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一种吸油材料及其非织造布的制备方法和应用与流程

泰然健康网
2025-07-05 02:34

本发明涉及吸油材料技术领域，特别是指一种吸油材料及其非织造布的制备方法和应用。

背景技术：

近些年来，全球经济发展导致了很多资源的消耗巨大，一些不可再生资源逐渐变得越来也少，甚至有些开始匮乏。随着科学与社会经济的进步和人们消费水平的提高，人们对可持续发展以及现今环境的保护可以说是日益重视。使用与开发可持续、可再生资源以保护我们的生态环境成为现在发展的主要研究方向。

生活中、工业上以及石油开采过程会产生大量的含油废水。含油废水如果不经处理就排放会对一系列的生态环境造成不可恢复的破坏，例如流入大海河流中导致其中的生物误食而死亡，对生物链造成破坏。或油层隔绝空气使得水体严重污染，鱼类死亡生物腐败，水体变臭，破坏大自然的资源。同时随着河流或海面的扩散，有毒物质附着在可以食用的贝类鱼类上面，也会对人体造成巨大的损伤。含有废水的处理主要是采用物理、化学方法进行处理。其中非织造过滤方法是一种具有高效率过滤污水的方法，此方法在操作、过滤效果方面都表现出很突出的一面。

申请人在研究用于处理含油废水的非织造材料时发现，目前合成纤维已经被做成过滤材料，但合成纤维因用完后不容易降解而易造成环境污染，同时由于合成纤维原材料的不可再生性造成新的资源浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种吸油材料及其非织造布的制备方法和应用，用于克服现有技术中合成纤维在过滤方面上的应用造成的资源浪费和环境污染的问题。

基于上述目的本发明提供的一种吸油材料，所述的吸油材料为横截面呈“π”状或状的五节芒纤维。

一种吸油非织造布，采用包括如下步骤的方法制备而成：

开松、梳理、铺网：将五节芒纤维和棉纤维喂入给棉箱，然后采用清梳联合机将纤维开松、梳理重复2～3次，形成单层网；将单层网进行铺网叠加成复合网；

预针刺处理：将复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行预针刺处理；

倒针刺处理：将预针刺处理的复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行倒针刺处理，得吸油非织造布。

可选的，所述五节芒纤维和棉的质量比为1:2～4。

可选的，所述吸油非织造布的厚度为0.2～0.8cm。

可选的，所述吸油非织造布的饱和吸油时间为15min。

一种吸油非织造布的应用，所述吸油非织造布应用于除油过滤。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种吸油材料为天然的五节芒纤维，五节芒纤维的单纤维结构呈羽绒状，纤维中空，表面附着蜡质，对油具有良好的吸附性能，且其本身植物特性有分布广，生长快，再生能力强，具有绿色环保的特性。

本发明提供的一种吸油非织造布，采用天然的五节芒纤维和棉纤维混合放入清梳联合机内，去除杂质，开清棉团，使纤维均匀混合，先制备出单层网，再经过铺网复合得到可以进行下一步工序的棉与五节芒纤维复合网，通过针刺得到针刺非织造布，通过棉纤维作为辅助铺网成布的辅助纤维，克服了五节芒纤维成网难的问题，同时通过性能测试显示：非织布对纯油和含水油具有吸附能力、且可重复使用，避免了资源的浪费。

附图说明

图1为本发明实施例五节芒纤维纵向的扫描电镜图片；

图2为本发明实施例五节芒纤维横截面的扫描电镜图片；

图3为本发明实施例不同混合比的非织造布的吸油能力图；

图4为本发明实施例针刺机不同功率的非织造布的吸油能力图；

图5为本发明实施例不同的针刺步进量的非织造布的吸油能力图；

图6为本发明实施例吸油时间对吸油性的影响图；

图7为本发明实施例非织造布吸油能力与循环次数之间的关系图。

具体实施方式

为下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

为了克服现有技术中全部或者部分不足，本发明提供的一种吸油材料，所述的吸油材料为横截面呈“π”状或状的五节芒纤维。

同时提供采用五节芒纤维制备的吸油非织造布及其制备方法。一种吸油非织造布，采用包括如下步骤的方法制备而成：开松、梳理、铺网：将五节芒纤维和棉纤维喂入给棉箱，然后采用清梳联合机将纤维开松、梳理重复2～3次，形成单层网；将单层网进行铺网叠加成复合网；

预针刺处理：将复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行预针刺处理；

倒针刺处理：将预针刺处理的复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行倒针刺处理，得吸油非织造布。

