熔喷非织造吸油材料的研究

孟丽平，钱晓明，张 恒，裴玉起，储胜利

（1.天津工业大学，天津300387；2.中国石油集团安全环保技术研究院，北京100080）

随着全球经济的快速发展，工业含油污的废水，餐饮业废水，海洋石油泄漏等造成的油污染问题日益严重。每年排入海洋的石油污染物约一千万吨，例如2010年5月发生的美国墨西哥湾原油泄露事件造成数千亿美元的经济损失和超过9900平方公里的海洋污染以及大量海洋生物的死亡［1－3］。油污染造成了严重的环境污染、巨大的能源浪费和经济损失，因此对油污染处理尤为必要。目前使用吸油材料对各种油污进行吸附处理是一种非常有效的油污染处理方法，所以研究快速、高效的吸油材料具有良好的社会效益和极高的经济效益。

熔喷非织造加工技术制备的熔喷非织造吸油材料在结构上具有独特的网状疏松结构，较高的孔隙率，具有很强的芯吸能力和较好的保油性能，同时又具有使用方便，可重复使用以及所吸收油品可回收利用的优势［4］，目前已成为海洋吸油材料研究的热门。

1 熔喷工艺原理

图1［5］所示为熔喷非织造材料的加工原理。热塑性聚合物切片通过螺杆挤压机后熔融成聚合物熔体，此后聚合物熔体经过纺丝模头喷丝孔挤出，通过喷丝孔挤出的熔体细流在高速热空气的拉伸作用下细化成聚合物超细纤维，此后超细纤维在成网帘上依靠自粘合加固或其它加固方法成为熔喷非织造材料。

图1 熔喷工艺原理示意图

2 熔喷非织造吸油材料的国内外研究现状

2.1 国内熔喷非织造吸油材料研究现状

上海市纺织科学研究院熔喷吸油毡工艺设备小组［6］对聚丙烯熔喷非织造材料的吸附油水性能的研究是国内对于熔喷非织造吸油材料的最早文献记录，此后随着国内熔喷非织造技术的发展，熔喷非织造吸油材料逐渐成为了应用广泛的非织造吸油材料。郑雯君［7］等经过研究表明利用熔喷法制备的吸油毡用于处理海域溢油事故具有优良的应用前景。陈康振［8］认为厚型SMS（纺粘－熔喷－纺粘）非织造材料可以用于工业废水除油、海洋油污清理等领域作为高效非织造吸油材料。

近年来国内研究学者对吸油材料的研究主要集中在利用化学接枝、紫外辐射诱导接枝、复合工艺等方法制备高性能的新型吸油材料。石艳锦等［9］采用化学接枝方法，以熔喷聚丙烯非织造布为基材，甲基丙烯酸丁酯为单体，过氧化苯甲酰为引发剂，甲苯、吐温－80为表面活性剂，制备对甲苯的饱和吸附率为14.5g／g，保油率为13.1%的甲基丙烯酸丁酯接枝改性熔喷聚丙烯非织造布。裴玉起等［10］使用紫外辐照诱导接枝的方法，在异丙醇／水的混合溶液中，将丙烯酸丁酯单体引入熔喷聚丙烯（PP）非织造材料基布表面制备了新型吸油材料 PP－g－BA，PP－g－BA 具有吸附速度快、吸油倍率高、重复使用性能好、制备方法简单、成本小等特点。封严［11］提出了利用聚甲基丙烯酸酯系吸油纤维和聚丙烯熔喷非织造材料复合制备复合型熔喷非织造吸油材料的方法，成功地制备新型吸油材料。天津工业大学程博闻等［12］提出的复合法熔喷非织造技术包括纳米掺杂耐久驻极复合熔喷技术、短纤插层高弹耐压复合熔喷技术、在线喷射纤维状热熔胶的织物层间复合技术、双组分熔喷纳微纤维非织造材料技术，为生产新型熔喷非织造吸油材料提供了技术依据。研究学者们的研究为熔喷非织造吸油材料在性能改进、产品的研发、技术的创新等方面提供了理论基础、技术支持以及创新依据。

