香蒲绒非织造絮片对植物油的吸附性能

游香瑾,徐广标,2

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)



香蒲绒非织造絮片对植物油的吸附性能

游香瑾1,徐广标1,2

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2. 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

摘要：采用气流成网并结合热风粘合法制备了4种不同混比的香蒲绒及木棉高蓬松絮片，测试评价了絮片的吸油性能。结果表明：香蒲绒集合体对植物油的吸收性能良好。木棉/ES集合体的吸油倍率最高，为72.3g/g，香蒲绒/ES集合体的吸油倍率最低，为48.4 g/g。4种集合体对植物油的保油率都在85%以上。4种试样对植物油的除油效果都在90%以上，香蒲绒集合体的油水选择性大于木棉集合体的油水选择性。

关键词：香蒲绒纤维高蓬松絮片吸油性能

食用油在社会日益发展的今天有着重要的作用，但食用油在使用过程中容易造成污染，餐饮含油的废水已成为不可忽视的水污染源头[1]，含油废水对人体的危害已引起人们的关注[2]。常用的处理和回收油的方法有：化学处理法、生物法以及吸附剂物理法。使用吸附剂处理油是一种简单而实用的方法[3]，且价格便宜。目前使用的吸附剂有合成吸附剂和天然吸附剂两类，天然吸附剂因其种类多、易降解、成本低等优点，被广泛使用在吸油材料中[4]。常用的天然纤维用作吸附剂的有棉[5]、洋麻[6]、羊毛[7]、木棉[8]等。天然纤维因易于处理，不污染环境，不会产生二次污染等特点，在含油处理上比合成纤维要好[9]。

香蒲绒纤维来源广泛，成本低，纤维自身可以生物降解，不会造成环境污染[10]，纤维具有广泛的应用前景。本文通过制备香蒲绒纤维集合体以及对照物木棉纤维集合体，并进一步研究了它们的吸油性能，比较了香蒲绒纤维集合体和木棉纤维集合体吸油性能的差异，为香蒲绒纤维的进一步应用提供了一定的参考。

1试 验

1.1吸油材料制备

从松江某湖泊中采集香蒲绒纤维原料，从浙江某海宁公司取得木棉、ES纤维、PET纤维。

采用气流成网法结合热风粘合法来固结纤维网[11]，从而制得纤维集合体。

首先按比例称取纤维样品，通过刺辊分别开松四种纤维，再将开松后的纤维按比例横铺至直取式角钉帘混棉机中进行预混合，再通过混棉机重复一次混合，采用美国Rando气流成网机气流制网，得到片状纤维集合体.最后，用电热恒温鼓风干燥箱干燥烘制1g纤维网，为使得热粘合纤维融化，粘结纤维网，需要给纤维网加热。为了保证絮片有稳定蓬松度，给纤维网施加一定的压强的压力制成压缩状态下的集合体，从而和蓬松状态下的形成对照。

实验中，烘制温度定为150℃，集合体表面所施加压强为1.4×105Pa。ES纤维是一种最理想的热粘合纤维[12]，在集合体制备过程中能形成纤维之间的粘结结构。化学纤维PET的加入，用于比较化学纤维的加入对纤维集合体的影响。采用不同的配比方案，制备了如下的4种加压制成的纤维集合体，如下页表1所示。并和未加压的蓬松纤维集合体进行对比。

表1　纤维絮片试样

1.2油液

植物油从市场上购得，室温条件下油液的粘度由SNB-2数字旋转粘度仪测得；称量10mL油液的质量从而算得其密度；采用DCAT11表面张力仪侧得其表面张力，其特征参数如下表2所示。

表2　植物油的各项特征参数

1.3吸油指标及实验

采用纯油中吸油倍率、油水中吸油倍率、保油率、除油效果、油水选择性这五个指标来表征这四种纤维集合体的吸油性能。实验方法及计算公式如下：

1.3.1吸油倍率

吸油倍率是指试样吸收的油液的质量与试样的质量的比值。

在常温条件下，量取100mL纯油液倒入500mL烧杯中，称量制备的4种絮片记为m1，放入油液中，并保证烧杯静置。15min后用镊子将絮片夹出放置在漏网上，静置20min中后称量其质量，记为m2，试样在纯油中的吸油倍率(SC)用公式1计算：

(1)

其中，SC表示纯油中试样的吸油倍率(g/g)，m1表示絮片吸油前质量(g)，m2表示絮片吸油后质量(g)。

在常温条件下，量取100mL水和50mL油液依次倒入500mL烧杯中，油液质量记为m0，试样质量记为m1，放入油水混合液中，保证烧杯静置。15min后用镊子将絮片夹出放置在漏网上，静置2min后称量试样的质量，记为m2。将试样放入500mL烧杯中，加入30mL正己烷，先静置10min，然后反复震荡30min，将烧杯中液体倒入量筒中，水相会沉入量筒底部，读出水的体积即为试样所吸收的水的体积，记为m3。油水混合液中试样的吸油倍率(SC’)用公式2计算：