五节芒纤维的单纤维结构呈羽绒状，纤维中空，表面附着蜡质，对油具有良好的吸附性能，且其本身植物特性有分布广，生长快，再生能力强，具有绿色环保的特性。采用天然的五节芒纤维和棉纤维混合放入清梳联合机内，去除杂质，开清棉团，使纤维均匀混合，先制备出单层网，再经过铺网复合得到可以进行下一步工序的棉与五节芒纤维复合网，通过针刺得到针刺非织造布，通过棉纤维作为辅助铺网成布的辅助纤维，克服了五节芒纤维成网难的问题，同时通过性能测试显示：非织布对纯油和含水油具有吸附能力、且可重复使用，避免了资源的浪费。

具体的，本发明实施例提供的一种吸油材料为横截面呈“π”状或状的五节芒纤维，五节芒纤维来源于安徽芜湖江边采摘的五节芒植物，手动剥取的五节芒纤维，并通过扫面电镜对五节芒纤维的纵向和横截面进行形貌观察，如图1和图2所示。由于纤维十分柔软易变形，所以在试验中会造成纤维截面挤压变形或者受损，与实际截面形状可能会有些差异。结合电镜照片中观察到的纤维纵向形态与横截面形态可以推断出五节芒纤维的截面为“π”状或状。这种类型的多页型结构扩展了纤维的外表面，使得纤维具有更多的接触面积，而五节芒纤维也是因为这种结构才具有很大的储存空间，使五节芒纤维具有对油良好的吸附能力。

五节芒纤维的蜡质含量测定：将测过含水率的五节芒纤维和对比组试样，分别放入索氏抽提器内，试样高度低于溢流口10～15mm。添加150ml苯和乙醇(苯：乙醇＝2:l)溶液，在80℃进行提取，使回流速度为4～6次/h。从提取液开始滴落起计时，提取3h后取出，至气味散尽后放入干燥箱内，在105℃条件下烘至前后质量变化小于0.05％，取出迅速放于干燥器中冷却30min，称取重量。按下式计算蜡质的含量：

式中，w1-脂质含量(％)；m0-未处理干燥五节芒的重量(g)；m1-表面皿的重量(g)；m2-纤维和表面皿总体的重量(g)。测试结果如表1所示。

表1各种纤维的蜡质含量

经试验测得五节芒纤维蜡质平均含量为3.41％，与木棉、棉和亚麻相比，五节芒的蜡质含量相对较高。由结果可知，五节芒纤维的蜡质含量高，这种高蜡质含量使纤维具有良好的吸油性能。纤维表面的蜡质会使纤维柔软、光滑、摩擦系数小。

五节芒单纤维动态接触角测试：将待测纤维粘在一根带有粘性的试样吊具上，接着将吊具插入oca15ec光学接触角测试仪的样品室顶部的嵌入管道内，管道里面有微型天平。接着将装有测量液体的烧杯移防到试样正下方，不与纤维接触。前进时根据待测纤维在进入液体又离开前后的质量或者受力变化计算出纤维与液体的前进角，后退时，根据待测纤维在进入液体前后的质量或者受力变化得出纤维与液体的后退角。

参数设置：前进速度为0.20mm/s，后退速度为0.20mm/s，仪器测量精度为0.20mg，样片浸入深度为5mm。测试结果如表2所示。

表2五节芒纤维与两种液体的接触角

由表2可以看出五节芒纤维与水的接触角大概从99°到111°，平均值为105.77°，平均值大于100°，而与大豆油的接触角平均值达到了77°左右，通过接触角定义可知接触角度数等于90°作为润湿与否的界限，由此可知五节芒单纤维与水不湿润，与大豆油湿润，即可以推断出具有拒水亲油的特性。

具体的，本发明实施例提供的一种吸油非织造布，采用包括如下步骤的方法制备而成：

开松、梳理、铺网：由于购买的原料和采摘的五节芒纤维原料杂乱无章，杂质也很多，所以要对原料先进行开松，梳理。先打开总电源开关，开启控制电源旋钮，锡林启动，道夫慢速，开棉启动，手工将棉与五节芒纤维喂入给棉箱，经清梳联合机将纤维开松、梳理重复三次后，最后形成一层单层的网。收集好这些网，铺网机的作用是将前面机器制备出的薄网经过机械加工叠在一起成为厚网，方便下台机器使用。通过铺网机将单层网进行铺网叠加成复合网。

预针刺处理：主要是对高度蓬松、抱合力小的纤网进行针刺。将复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行预针刺处理。

倒针刺处理：经过预针刺机的加工，已经初步形成非织造布的形态，但其强力还远达不到产品设计要求，因此要经过一道倒针刺机针刺工艺，这样不仅使产品达到设计的针刺密度，也使得非织造布的两面更加均匀。将预针刺处理的复合网在功率10～40v，针刺步进量3～7mm/针，进行倒针刺处理，得吸油非织造布。