2.2 国外熔喷非织造吸油材料研究现状

国外对熔喷非织造吸油材料的研究始于Wardley－Smith［13］，随后出现了不同种类的高吸油性能的熔喷非织造吸油材料。德国Reifenhauser公司［14］利用双组分纺丝技术制备出双组分的熔喷非织造吸油材料。Kimberly－Clark［15］开发了纤维素填料和聚丙烯熔喷非织造复合而成的吸油材料，这种复合结构不仅有助于提高吸油速度还大大节省了聚丙烯熔喷非织造的用量。Hussein M等［16］将棉花填充在聚丙烯熔喷非织造材料做成的包裹壳材内制备成复合型吸油材料。美国PGT公司［17］利用一步法熔喷膜原纤工艺生产具有良好阻隔性，吸液性，柔软性的熔喷非织造材料。美国Biax－Fiberfilm公司［17］成功生产出纤维直径小于1μm的聚丙烯熔喷非织造材料，这种聚丙烯熔喷非织造材料具有良好的吸油性能、过滤性能等。

3 熔喷非织造吸油材料的特点

3.1 生产特点

（1）熔喷非织造吸油材料的原料从单一向多元化发展，从最开始的聚丙烯为主要原料，发展到越来越多的新型原料以共混或者共聚改性的方式应用于熔喷非织造吸油材料中，如聚乳酸、聚氨酯、丙烯酸酯类、聚苯乙烯、聚氯乙烯等［18］。

（2）熔喷非织造生产方式具有流程短、成本低、生产效率高等优点，同时新型加工技术在熔喷非织造中的应用日益广泛，如熔喷技术和纺粘技术制备的SMS吸油材料不仅具有熔喷非织造吸油材料较高的吸油率、较强的疏水性、很好的持有性能还具有纺粘非织造材料的纵横强力大、耐磨性好等优点［12］。

（3）熔喷非织造吸油材料广泛应用于海面溢油事故处理和港口护理等环保工程、油水分离工程、化工及交通中渗漏现象的处理、生活油污治理等方面。

3.2 熔喷非织造吸油材料的结构特点

熔喷非织造吸油材料具有纤维细（最细可以达到200nm）、比表面积大、独特的三维立体结构、孔隙小而孔隙率大等结构特点，聚丙烯熔喷非织造材料由细度在2～6μm之间的纤维组成（见图2），纤维细度的差异性为熔喷非织造吸油材料提供了较大的储油空间和较快的吸油速度［19］。新型的复合型熔喷非织造材料也是为了增大吸油量、加快吸附速度的目的对熔喷非织造材料的结构进行了优化设计，图3为短纤维复合式熔喷非织造吸油材料结构，这类材料利用细特、高卷曲短纤维插层复合于细特聚丙烯熔喷非织造材料内部，形成较大的内部孔隙结构，从而提高熔喷吸油材料的储油量。图4［11］为利用双组分熔喷工艺制备的高吸油性聚甲基丙烯酸酯／聚丙烯复合熔喷非织造材料结构，材料中聚甲基丙烯酸酯与聚丙烯纤维均匀分散，这类材料利用聚甲基丙烯酸酯的高吸油特性和细特聚丙烯纤维的毛细效应，从而具有较快的吸油速度和较大的保油能力。图5［20］为纤维素纤维和聚丙烯熔喷复合型非织造材料结构，此类产品以纤维素纤维作为内部填料，聚丙烯熔喷非织造材料作为包覆层，利用聚丙烯熔喷非织造材料疏水、吸油传输特性将吸附的油转移到内部的纤维素填充层的同时将水隔离在材料的外部。

图2 聚丙烯熔喷非织造材料结构

各种熔喷非织造吸油材料的结构有所不同，但是它们都利用纤维的疏水亲油特性以及纤维间的毛细效应来达到吸油效果；利用熔喷材料的三维立体结构、多孔空间来实现储油目的；通过较大的孔隙率来实现较高的吸油倍率。

