一種三維天然纖維吸油材料的製備方法

2023-10-06 15:12:59 2

一種三維天然纖維吸油材料的製備方法
【專利摘要】本發明提供了一種三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：第一步：將纖維素纖維與低熔點纖維開松混合，其中低熔點纖維質量百分含量在10～20％；第二步：通過氣流成網設備將開松混合後的纖維原料加工形成纖維網；第三步：將纖維網通過加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在130℃～160℃，時間在20min～100min。本發明提供一種以木棉、香蒲絨、棉短絨、竹漿纖維等天然纖維為原料的吸油材料的製備方法，實現它們在纖維集合體中較為理想的聚集狀態並形成穩定的三維纖維集合體結構，既提高纖維本身的綜合吸油性能，也很好地解決了它們在實際應用中存在的散纖維回收困難及容易再漏油等問題。
【專利說明】一種三維天然纖維吸油材料的製備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及吸油材料領域，具體為通過氣流成網和熱風粘合技術，製備三維天然纖維吸油材料的方法。

【背景技術】
[0002]隨著原油和各種油類產品的使用和運輸的發展，由含油廢水、廢液、海洋石油洩漏等造成的水體油汙染成為我們如今面臨的主要環境問題之一。在各種油汙水處理方法中，使用吸油材料進行吸附回收是最簡單和廣泛應用的一種方法。
[0003]目前，國內外使用的吸油材料以合成高分子材料為主，包括聚丙烯纖維、聚氨酯泡沫、丙烯酸酯類和烯烴類吸油樹脂等。這類材料幾乎全是以石油副產品為唯一合成單體。由於石油是不可再生資源且價格日益高漲，而很多報導的新型高吸油樹脂材料等普遍存在製備工藝複雜，副產物多，成本高，後處理困難，易產生二次汙染等問題。因此，人們在開發吸油材料時越來越傾向於採用廉價的天然材料作為原料。
[0004]目前已有很多農業剩餘物和天然纖維被研究用作油液吸附介質，這些材料包括鋸屑、稻草、玉米芯、蘆華、椰殼、棉花、紙渣、甘蔗渣、麻、羊毛、燈心草、楊樹種子等。與吸油樹脂等合成材料相比，天然高分子吸油材料具有來源廣泛，價格低廉，可生物降解等諸多優點，但是如文獻(Wahi et al., 2013.0il removal from aqueous state by natural fibroussorbent:An overview.Separat1n and Purificat1n Technologyll3, 51-63)所報導,這些天然材料往往存在浮力小、疏水性差、吸油量小等致命缺陷，同時在實際應用中，它們往往是以散纖維的形式拋撒於河流、湖泊、海的水面來回收浮油，這就使得纖維吸油後再回收困難並且容易漏油，這一系列問題使得天然材料在油汙染處理領域的應用受到很大限制。為了克服天然材料存在的不足，充分發揮其在油汙水處理領域的應用價值，中國專利「一種基於廢棄植物纖維的高吸油材料製備方法」(CN103360571A)利用甲苯二異氰酸酯與棉纖維中纖維素間的交聯反應，一方面除去親水基團，提高疏水親油性，另一方面生成網狀結構，起到吸油保油作用，提高了棉纖維吸油材料的綜合性能。專利「以纖維素為基體的吸油材料及其製備方法」(CN103143326A)針對海上溢油問題，以玉米杆為原料，通過纖維素提取和乙酸酐的乙醯化改性處理，製得吸油倍率達60倍以上的天然吸油材料。專利「一種以桔杆為基材的吸油材料的製備」(CN102344531A)通過懸浮聚合法，將粉碎的農作物桔杆(玉米桔杆、小麥桔杆、高粱秸杆等)與丙烯酸酯類或苯乙烯等接枝共聚，製得吸油保油效果好的可生物降解吸油材料。專利「一種基於木棉纖維三維網絡吸油材料」(CN103724564A)通過木棉纖維與甲基丙烯酸酯的接枝反應，製備了一種具有穩定三維結構的木棉纖維吸油材料。雖然已有文獻通過對天然原料的改性或與合成高分子材料的交聯複合，改善了它們的吸油性能及其吸油結構的穩定性，但是這些方法大多涉及對天然原料的化學預處理、接枝共聚、交聯、乾燥、粉碎等一系列的物理化學過程，既增加了成本，也帶來了附加的環境汙染。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是針對目前天然吸油材料本身固有的優勢以及它們在應用中尚存在的問題，提供一種以木棉、香蒲絨、棉短絨、竹漿纖維等天然纖維為原料的吸油材料的製備方法，一方面實現它們在纖維集合體中較為理想的聚集狀態，提高纖維本身的綜合吸油性能；另一方面通過形成穩定的三維纖維集合體結構，解決它們在實際應用中存在的散纖維再回收困難及容易漏油等問題。該製備方法工藝簡單，不產生新汙染，易於實現大規模的工業化應用。
[0006]為了得到上述目的，本發明提供了一種三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0007]第一步:將纖維素纖維與低熔點纖維開松混合，其中低熔點纖維質量百分含量在10 ?20% ；
[0008]第二步:通過氣流成網設備將開松混合後的纖維原料加工形成纖維網；
[0009]第三步:將纖維網通過加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在130°C?160。。，時間在 20min ?10min0