针刺工艺就是用截面为三角而且旁边带有勾刺的针，对纤网进行反复的针刺。当很多的针刺入纤网时，刺针上的钩子就带住纤网表层和里层的一些纤维随刺针穿过纤网层，使纤维在其上下的运动中相互纠缠，同时由于摩擦力的作用和纤维的上下位移对纤网产生一定的挤压，使纤网受到压缩。刺针刺入一定深度后回升，此时因钩刺是顺向，纤维脱离钩刺以近乎垂直的状态留在纤网内，犹如许多的纤维束“销钉”钉入纤网，使已经压缩的纤网不会再恢复原状，制成具有一定厚度、一定强度的针刺非织造材料。

本发明将将非织造布厚度定量为0.5cm，非织造布质量定量为2g，制备出的试样如表3所示。

表3试样数据

非织造布对油的吸附测试：

(1)对纯油试验过程：将70g大豆油倒入1000ml的烧杯中，将制备好的2g非织造布轻轻放于油的表面，15min后取出，静置5min后称重。

(2)对含水油试验过程：在1000ml烧杯中加入200ml的水，然后再将50g大豆油倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌5min，使油和水均匀混合。称取2g非织造布放入烧杯中，15min后取出，静置5min后称重。通过吸油前后试样质量之差计算出纤维的吸水吸油总量，然后将该非织造布移入100ml的量筒中，加入50ml正己烷，轻轻摇晃量筒使其充分浸入。随即将量筒静置30min，使试样中油水相分离，油相会与正己烷相溶，水相则会下沉至量筒底部，读取量筒下部水层的体积作为试样的吸水量，再将吸水吸油总量减去吸水总量则是该非织造布的吸油总量。测试结果如图3～7所示。

非织造布的吸油能力由下式得到：

其中q表示材料的吸油能力，单位为g油/g吸油材料，即每2g材料所能吸收的油的质量，st表示吸油后试样总重，单位g，s0表示吸油材料原始质量，单位g。

由图3可以看出随着纤维混合比的变化，五节芒纤维的占比增多，非织造布对纯油和含水油的吸油能力也逐渐增加，推断出五节芒纤维在非织造布的吸油能力中占了很大的比重。可以通过对五节芒纤维含量的控制从而控制制备出的非织造布的吸油能力。而且在棉纤维/五节芒纤维为1/2时吸油能力达到了30，而且上升的趋势也变得缓和。由于五节芒纤维是短纤维不易成网，所以不能使用过多比例的五节芒纤维制备成非织造布，而1:2这个比例则是成网的最低要求。这表明了这种纤维混合比而制备出的非织造布吸油能力最佳。

由图4可以看出随着针刺机的针刺功率的增加吸油能力并未有很大的变化，甚至趋于平稳。说明吸油速率与针刺机的针刺功率并无很大的关系。

由图5可以知道随着步进量的增大，非织造布的吸油能力逐渐减小，这是因为步进量是指针刺机每针刺一个循环，非织造纤网所前进的距离，虽然步进量的改变十分微小，但是由于针刺功率的稳定，步进量越大会使针刺的充分程度发生改变，所以大的步进量制备的非织造布吸油能力小于较小的步进量制备的非织造布。

将非织造布试样3放入装有50g大豆油的烧杯中，在5、10、15、20、25、30min时将试样取出，静置5min后称重。测试结果如图6所示，随着时间的延长，五节芒/棉非织布的吸油量逐渐增加，在0～15min范围内吸油量持续增加，在15min以后增加基本趋于平缓，由于试样在15min后吸附大豆油的质量没有变化，则它在15min时吸油达到饱和。

在1000ml烧杯中倒入足量的大豆油，将试样3放入烧杯中，轻轻铺在油的表面上。15min后取出，静置5min后称重，得出试样吸油总量。再将吸油后的非织造布在2.5kpa压强下压5min后再次称重，以确定残留在纤维内部的油的质量。将经压后的非织造布再放入装有大豆油的烧杯内进行试验，按此方法重复五次。测试结果如图7所示，吸油能力随着循环次数的增加而逐渐变小，这是因为非织造布的重复吸油使大量油剂在纤维表面聚集导致纤维表面积减小，使得非织造布内部的纤维没有足够的空隙容纳更多的油，从而使得非织造布的吸油能力减弱。但是经过5次的重复测试非织造布的吸油能力依然在8、9g左右，吸油能力还是高的现有技术中的4～6g。而且吸收大豆油后的非织造布可直接作燃烧处理且由于是天然纤维制备而成，并不会造成二次污染。

探究五节芒纤维/棉非织造布对机油与其它油类物质的吸附能力，发展它的其他清理用布，发展作为日常生活厨房用布，针对含水油污进行处理。也可以对五节芒茎秆纤维进行剥取，探究它的特殊性能，为将来的绿色环保的社会课题做出贡献。此外五节芒纤维与棉混合制备的非织造布进行过滤方面的研究，同样有宽广的应用前景。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。