(2)

其中，SC′表示油水混合液中试样的吸油倍率(g/g)，m1表示絮片吸油水前质量(g)，m2表示絮片吸油水后质量(g)，m3表示试样吸收油水中水的质量(g)。

1.3.2保油率

保油率是指试样吸油后在常温条件下静置24h后剩余油液的质量和最初吸收的油液质量的比值。

在常温条件下，量取100mL纯油液倒入500mL烧杯中，称量制备的4种絮片质量，记为m1，放入油液中，并保证烧杯静置。15min后用镊子将絮片夹出放置在漏网上，记为m2。再将吸油后试样静置在漏网上24h后称重，记为m3。试样的保油率(RP)用公式3计算：

(3)

其中，RP表示试样的保油率(g/g)，m1表示絮片吸油前质量(g)，m2表示絮片吸油后质量(g)，m3表示试样静置24h后剩余的质量(g)。

1.3.3除油效果

除油效果是指试样在油水混合液中，试样吸收的油液质量与加入的油液质量的比值。

在常温条件下，量取100mL水和50mL油液依次倒入500mL烧杯中，油液质量记为m0，试样质量记为m1，放入油水混合液中，保证烧杯静置。15min后用镊子将絮片夹出放置在漏网上，静置2min后称量试样的质量，记为m2。将试样放入500mL烧杯中，加入30mL正己烷，先静置10min，然后反复震荡30min，将烧杯中液体倒入量筒中，水相会沉入量筒底部，读出水的体积即为试样所吸收的水的体积，记为m3。除油效率(RE)用公式表示为：

(4)

1.3.4油水选择性

油水选择性是指试样在油水混合液中，吸收油液质量与吸收水质量的比值。

和除油效果的方法一样，油水选择性(SA)用公式表示为：

(5)

2结果与讨论

2.1集合体的吸油倍率

通过计算测得蓬松状态下四种纤维集合体的吸油倍率如图1所示。

图1　四种纤维集合体的吸油倍率SR

从图1可以看出香蒲绒/ES集合体的吸油倍率为48.4 g/g，香蒲绒/PET/ES集合体的吸油倍率为62.5 g/g，木棉/ES集合体的吸油倍率为72.3g/g，木棉/PET/ES集合体的吸油倍率为64.4 g/g。木棉纤维集合体的吸油倍率大于香蒲绒集合体的吸油倍率，木棉/ES集合体的吸油倍率最高，香蒲绒/ES集合体的吸油倍率最低。

究其原因，由于木棉和香蒲绒纤维的结构不同，木棉纤维有较大的中腔率，蓬松大孔隙、高孔隙率的试样，其粘度会更大，能吸取更多的油液。且加入PET纤维后，香蒲绒集合体的吸油倍率增加，而木棉集合体的吸油倍率反而略有下降。

通过计算测得不施加压力值得的压缩状态下的香蒲绒/ES集合体和香蒲绒/PET/ES集合体的吸油倍率如图2所示。

图2　两种香蒲绒集合体压缩状态下吸油倍率SR

为了观察压缩和蓬松对集合体吸油倍率的影响，测试了两种压缩后香蒲绒集合体的吸油倍率。从图2中看出，压缩状态下香蒲绒/PET/ES集合体的吸油倍率为26.5 g/g，略大于香蒲绒/ES集合体的吸油倍率。但压缩后集合体的吸油倍率减小，因为压缩后孔隙率会减小，当纤维和油液接触时，油不容易进入其内部。

从图3中看出，四种纤维集合体的吸油倍率SR′相差不大，都为40 g/g左右，可见四种集合体在油水很混合液中，吸收的油量几乎一样，没有明显的规律。

2.2集合体的保油率

根据保油率测试方法，每种试样测试5个样品，再求平均值，通过计算测得蓬松状态下四种纤维集合体的保油率如图4所示。

图4　四种纤维集合体的保油率RP

由图4可知，四种集合体对植物油的保油率都在85%以上。香蒲绒集合体的保油率略大于木棉集合体的保油率，香蒲绒纤维和植物油有更好的接触，香蒲绒的截面不规则，有类似树枝状的分支，这样更易于油液的存储。香蒲绒集合体之间不仅有粘结作用，还有缠结作用来保证集合体的结构稳固。

图5 两种香蒲绒集合体压缩状态下的保油率RP

从图5可知，压缩后香蒲绒集合体的保油率都达到90%以上，两种集合体的保油率接近，相差不多，香蒲绒/PET/ES集合体的保油率达到94.9%，香蒲绒/ES集合体的保油率为93.6%。压缩后集合体的保油率提高，大于蓬松下的保油率，因为压缩后，吸油少但是吸收的油不容易掉落。

