亲水性能

亲水性能（共5篇）

亲水性能 篇1

随着我国对煤炭资源需求的日益增加, 煤矿开采过程中的粉尘危害亦日益突出, 这也给煤矿的安全生产和职工身体健康埋下了极大的隐患。通过在防尘水中添加化学降尘剂, 可明显改善水体润湿疏水性煤尘的能力, 提高降尘效率, 从而降低粉尘带来的危害[1,2,3,4]。自20世纪70年代以来, 化学降尘技术得到了迅猛发展, 相关专利和配方不断涌现, 然而由于对煤种缺乏必要的针对性和适应性分析, 该技术并未在煤矿现场得到大力推广和应用。所谓煤尘亲水性, 即煤尘表面分子与水通过氢键结合的能力, 主要取决于其煤质成分、粒径大小、荷电状态、湿度、气压等因素[5,6,7,8,9]。而煤质成分作为煤的基本构成要素, 势必对煤种的亲水性产生更为直接的影响。并且, 煤质成分与煤的润湿性影响关系目前尚不明朗。有鉴于此, 笔者以沉降实验为基础探讨煤质成分对煤的亲水性影响规律, 以期根据煤质成分的不同而推测出煤尘大致的亲水性能, 从而为开发和采用针对特异性煤种的高效降尘剂提供参考, 并为煤尘润湿基础理论奠定基础。

1 实验煤样及方法

1.1 实验煤样

实验煤样分别取自山西、福建、贵州、安徽、内蒙古等地区, 共计40个煤样。煤样经粉碎、研磨后, 制成200目 (74μm) 的粉尘样品。参考无烟煤、烟煤、褐煤三类煤种的区分标准, 将实验煤样按干燥无灰基挥发分 (Vdaf) 进行初步分类, 即Vdaf≤10% (无烟煤) , 10%<Vdaf≤37% (烟煤) , Vdaf>37% (褐煤或长焰煤) , 其煤质工业分析数据见表1~3。

从表1~3中可见, 当Vdaf≤10%时, 固定碳FCd多集中在70%~85%;当10%<Vdaf≤37%时, 固定碳FCd多集中在45%~80%;当Vdaf>37%时, 固定碳FCd多集中在30%~60%。即随着煤样中挥发分的增加, 其固定碳有逐渐下降的趋势。

1.2 实验方法

为便于对比分析, 实验采用质量分数为0.2%的烷基磺酸盐作为煤尘湿润剂, 根据MT 506—1996《矿用降尘剂性能测定方法》中的沉降法进行沉降实验, 记录1.0 g煤尘完全沉降的时间, 并结合煤质成分数据进行对比分析, 进而总结出煤尘亲水性的潜在规律。

1.3 实验仪器

主要实验仪器有:AL204电子分析天平 (0.01~210 g) , HJ-3磁力搅拌器。

2 实验结果与讨论

2.1 干燥无灰基挥发分对煤样亲水性能的影响

煤样在湿润剂溶液及清水条件下的沉降实验结果见表1~3。从煤样在清水中的沉降时间可以看出其在自然状态下亲水的难易程度, 当煤样置于清水中10 d后, 仍无任何沉降迹象的即视为难亲水煤。此外, 即便是可以沉降的煤样, 完全沉降后清水表面仍然会留下一层浮游粉尘膜, 而湿润剂溶液表面却不会出现类似现象, 因而选用湿润剂溶液中煤样沉降时间作为煤样亲水性优劣比较的参考依据。显然, 通过表1~3清水中的煤样沉降实验结果可以看出, 随着Vdaf的增加, 疏水煤的数量明显增多。

由于挥发分是煤中有机物质受热分解出一部分分子量较小的液态 (此条件下为蒸汽状态) 和气态产物, 这些挥发产物占煤样质量的分数称为挥发分产率, 简称为挥发分。挥发产物占扣除掉水分和灰分后的煤样质量的分数即为干燥无灰基挥发分。挥发分的高低在一定程度上反映出煤中有机质含量的大小, 也是煤样亲水性优劣的重要参考指标。于是, 根据最小二乘法原理, 对40个煤样的沉降时间与挥发分Vdaf的相关性进行回归拟合分析, 其结果如图1所示。

由图1可进一步看出, 煤尘润湿性随挥发分的增加而呈减弱的趋势。当然, 并非所有煤样均符合这一变化趋势, 以表3中宁夏灵武煤为例, 虽然其Vdaf值高达48.49%, 但其亲水性却较好, 在湿润剂作用下, 煤尘完全沉降所需时间少于20 s, 在清水环境中也只需46 min即可完全沉降。总体看来, 煤尘的Vdaf值仍较为显著地影响着其亲水性, 其相关系数可达0.641 8, 对大多数煤样而言挥发分越高, 煤尘润湿性变差的可能性更高。

