进行改性，改性后的熔喷聚丙烯纤维具有更好的疏水性能以及吸油性能。
具体技术方案如下：
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，以熔喷聚丙烯纤维作为基体，在改性剂中对熔喷聚丙烯纤维表面进行紫外辐照改性处理；所述改性剂包括组分A和组分B作为二元单体，以及光引发剂和溶剂；
其中，所述组分A的结构如式（1）所示，
CH2=CH-CO-NH-R1 （1）
其中R1为碳原子数12-18的烷基；
所述组分B的结构如式（2）所示，
CH2=CH-CO-NH-R2 （2）
其中R2为碳原子数5-8的烷基；
所述组分A和组分B的重量比为18-15:1，
其中，所述熔喷聚丙烯纤维的等规度为90-96%。
所述熔喷聚丙烯纤维的分子量分布指数小于4。
优选地，所述熔喷聚丙烯纤维与所述改性剂的重量比为1:5-10。
优选地，所述组分A选自N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-十八烷基丙烯酰胺中的一种。
优选地，所述组分B选自N-戊基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-叔辛基丙烯酰胺中的一种。
优选地，所述改性剂中各组分的重量比依次如下，组分A：组分B：光引发剂：溶剂为18-15:1:0.05-0.2:30-50。
优选地，所述光引发剂为二苯甲酮，所述溶剂为丙酮。
本发明还提供了一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将组分A、组分B、光引发剂添加到溶剂中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂；
步骤二、将步骤一中得到的所述改性剂加入烧瓶内，并将熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡6-10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气5-10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照10-15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
优选地，步骤二中熔喷聚丙烯纤维在浸入改性剂之前，还包括依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理的步骤。
优选地，熔喷聚丙烯纤维与改性剂的重量比优选为1:6。
优选地，所述组分A和组分B的重量比为16:1。
相对于现有技术而言，本发明的发明点在于：
（1）本发明采用两种长碳链烷基丙烯酰胺结合对熔喷聚丙烯纤维进行改性，取代丙烯酸酯类单体改性的方法，增强了改性剂与聚丙烯纤维基体之间的结合力，改善了其吸油倍率和疏水性能，同时克服了丙烯酸酯类单体改性后造成的吸油速率下降问题。
（2）本发明的组分A和组分B重量比严格控制为18-15:1，当组分B添加量过大时，疏水性能下降，吸水倍率增加，同时导致吸油倍率提高；当组分A添加量过大时，使吸油材料膨胀困难，吸油倍率下降。
（3）本发明特别选择等规度在90-96%的熔喷聚丙烯纤维作为改性基体，保障了吸油后材料的强度不至于过低，同时等规度过高造成吸油性能下降等问题。
（4）本发明所用的熔喷聚丙烯纤维的分子量分布指数小于4，有效保障了材料吸油后的保油性能，分子量分布指数过大，无法保障材料的吸油性能。
另外，熔喷聚丙烯纤维与改性剂的重量比为1:5-10，改性剂用量过低会导致表面改性效果变差，改性剂用量过高则无法达到理想的吸油性能。
本发明所用的改性单体组分A和组分B，组分A的碳链过短会造成亲水性能增强，且与熔喷聚丙烯纤维基体的结合力下降，其碳链过长会影响吸附效果，因此优选其长碳链烷基的碳原子数为12-18，最优选为12个碳原子；同样地组分B的长碳链烷基的碳原子数为5-8，最优选为8个碳原子，碳原子数过大或过小均不利于吸油性能的提高。
本发明以熔喷聚丙烯纤维作为基体，在改性剂中对熔喷聚丙烯纤维表面进行紫外辐照改性处理；所用改性剂包括组分A和组分B作为二元单体，同事添加了光引发剂和溶剂，经改性后的熔喷聚丙烯纤维在吸油倍率和疏水性能上均得到了大富度提高，同时吸油速率并未出现大幅度下降的情况，另外改性后的疏水性聚丙烯纤维还具有优良的保油性能，能够进一步拓展聚丙烯类吸油材料的市场价值。
具体实施方式
下面给出本发明疏水性聚丙烯纤维具体制备的具体实施例。这些实施例仅用于进一步描述本发明水处理用的疏水性聚丙烯纤维及其制备方法，本申请的权利要求不受这些具体实施例的限制。
本发明中所用的原料均为市购产品，不同实施例以及比较例中相应产品均采用同一型号，纯度为分析纯。
本发明具体实施例所制备的疏水性聚丙烯纤维均测试了吸油倍率，吸水倍率和吸油速率。
吸油倍率(Q)采用以下步骤进行。首先称取一定质量干燥的吸油材料，将其置于烧杯中，在烧杯中加入测试溶剂。将试样在室温下静置2小时，取出后使其连续滴淌至溶剂滴淌干净，并迅速称重。材料的吸油倍率可以按照下式计算：
Q＝(M2-M1)/M1
其中M1为吸油材料吸油前的质量，g；M2为吸油材料吸油后的质量，g；Q为吸油倍率，g/g。
同理，吸水倍率也按照上述步骤进行测试，仅将测试溶剂替换为去离子水。
吸油速率为吸油材料达到饱和吸油的时间。
本发明实施例以及对比例中吸油时所用的测试溶剂为甲苯。
实施例1:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将16份N-十二烷基丙烯酰胺、1份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为31.25g/g，吸水倍率为0.67g/g，吸油速率为35min。
对比例1:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将16份N-十二烷基丙烯酰胺、5份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为25.31g/g，吸水倍率为2.66g/g，吸油速率为55min。
对比例2:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将25份N-十二烷基丙烯酰胺、1份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为26.68g/g，吸水倍率为0.74g/g，吸油速率为75min。