2.3集合体的除油效果

根据除油效果的测试方法，每种试样测试3个样品，测试结果取平均值，蓬松状态下实验结果如图6所示。

图6　四种纤维集合体的除油效果RE

从图6可以看出，四种试样对植物油的除油效果都在90%以上。与木棉集合体相比，香蒲绒集合体的除油效果比木棉集合体的除油效果好。香蒲绒/ES集合体对植物油的除油效果最好，木棉/PET/ES集合体对植物油的除油效果相比最差，可见在油水混合液中，香蒲绒/ES集合体吸收的油液与水的比值最大，在油水混合液中，香蒲绒/ ES集合体更容易吸收油液。但和油水混合液中测得的吸油倍率有一定差异，香蒲绒/PET/ES集合体的吸油倍率最差，可能是因为试验误差造成的一部分试验现象不太吻合。

并用同样方法测试压缩后四种集合体的除油效果，进行对比。

图7　四种纤维集合体压缩后的除油效果RE

从图7中得出，压缩后集合体的除油效果并未受到太大损失，仍然都在90%以上，香蒲绒/ES集合体、香蒲绒/PET/ES集合体、木棉/ ES集合体三者的吸油倍率接近，但木棉/PET/ES集合体变化比较大，达到了97.5%。可能是由于蓬松状态下木棉/PET/ES集合体较蓬松，吸油倍率相对最小，压缩后孔隙率降低幅度较大，从而吸油倍率提高也最大。

2.4集合体的油水选择性

根据油水选择性的测试方法，对每种试样测试3个样品，测试结果取平均值，则四种纤维集合体蓬松状态下的测试结果如图8所示。

图8　四种纤维集合体的油水选择性SA

从图8中看出，香蒲绒纤维集合体的油水选择性在40g以上，而木棉集合体的油水选择性在30g左右。香蒲绒集合体的油水选择性大于木棉集合体的油水选择性，可见在油水混合液中，香蒲绒吸收的油与吸收的水的质量的比值较大，这和香蒲绒的结构有关，其不规则的表面形态，纵向分叉的树枝状结构都有利于其在油水混合液中吸收更多的油液。

类似的，测试压缩后四种集合体的油水选择性，如图9所示。

图9　四种纤维集合体压缩后的油水选择性SA

从图9得出，压缩后木棉纤维集合体的油水选择性都有所影响，香蒲绒集合体的油水选择性在17g左右，而木棉集合体的油水选择性较大。木棉/PET/ES集合体的油水选择性最好，且压缩后香蒲绒集合体影响较大，降低很大。可见压缩后，香蒲绒集合体吸收油的比例降低。

3结语

(1)通过气流成网结合热风粘合法加工工艺，制备香蒲绒絮片，选用木棉絮片作为对比试样。制备四种不同配比的集合体。

(2)100g油液中，香蒲绒/ES集合体的吸油倍率最低，为48.4 g/g，香蒲绒/PET/ES的吸油倍率为62.5 g/g，木棉/PET/ES为64.4 g/g，木棉/ES集合体的吸油倍率最高，为72.3g/g。

(3)集合体对植物油的保油率都在85%以上。压缩后保油率提高。

(4)试样对植物油的除油效果都在90%以上，香蒲绒/ES集合体对植物油的除油效果最好，木棉/PET/ES集合体对植物油的除油效果相比最差。压缩后影响不大。

(5)香蒲绒集合体的油水选择性大于木棉集合体的油水选择性，压缩后香蒲绒油水选择性降低。

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Adsorption Property to Plant Oil of Cattail and Kapok Fiber Aggregates

YOUXiang-jin1,XUGuang-biao1,2

(1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620;2. Education Department Key Lab for Textile Fabric Technology, Donghua University, Shanghai 201620)

Abstract:Four different ratios of cattail and kapok high-loft wadding were prepared by adopting air laying web and hot air bonding process and the wadding’s oil absorbencies were tested and evaluated. The results showed that the cattail fiber aggregate had high adsorption capacity. The oil absorbency of Kapok/ES (80/20) aggregate was 72.3g/g, the highest one while that of Cattail/ES (80/20) aggregate was only 48.4 g/g, the lowest one. The oil deposit rates of these four aggregates were above 85%. The removal effects of these four aggregates on vegetable oil were more than 90%. Oil-water selectivity of cattail aggregate was larger than that of kapok aggregate.

Key words:cattail fiberhigh-loft waddingoil absorbency

中图分类号：TS 102.2

文献标识码：A

文章编号：1008-5580(2016)02-0026-05

通讯作者：徐广标(1976-)，男，博士，教授，博士生导师。

收稿日期：2015-12-11

第一作者：游香瑾(1991-)，女，硕士，研究方向：纺织材料的结构与性能。