2.2 水分对煤样亲水性能的影响

工业分析中的水分主要为煤中游离水分, 包括煤颗粒表面的水分和吸附在煤颗粒内部毛细孔中的水分。通常来说, 煤中的水分越高, 煤与水的亲和的可能性也就越大。

对湿润剂质量分数为0.2%时煤尘的沉降时间与水分的相关性进行回归分析, 其结果如图2所示。

由图2不难看出, 随着煤样水分的增加, 煤尘沉降时间总体上虽呈上升趋势, 但其相关度仅为0.044 2, 说明水分的大小对煤尘润湿性的影响并不明显, 这从水分在0~5.0%内煤尘润湿性的杂乱分布可得以印证。

2.3 灰分对煤样亲水性能的影响

煤中所含黏土、石膏、碳酸盐、黄铁矿等矿物质成分经燃烧后形成的残留物即为灰分。显然, 灰分的构成成分均为无机物, 为亲水性的。表面上看来, 煤样的灰分越高, 其润湿性能似乎也应越强, 但通过表1~3中的工业分析数据和沉降实验结果可以看出, 总体上, 煤样灰分的高低对煤样润湿性的影响并没有如预想中明显, 但在同类煤种中灰分高的煤样其亲水性优于低灰分煤样的概率是增加的。

以煤样灰分与其润湿性能的关系作散点图, 并进行回归分析, 其结果如图3所示。由图3可知, 煤尘疏水性总体上随煤样灰分的增加而降低, 说明煤尘的灰分与其润湿性存在一定的相关性, 但不如挥发分对煤尘润湿性的影响明显。

2.4 固定碳对煤样亲水性能的影响

固定碳是去掉煤中水分、灰分、挥发分后的剩余部分, 同挥发分一样是表征煤的变质程度的一个指标。通过表1~3中的工业分析结果可以看出, 随着挥发分的增加, 煤样中的固定碳呈一定的下降趋势, 加之煤尘亲水性随挥发分增加而减小。由此, 可推断出煤尘亲水性在整体上可能会出现随固定碳增加而增加的趋势。以煤尘固定碳与其润湿性的关系作散点图, 并进行回归分析, 其结果如图4所示。

虽然回归分析模型中固定碳与煤尘润湿性的相关系数为0.339 1, 相关性一般, 但煤尘润湿性整体上却呈随固定碳增加而增大的趋势, 其成为亲水性煤种的概率是增加的, 这与前述推导相一致。

3 结论

1) 对比各煤样的工业分析结果和沉降实验可以看出, 对煤样亲水性影响较大的因素为挥发分Vdaf, 对大多数煤样而言其挥发分越高, 煤的可润湿性能则越差。

2) 煤样中水分高低并不对煤的亲水性能产生决定性影响。

3) 煤样灰分的增加, 提高了煤亲水性的概率, 在同类煤种中, 大多数高灰分煤样亲水性仍优于低灰分煤样。

4) 煤样亲水性随固定碳的增加总体上有增加的趋势。

从煤的工业分析结果可以大致推测出煤的亲水性优劣程度, 但鉴于煤的构成具有复杂性、多样性和不均一性, 因此, 煤尘的润湿性规律还应从煤的颗粒大小、荷电状态、气压、湿度、接触时间等因素综合考虑, 以便得到更为客观的煤尘润湿规律。

摘要：为了改善水体润湿疏水性煤尘的能力, 提高降尘效率, 采用沉降法考察了煤质成分对煤尘亲水性能的影响, 实验表明:煤样的挥发分是影响其亲水性的主要因素, 煤尘亲水性呈现出无烟煤好于烟煤、烟煤好于褐煤的趋势。总体上看, 煤样亲水性随灰分、固定碳含量增大而呈增大的趋势。实验结果为针对不同煤质的煤尘湿润剂的开发研究提供了基础数据。

关键词：煤尘,煤质成分,亲水性,沉降,湿润剂

参考文献

[1]王海宁, 吴超.表面活性剂在矿山防尘中的应用[J].煤矿安全, 1996 (4) :24-27.

[2]魏光平, 侯凤才, 王乐平, 等.国内外湿润型抑尘剂研究与应用[J].中国矿业, 2007, 16 (9) :90-92.

[3]曾康生, 胡乃联, 程卫民, 等.综放工作面湿润剂喷雾降尘机理及高效降尘湿润剂的试验[J].煤炭学报, 2009, 34 (12) :1675-1680.

[4]胡夫, 王杰, 黄维刚, 等.煤尘湿润剂复配性能研究[J].矿业安全与环保, 2011, 38 (3) :10-16.

[5]吴超.化学抑尘[M].长沙:中南大学出版社, 2003.

