熔体静电纺丝超细纤维及溢油处理应用研究
海洋溢油事故危害巨大，处理海洋溢油事故经常使用的吸油材料包括有机天然的、无机矿物的以及人工合成的吸油材料。有机合成吸油材料中熔喷法制备的聚丙烯纤维已实现工业化的生产和使用。然而熔喷纤维直径很粗，纤维分布不均匀，机械性能差，吸油倍率低，难以应对规模巨大的海洋溢油事故。利用熔体微分静电纺丝设备，通过调节工艺条件分别制备出微纳多级结构聚丙烯超细纤维、生物可降解型聚乳酸超细纤维和复合纤维。 对于聚丙烯纤维，在一定电压范围内随着纺丝电压的升高，纤维直径变小，电压为65 kV时得到最细纤维1.11μ m。在一定温度范围内随着纺丝温度的升高，纤维直径变小，温度为230℃时得到最细纤维0.71μ m。热压后的纤维棉孔隙率从90％-99％下降到60％-70％。通过二氧化硅共混法和稀盐酸刻蚀法制备出微纳多级结构聚丙烯超细纤维。纤维对水的接触角测试发现电压、温度等工艺与纤维接触角无明显关系，而两种微纳多级结构聚丙烯纤维对水的接触角分别为156°和152°。溢油回收性能测试表明，随着纤维直径的下降，吸油倍率上升，随着纤维孔隙率的下降，吸油倍率上升。微纳纤维样本的可重复性普遍较高，重复使用7次后，仍保持了68％的吸油倍率。吸油过程动力学研究表明，微纳纤维样本吸油遵循Lagergren二级吸附动力学模型;吸油过程热力学研究表明微纳纤维吸油是一种以物理吸附为主，弱化学吸附为辅的过程;吸附过程是自发不可逆的，随着温度的升高，吸油倍率降低;同时纤维吸油是一个熵变减少过程。 对于聚乳酸纤维，分别探究了聚乙二醇、超支化聚合物和蔗糖脂肪酸酯三种助剂对微纳纤维样本的影响，且三种助剂均能在一定程度上降低微纳纤维样本的直径。聚乙二醇质量分数是8％时得到最细纤维870 nm，8％超支化聚合物H201时得到最细纤维896 nm，8％蔗糖脂肪酸酯时得到最细纤维1.36μm。纤维对水的接触角测试发现随着纤维直径的下降，接触角呈现增大的趋势。溢油回收性能测试表明聚乳酸纤维的直径与孔隙率与吸油倍率的关系遵循聚丙烯纤维相同的规律。微纳纤维样本的重复使用6次后，仍保持了36％的吸油倍率。 对于复合纤维，配比为2∶10的木棉/聚丙烯复合纤维吸油倍率高达157％，而配比为3∶10的轮胎屑/聚丙烯复合纤维吸油倍率高达156％，两种纤维在重复使用7次后，均能保持126％左右的吸油倍率。
海洋溢油;熔体静电纺丝;聚丙烯;聚乳酸;吸油性能;复合纤维
北京化工大学
硕士
安全科学与工程
张爱军
2015
中文
X55
78
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）