[0010]優選地，所述的纖維素纖維為木棉、香蒲絨、棉短絨和竹漿纖維中的至少一種。本發明選用木棉、香蒲絨、棉短絨、竹漿纖維等價格低廉、來源廣泛的纖維素纖維。其中，木棉纖維為木棉樹果實內的綿毛，主產地在印尼、緬甸、印度、非洲中西部的奈及利亞、我國華南和西南各省。單根木棉纖維具有獨特的圓柱形中空結構，纖維表面覆有拒水親油的蠟質物質，具有密度小，浮力大和強疏水親油的特徵。香蒲絨是香蒲果穗上的絨毛，廣泛分布於全國各地的池塘、河灘、渠旁等潮溼多水處。香蒲絨單纖截面為中間凹陷兩端突出的條帶狀，每個空腔中均有類似竹子剖開面的內竹節，具有大的吸附表面積和存油空間，同時香蒲絨纖維表面覆較多的蠟質物質，具備優良的疏水親油特性。
[0011]優選地，所述的低熔點纖維為聚烯烴纖維、共聚醯胺纖維、共聚酯纖維和低熔點複合纖維中的一種或幾種。
[0012]優選地，所述的加工形成纖維網的方法為氣流成網法，所述的氣流成網法易於實現短纖維在纖網集合體中較為理想的聚集狀態。
[0013]優選地，所述的加熱粘合採用熱風粘合，確保大尺寸三維結構的粘合均勻性。
[0014]優選地，所述的第三步中，先將纖維網填充在預製的三維模具中，再將其進行加熱粘合。
[0015]更優選地，所述的三維模具為三維錐形鋼網。
[0016]與現有技術相比，本發明的有效效益是:
[0017]本發明提供一種以木棉、香蒲絨、棉短絨、竹漿纖維等天然纖維為原料的吸油材料的製備方法，實現它們在纖維集合體中較為理想的聚集狀態並形成穩定的三維纖維集合體結構，既提高纖維本身的綜合吸油性能，也很好地解決了它們在實際應用中存在的散纖維回收困難及容易再漏油等問題。該製備方法工藝簡單，不產生新汙染，易於實現大規模的工業化應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1a為實施例1的木棉/ES吸油絮片外觀形態示例圖；
[0019]圖1b為實施例13的木棉/ES吸油球外觀形態示例圖；
[0020]圖1c為實施例2的香蒲絨/ES吸油絮片外觀形態示例圖；
[0021]圖1d為實施例14的香蒲絨/ES吸油球外觀形態示例圖；
[0022]圖2a為實施例1的木棉/ES吸油絮片的SEM圖像。
[0023]圖2b為實施例2的香蒲絨/ES吸油絮片的SEM圖像。
[0024]圖2c為實施例3的普通棉/ES吸油絮片的SEM圖像。
[0025]圖2d為實施例4的木棉/香蒲絨/ES吸油絮片的SEM圖像；
[0026]圖2e為實施例5的普通棉/香蒲絨/ES吸油絮片的SEM圖像
[0027]圖2f為實施例6的木棉/香蒲絨/ES吸油絮片的SEM圖像
[0028]圖3為不同ES纖維混比條件下，木棉、香蒲絨和棉纖維吸油絮片對植物油的吸附倍率及其與散纖維吸油的對比。
[0029]圖4為不同ES纖維混比條件下，木棉、香蒲絨和棉纖維吸油絮片對植物油的保油率及其與散纖維吸油的對比。

【具體實施方式】
[0030]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
[0031]實施例1
[0032]將木棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照80: 20的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得木棉/ES吸油絮片。
[0033]實施例2
[0034]將香蒲絨纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照80: 20的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得香蒲絨/ES吸油絮片。
[0035]實施例3
[0036]將普通棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照80: 20的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得普通棉/ES吸油絮片。
[0037]實施例4
[0038]將木棉纖維、香蒲絨纖維和聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照45: 45: 10的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得木棉/香蒲絨/ES吸油絮片。
[0039]實施例5
[0040]將普通棉纖維、香蒲絨纖維和聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照45: 45: 10的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得普通棉/香蒲絨/ES吸油絮片。
[0041]實施例6
[0042]將木棉纖維、普通棉纖維和聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照45: 45: 10的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，並裁剪直徑為8cm的纖維網。將纖維網放置在140°C的熱風烘箱內部，通過在292Pa的壓力下加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在140°C，時間在30min，取出冷卻，製得木棉/普通棉/ES吸油絮片。
[0043]實施例7
[0044]類似於實施例1，區別在於所述的木棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為85: 15。
