混合特殊浸润性双层织物的制备及其油水分离和单向导湿性能研究

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随着海洋溢油事件的频繁发生、江河湖泊的油污染治理以及海洋设备、工业用输油管道防油防污处理等领域需求的日益增长,开发可以高效进行油水分离的材料已经成为摆在人们面前亟待解决的难题。除了环境污油的处理外,油水分离技术在石油和化工等领域也有着重要的地位,其中包括采油废水的二次回收、有机溶剂的分离等。利用物质表面的特殊浸润性来进行油水分离是当前材料科学研究领域的一个热点。由于一般的油和水之间的表面张力相差很大,选择对水和油具有不同浸润性的表面材料可以选择性的对油或水进行吸附,而对另一相排斥,从而达到滤水截油或者滤油截水的效果,实现油水混合液的有效分离。相对于传统的油水分离方式,使用表面特殊浸润性材料进行油水分离成本更低、材料制作过程简单且不易造成二次污染,有望实现工厂化生产。
  表面特殊浸润性材料除了可以用于油水分离领域外,还可以用于单向导湿面料的开发。单向导湿面料可以实现液体在织物内部或表面的定向运动,从而达到水分单向传输的效果。通过设计不同的织物结构,可织造出混合特殊浸润性双层织物,即一面为亲水面或部分亲水,另一面为疏水面或部分疏水的双层织物。通过组织结构的调整,此类型的混合特殊浸润性双层织物不仅可以实现油水混合液的分离,还能将水从疏水面传导至亲水面,而不能反向传递,达到单向导湿的效果。
  本论文利用表里接结双层织物拥有完全独立的正反两面的特点,以表里接结双层组织为基础,通过设计织物结构,改变织物内部的接结情况,以达到表里换层的效果。具体思路为:以二重组织中的表里接结双层组织为基础,选取具有不同浸润性的疏水涤纶纱线和亲水粘胶纱线为相互独立而又相互交织的两组经纬纱系统,通过改变编织时的织造纹板图和打纬顺序,编织出可用于轻油/水/重油三相混合液一步式连续分离和用于单向导湿的混合特殊浸润性双层织物,并取得以下效果:
  (1)用于油水分离的混合特殊浸润性双层织物可仅在重力和毛细管效应的双重驱动下连续分离轻油/水/重油三相混合物,具有较高的分离效率。当织物钢筘密度为84#时,可实现高效的轻油/水/重油三相混合物连续分离,重油的分离通量为36.62L/(m2*min)、分离效率为97.08%、水的分离通量为65.15L/(m2*min)、分离效率可达98.36%。此外,油水分离双层织物还具有较高的循环利用性和化学耐久性。
  (2)一面为主要疏水面,分布有少量亲水纱线,另一面为主要亲水面,分布有少量疏水纱线的混合特殊浸润性双层织物可用于单向导湿面料的开发。当混合特殊浸润性双层织物的主疏水面亲疏水面积比为1∶8,钢筘密度为56#时,其单向导湿性能最佳。此时,单向导湿双层织物的吸水率>150%,主亲水面滴水扩散时间<3s,液态水动态综合传递指数为0.80,具有最高的疏水面向亲水面水分单向传递指数,为1042.32,反向水分单向传递指数为-1056.07,MMT测试结果显示织物单向导湿性能为“极优”。
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