图3 短纤维复合式熔喷非织造吸油材料结构

图4 聚甲基丙烯酸酯／聚丙烯复合熔喷非织造材料结构

图5 纤维素／聚丙烯熔喷复合非织造材料结构

4 展望

熔喷非织造吸油材料具有质量轻、纤维细、孔隙率大、吸油倍率高、疏水性好、无毒、使用和处理方便等优点，在吸油材料占有很大比重［21］。目前，与国际上先进的熔喷非织造材料相比，我国的熔喷技术在技术装备、产业结构，管理水平方面差距十分明显，高技术产品发展缓慢，尤其在技术上缺乏创新能力。未来我们对熔喷非织造吸油材料的研究主要有以下几个方面：（1）将两种吸油机理或多种吸油材料、吸油方法相结合。如将纺粘非织造材料与熔喷非织造等吸油材料以复合的方式结合，既满足材料高吸油、高疏水强力等使用要求，又能提高吸油材料的保油性能。（2）研发出新产品以提高熔喷非织造产品的技术含量及我国在国际吸油市场的竞争力。如将活性炭加入非织造材料内部，提高材料的吸附性能。（3）进一步研究不同种类的高效吸油材料，降低成本，减少在使用吸油材料处理油污染时对环境造成的危害，增加其使用附加值，从而为人类创造更多的经济效益和社会效益等。

［1］刘瀛.海洋污染损害赔偿责任研究［D］.长春：吉林大学，2013.

［2］余小凤.海洋溢油应急处置效果评估方法［D］.大连：大连海事大学，2013.

［3］张成林.中国海洋石油污染问题及政策研究［D］.锦州：渤海大学，2013.

［4］王力，侯翠芳.非织造材料在油污染控制中的作用分析［J］.环境保护与循环经济，2009，（1）：23—26.

［5］Zapletalova T.Mechanisms in Bicomponent Fiber Spinning During Melt Blown Process［M］.Cambridge：ProQuest，2008.

［6］上海市纺织科学研究院熔喷吸油毡工艺设备小组.聚丙烯熔喷吸油毡［J］.合成纤维工业，1979，（2）：6—9.

［7］郑雯君.处理海域溢油的吸油材料［J］.海洋通报，1987，6（1）：80—85.

［8］陈康振.SMS复合非织造布的生产，用途及其发展［J］.非织造布，2004，12（1）：10—14.

［9］石艳锦，封严，李瑞欣.甲基丙烯酸酯接枝改性熔喷聚丙烯非织造布制备及性能研究［J］.化工新型材料，2013，（7）：21.

［10］裴玉起，储胜利，齐智，等.紫外辐照法制备聚丙烯－丙烯酸酯接枝共聚吸油材料［J］.天津工业大学学报，2012，31（6）：10—13.

［11］封严，肖长发.聚甲基丙烯酸酯系复合型吸油非织造布的研制［C］.第五届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集，2005：10—13.

［12］董家斌，陈廷.熔喷非织造技术的发展现状［J］.纺织导报，2012，（6）：36.

［13］Wardley－Smith J.The control of oil pollution［M］.London：Graham and Trotman，1983.

［14］李玉梅，程博闻，刘亚.浅谈双组分熔喷非织造工艺［J］.产业用纺织品，2007，25（7）：5—7.

［15］王从南，沈志明.新型吸油材料［J］.非织造布，2000，8（4）：6—8.

［16］Hussein M，Amer A A，Sawsan I I.Heavy oil spill cleanup using law grade raw cotton fibers：Trial for practical application［J］.Journal of Petroleum Technology and Alternative Fuels，2011，2（8）：132—140.

［17］赵永霞.纺粘和熔喷技术的发展与应用［J］.纺织导报，2008，（10）：40—42.

［18］王文华，邱金泉，寇希元，等.吸油材料在海洋溢油处理中的应用研究进展［J］.化工新型材料，2013，（7）：54.

［19］Zhou M H，Cho W J.Synthesis and properties of high oilabsorbent 4－tert－butylstyrene－EPDM－divinylbenzene graft terpolymer［J］.Journal of applied polymer science，2002，85（10）：2119—2129.

［20］Choi H M，Kwon H J，Moreau J P.Cotton nonwovens as oil spill cleanup sorbents［J］.Textile research journal，1993，63（4）：211—218.

［21］Blaney C A，Griesbach III H L.Oil－sorbing article and methods for making and using same：U.S.Patent 5，834，385［P］.1998－11－10.