[发明专利]一种改性聚丙烯纳米纤维制备方法及其吸油毡

说明书

技术领域

本发明涉及油污治理领域，尤其一种改性的聚丙烯纳米纤维制备工艺及其吸油毡。

技术背景

通常在对石油进行加工、运输等处理过程中，会有相当数量的石油泄漏、废弃，不仅浪费有限的资源，还对环境造成极大的威胁。清除油类污染是非常困难的，目前国际上石油污染的治理分为化学方法和物理方法。

化学方法：按污染情况，采用乳化分散、集油或凝油方法治理。对厚度小于1mm的油膜，采用化学消油剂清理油污是有效的，但化学清理方法需要消耗大量的药品，还可能造成二次污染。

物理方法：是最常用的治理方法，包括围油栏、清污船与附属回收装置及吸油材料。通常采用围油栏控制油污范围后，用吸油毡吸附油污。但是现有吸油毡的吸油效率仍有待提高。

其中，聚丙烯类聚合物对各种油性物质具有极好的吸附能力，将其用于油污染的处理有很好的效果。作为新型吸油材料，聚丙烯类聚合物在处理水面浮油和水中微量油类时比一般的吸油树脂和活性炭具有更优良的性能。但是聚丙烯类聚合物为颗粒状，在清理油污时回收有一定难度。

而聚丙烯纤维类聚合物性能优良，主要可制备成包括短丝、长丝、单丝、膨体长丝、丝束、纱线以及熔喷纤维等多种形式，纤维工业已成为聚丙烯市场增长的主要驱动力。但是目前大规模生产的聚丙烯纤维直径常在微米级别，若能将纤维直径降低至纳米级，则意味着更大的比表面积、更多的表面功能位点、更高的机械强度和更优的应用性能，如何批量生产聚丙烯纳米纤维已成了如今聚丙烯纤维产业亟待解决的一个瓶颈。

目前，聚丙烯纤维大规模生产工艺主要为熔纺和熔喷两种，其中熔纺聚丙烯纤维直径常在10～20μm之间甚至更粗。熔喷技术是目前最具规模的超细纤维制造方法，其依靠高速、高温气流(常接近聚合物熔点)喷吹聚合物熔体使其得到迅速拉伸而得到超细纤维，然而现有熔喷纤维直径多在2～4μm之间，在制备纳米级纤维上仍存在一定困难。研究者尝试了各种方法力图进一步降低纤维直径，可是熔喷过程中纳米纤维发生了由表面张力导致的Rayleigh-Taylor不稳定性，使得纤维破裂为球形颗粒，纯聚丙烯熔喷法制备纳米纤维直径极限有其自身理论限制。用模板法来制备聚丙烯纤维操作步骤复杂，成本高，制备的纤维长度短，只适合在实验室做理论研究，而不适合工业化生产。静电纺丝法需要几千伏甚至上万伏直流高压，对溶液导电性要求高，而聚丙烯是非极性聚合物，可纺性差，常温下也没有合适溶剂，只能通过高温溶液电纺或高温熔体电纺，对装置要求较高，大大限制了其产业化应用前景。

海岛复合纺丝技术是另一种制备超细纤维的方法，其基本原理为：当两互不相容聚合物体系共混熔纺时，通过控制聚合物组成比例和剪切/拉伸速率，可诱使初生熔纺纤维内部发生海-岛相分离；从纤维的横截面看一组分处于微细而分散的状态，构成不连续相岛相，而另一组分以连续的状态包围分散的组分而形成连续相海相，其中岛组分和海组分在纤维轴向上均是连续、密集的；进一步通过溶剂溶解的方法去除海相聚合物，就可得到束状的岛相聚合物超细纤维。

发明内容

本发明就是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种制造简单、使用方便、吸油率高并易于回收的吸油毡材料。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种改性聚丙烯纳米纤维制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将岛相聚合物聚丙烯、海相聚合物和无机纳米材料高速预混合，其中聚丙烯的质量分数为5～15％，无机纳米材料质量分数为0.01～2％，余量为海相聚合物；

(2)把混合物熔融挤出并在空气中直接冷却造粒；

(3)将步骤(2)中的母粒用熔喷设备生产得到超细复合纤维；

(4)用溶剂溶解去除超细复合纤维中的海相聚合物，干燥后即得到聚丙烯纳米纤维。

本发明所使用的海相聚合物热稳定性高，与聚丙烯相容性和溶解性差异大，具体为醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚己内酰胺、聚乳酸、聚酯、聚酰胺、碱溶性聚酯中的至少一种。本发明中聚丙烯的质量分数为5～15％，质量分数太高，则纤维直径过粗，甚至发生相反转行为，无法制备聚丙烯纤维；质量分数过低，则生产效率太低，成本大大增加。

本发明所使用的溶解海相聚合物的溶剂为能溶解海相聚合物而不能溶解聚丙烯的液体，具体为丙酮、二氯甲烷、氯仿、丁酮、四氢呋喃、二甲基亚砜、乙酸乙酯、丁醇、甲醇、乙醇、异丙醇、硫酸溶液、氢氧化钠溶液、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种，或者两种以上任意比例的混合。