[6]杨静, 谭允祯, 王振华, 等.煤尘表面特性及润湿机理的研究[J].煤炭学报, 2007, 32 (7) :737-740.

[7]金龙哲, 李晋平, 孙玉福, 等.矿井粉尘防治理论[M].北京:科学出版社, 2010.

[8]黄维刚, 胡夫, 刘楠琴.表面活性剂对煤尘湿润性能的影响研究[J].矿业安全与环保, 2010, 37 (3) :4-6.

[9]谷孟平, 田冬梅, 姚建.煤矿湿润剂抑尘影响因素分析[J].现代矿业, 2011 (3) :40-43.

亲水性能 篇2

胶粘剂的粘合性能包括初粘性、剥离强度、拉伸剪切强度、蠕变性、耐热老化性等, 其中尤以初粘性和剥离强度更受胶粘剂生产者和使用者所关注。

鞋用胶粘剂的初粘性, 直观地表现在制鞋生产的贴合工序上, 它的大小与贴合操作紧密相关。初粘性好, 贴合时用力小, 容易操作, 贴合后不会移位。反之初粘性差, 不仅贴合时费劲, 而且容易移位, 加压前就有可能被鞋底的张力弹开。

剥离强度反映了胶粘剂对鞋—鞋底粘接的牢固程度, 剥离强度越高, 说明帮底粘接得越牢固。因此, 初粘性和剥离强度是鞋用胶粘剂性能的重要指标。

水性聚氨酯鞋用胶粘剂以水性聚氨酯分散体为主要原料, 加入其它助剂调配而成。

目前生产水性聚氨酯分散体以在聚氨酯分子链上引入亲水性基团的自乳化法为主, 亲水剂常使用DMPA (二羟甲基丙酸, 2, 2-b i s (h y d r o x y m e t h y l) p r o p i o n i c acid) 。

由于DMPA分子量小, 较小的用量就能达到很好的自乳化效果。再一个是DMPA分子结构的特点是在连接羧基的碳原子上另接一个甲基, 它能对羧基起立体障碍效应, 减少-NCO与羧基反应的机会, 避免该反应造成的支链结构所引起的粘度增高[1]。

在水性聚氨酯预聚体的合成过程中, DMPA的加入方式一般有一步法和两步法。

一步法是DMPA与聚酯/聚醚二元醇同时加入, 竞争参与和二异氰酸酯的反应。一步法由于DMPA中的羟基比聚合物多元醇中的羟基反应活性高, 因此, 此时引入DMPA的反应一般都是DMPA和二异氰酸酯单体反应, 接入的效率高, 但羧基基团在聚氨酯高分子链上的分布不均匀。

两步法是聚酯/聚醚二元醇先与二异氰酸酯反应生成端-NCO基低聚物, 再加入DMPA与之反应, DMPA分子上的-OH与预聚体分子链上的端-NCO基反应, 起扩链的作用, 羧基在链段中的分布相对均匀。

有关资料表明, 两步法的乳胶膜比一步法的胶膜耐水性好, 拉伸强度大, 断裂伸长率大, 两步法合成的乳液较一步法的好[2]。

但针对采用不同的加料方式制造出来的水性聚氨酯分散体, 再调配成的水性聚氨酯鞋胶后用于制鞋, 在其对粘接性能的影响方面, 没有相关报道和资料。

为优化生产工艺, 在相同的原材料和耗用量下, 得到最佳的粘接性能, 有必要对DMPA的加料方式对鞋胶的粘接性能的影响作深入的试验和研究。

1 试验部分

1.1 试验材料

HDI (聚酯多元醇, polyester p o l y o l) (工业级) , 烟台华大化学有限公司;IPDI (二异氰酸酯, isophorone diisocyanate) (工业级) 拜耳材料科技有限公司;DMPA (工业级) , 拜耳材料科技有限公司;去离子水、其它助剂, 江西红都化工有限公司。

1.2 试验设备

50L反应釜、冷凝器、真空泵等。

1.3 试验方法

采用丙酮法制备水性聚氨酯的工艺流程, 按照确定的物料配比和操作工艺条件, 仅改变DMPA的加料方式, 即以加入催化剂作为反应的起始时间, 在二异氰酸酯与聚酯/聚醚二元醇反应 (加入催化剂) 前加入DMPA (一步法) 和分别在开始反应 (加入催化剂) 后的0.5、1.0、1.5、2.0 h加入D M PA (二步法) , 直至整个过程结束。