对比例3:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将16份N-十二烷基丙烯酰胺、1份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂2份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为23.79g/g，吸水倍率为1.84g/g，吸油速率为65min。
对比例4:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将16份N-十二烷基丙烯酰胺、1份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂15份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为24.90g/g，吸水倍率为1.08g/g，吸油速率为45min。
对比例5:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将16份N-叔丁基丙烯酰胺、1份N-叔辛基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为26.99g/g，吸水倍率为3.72g/g，吸油速率为60min。
对比例6:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将17份N-十二烷基丙烯酰胺、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为24.83g/g，吸水倍率为1.25g/g，吸油速率为70min。
对比例7:
一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其制备包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将17份丙烯酸丁酯、0.1份二苯甲酮添加到50份丙酮中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂，备用；
将熔喷聚丙烯纤维依次采用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理，干燥后备用；
步骤二、按照重量份计，将步骤一中得到的所述改性剂6份加入烧瓶内，并将1份熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照15小时；
步骤四、待步骤三反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
其中控制紫外灯辐射的紫外线波长为365nm。
经测试，制备的疏水性聚丙烯纤维对甲苯的吸油倍率为20.65g/g，吸水倍率为1.41g/g，吸油速率为50min。
空白对照组：
未经改性处理的熔喷聚丙烯纤维，其甲苯的吸油倍率为7.58g/g，吸水倍率为4.12g/g，吸油速率为40min。
上述实施例和对比例分别对本发明中的技术方案进行了解释说明，两种长碳链烷基丙烯酰胺的配比、碳原子个数、以及改性剂与熔喷聚丙烯纤维的使用比例均是影响本发明制备的吸油材料吸油性能和疏水性能的重要因素，上述因素的严格控制对本发明所制备的疏水改性聚丙烯纤维而言具有重要的意义。另外，本发明中所描述的等规度也是影响其最终性能的重要条件。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种水处理用的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，以熔喷聚丙烯纤维作为基体，在改性剂中对熔喷聚丙烯纤维表面进行紫外辐照改性处理；所述改性剂包括组分A和组分B作为二元单体，以及光引发剂和溶剂；
其中，所述组分A的结构如式（1）所示，
CH2=CH-CO-NH-R1 （1）
其中R1为碳原子数12-18的烷基；
所述组分B的结构如式（2）所示，
CH2=CH-CO-NH-R2 （2）
其中R2为碳原子数5-8的烷基；
所述组分A和组分B的重量比为18-15:1；
其中，所述熔喷聚丙烯纤维的等规度为90-96%；
所述熔喷聚丙烯纤维的分子量分布指数小于4；
所述熔喷聚丙烯纤维与所述改性剂的重量比为1:5-10。
2.如权利要求1中的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，所述组分A选自N-十二烷基丙烯酰胺、N-十六烷基丙烯酰胺、N-十八烷基丙烯酰胺中的一种。
3.如权利要求1中的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，所述组分B选自N-戊基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-叔辛基丙烯酰胺中的一种。
4.如权利要求1-3中任一项所述的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，所述改性剂中各组分的重量比依次如下，组分A：组分B：光引发剂：溶剂为18-15:1:0.05-0.2:30-50。
5.如权利要求1中的疏水性聚丙烯纤维，其特征在于，所述光引发剂为二苯甲酮，所述溶剂为丙酮。
6.如权利要求1-5中任一项所述疏水性聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、以重量份计，分别将组分A、组分B、光引发剂添加到溶剂中，搅拌均匀，形成溶液后即得到所述改性剂；
步骤二、将步骤一中得到的所述改性剂加入烧瓶内，并将熔喷聚丙烯纤维浸入改性剂中浸泡6-10小时，在浸泡的同时采用超声进行分散，待浸泡完成后，即可停止超声分散；
步骤三、向步骤二中浸泡完成后的烧瓶内通入氮气5-10min，之后将烧瓶置于紫外灯下辐照10-15小时；
步骤四、待步骤三中反应完成后，取出，之后依次用无水乙醇和去离子水清洗，真空干燥后，即得到所述疏水性聚丙烯纤维。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤二中熔喷聚丙烯纤维在浸入改性剂之前，还包括依次使用稀盐酸、无水乙醇和去离子水进行处理的步骤。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，熔喷聚丙烯纤维与改性剂的重量比优选为1:6。
9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述组分A和组分B的重量比为16:1。
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