[0045]實施例8
[0046]類似於實施例1，區別在於所述的木棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為90: 10。
[0047]實施例9
[0048]類似於實施例2，區別在於所述的香蒲絨纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為85: 15。
[0049]實施例10
[0050]類似於實施例2，區別在於所述的香蒲絨纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為90: 10。
[0051]實施例11
[0052]類似於實施例3，區別在於所述的普通棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為85: 15。
[0053]實施例12
[0054]類似於實施例3，區別在於所述的普通棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)的混合重量比例為90: 10。
[0055]實施例13
[0056]將木棉纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照80: 20的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖維網，再將纖維網均勻填充在預製的三維錐形鋼網中，加上網蓋後，將其放置在150 V的熱風烘箱內部加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在150°C，時間在90min，取出冷卻，製得木棉/ES吸油球。
[0057]實施例14
[0058]將香蒲絨纖維與聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)按照80: 20的重量百分比例開松混合，然後將開松混合後的纖維原料通過氣流成網設備加工成纖網，再將纖維網均勻填充在三維錐形鋼網中，加上網蓋後，將其放置在150 V的熱風烘箱內部加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在150°C，時間在60min，取出冷卻，製得香蒲絨/ES吸油球。
[0059]通過上述工藝製備了木棉、香蒲絨和棉吸油絮片和吸油球，其中所用的低熔點纖維為聚丙烯/聚乙烯皮芯型複合纖維(ES)，該纖維皮層組織熔點低、柔軟性好，芯層組織熔點高且強度高。從圖1和圖2可以看到，經過加熱粘合後，ES纖維皮層熔融後與相鄰纖維之間粘聯，使得纖維間有一定的粘結強力，形成具有穩定三維結構的纖維集合體整體，這樣不僅有利於纖維本身綜合吸油性能的改善，更重要的是使得吸油後的纖維體容易回收並在擠壓、離心等機械脫油後再次利用。
[0060]將實施例1-3，7_12所製得的吸油絮片進行了吸油和保油性能的測試並與木棉、香蒲絨或普通棉的散纖維吸油進行了對照，具體步驟為:將吸油絮片或Ig散纖維放置在裝有10ml植物油的玻璃燒杯中，吸油15min後取出，靜置在濾網上，期間稱得靜置15min和24h時吸油絮片的重量，算得其吸油倍率及保油率。如圖3和圖4所示，這幾種通過氣流成網和熱粘合工藝製得的纖維吸油絮片均具備非常好的吸油保油能力，而與散纖維吸油相t匕，這些絮片的吸油保油能力均有一定程度的提高，特別是木棉纖維絮片，其吸油倍率高達47g/g，比散纖維提高了約42%。
【權利要求】
1.一種三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟: 第一步:將纖維素纖維與低熔點纖維開松混合，其中低熔點纖維質量百分含量在10?20% ； 第二步:通過氣流成網設備將開松混合後的纖維原料加工形成纖維網； 第三步:將纖維網通過加熱粘合形成三維結構，加熱粘合的溫度在130°C?160°C，時間在 20min ?10min0
2.如權利要求1所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的纖維素纖維為木棉、香蒲絨、棉短絨和竹漿纖維中的至少一種。
3.如權利要求1所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的低熔點纖維為聚烯烴纖維、共聚醯胺纖維、共聚酯纖維和低熔點複合纖維中的一種或幾種。
4.如權利要求1所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的加工形成纖維網的方法為氣流成網法。
5.如權利要求1所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的加熱粘合採用熱風粘合。
6.如權利要求1所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的第三步中，先將纖維網填充在預製的三維模具中，再將其進行加熱粘合。
7.如權利要求6所述的三維天然纖維吸油材料的製備方法，其特徵在於， 所述的三維模具為三維錐形鋼網。
【文檔編號】D04H1/54GK104328603SQ201410513835
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】徐廣標, 董婷, 王府梅, 曹勝彬 申請人:東華大學