分别取适量水性聚氨酯分散体, 加入助剂, 调配成合适粘度的水性聚氨酯鞋用胶粘剂, 测试各个样品的初粘性和剥离强度。

1.4 测试

1.4.1 测试材料和仪器

橡胶片、橡胶处理剂、鼓风恒温干燥箱、压力机、电动拉力试验机

1.4.2 测试方法

(1) 试样制备

选用厚度为 (4±0.2) mm的橡胶片, 在砂轮机上磨粗后, 裁切成1 0 c m×2.5 m m的试片, 在被粘面上均匀涂刷一遍橡胶处理剂, 放进温度为 (70±5) ℃的烘箱中干燥2~3min后取出, 在被粘面上均匀涂刷水性聚氨酯胶粘剂, 涂胶量以不缺胶、无堆胶为准, 再放进上述烘箱中干燥5~8min, 使胶粘剂完全干燥, 形成半透明胶膜为准, 把两块试样的涂胶面贴合, 再在压力机下以0.4~0.6Mpa的压力加压10s。

(2) 初粘性测试

试样制备撤销压力后1min, 按GB/T 532-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》规定的方法, 将试样在电动拉力机上进行初粘性测试。测试结果见表1。

(3) 剥离强度测试

试样制备后, 在室温下放置24h后, 按GB/T 532-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶与织物粘合强度的测定》规定的方法, 将试样在电动拉力机上进行剥离强度测试。测试结果见表1。

2 结果与讨论

2.1 测试结果

从表1可以看出, 一步法和两步法生产的胶粘剂, 初粘性没有明显的差别, 24小时后的剥离强度, 序号3和序号4稍低点, 其他的也没有明显差别。

2.2 分析与讨论

从聚酯/聚醚多元醇和DMPA的分子结构和反应原理来讲, 一步法中, DMPA和聚酯/聚醚多元醇混合在一起, 它们同时参加了与多异氰酸酯的竞争反应, DMPA无规则地接入到聚合物的链段中。DMPA有可能与多异氰酸酯的单体反应, 也有可能与一定链长预聚体的端-NCO反应。在一个聚合物链段中, 两个羧基间的间隔不均匀。

在两步法中, 是聚酯/聚醚二元醇与二异氰酸酯反应一段时间, 生成了一定长度的分子链后, 才加入DMPA, 此时, DMPA与具有一定链长的端-NCO基反应, 相邻2个羧基间的间隔较规则均匀。

两种加料方法合成出的水性聚氨酯胶粘剂, 其粘合性能应该具有明显的差别。但从实际测试结果来看, 一步法和两步法 (加入催化剂0.5~2h后加DMPA) 的结果基本相同。分析原因可能有几种。

2.2.1 反应物浓度对反应产物的影响

因为在配料比例上, 聚酯/聚醚二元醇的摩尔数远较DMPA的摩尔数多, 也就是反应物聚酯/聚醚二元醇的浓度远比DMPA高。在一定的条件下, 反应速度与反应物浓度成正比。

一步法加料方式, DMPA与聚酯/聚醚多元醇同时加入反应体系, DMPA混合在聚酯/聚醚多元醇中, 尽管DMPA的分子较小, -OH的反应活性较高, 与-NCO的反应快, 但由于DMPA在体系中的浓度较低, DMPA上的-OH与-NCO碰撞的几率还是较小。

因此也可能形成这样的一种情况, 多个聚酯/聚醚多元醇与-NCO反应, 生产一定链长的大分子后, 端-NCO再与DMPA上的-OH反应, 接上-COOH, 最终结果与两步法加料一样。

当然, 不可否认, 其中会有一部分DMPA直接与二异氰酸酯单体反应。

2.2.2-COOH对鞋胶性能的影响

(1) -COOH位置对粘接性的影响取长补短

从理论上讲, 一步法加料方式, DMPA上的-OH与聚酯/聚醚二元醇上的-OH竞争参与和-NCO的反应, -COOH被无规则地挂接在聚氨酯高分子链上。

假设-COOH对粘接性能的影响与相邻两个-COOH在聚氨酯高分子链上的距离有关, 距离大粘接性能好, 或距离小粘接性能好。

有关资料显示, 聚氨酯胶粘剂要具有粘接能力, 其分子量要达100000 (10万) 以上。这样, 一个分子中就有很多个-COOH, 且无规地挂接在聚氨酯高分子链上。

粘接时, 要在粘接面上涂刷上一层聚氨酯胶粘剂, 干燥后形成一层聚氨酯胶膜。这一层聚氨酯胶膜中含有很多的聚氨酯分子, 大量聚氨酯分子上无规挂接的-COOH, 对粘接性能的影响取长补短, 其结果表现为与两步法加料的结果一样了。

(2) -COOH位置对粘接性没有影响

可能还有这样一种情况, -COOH基团对粘接性能有贡献, 不管在聚氨酯高分子链的哪一个地方, 其对粘接性能的贡献都是一样的。这样, 不论-COOH是有规则地挂接在分子链上, 还是无规则地挂接在分子链上, -COOH的位置对粘接性能的影响不大, 即最后的结果都是一样的。

因此, 一步法也好, 两步法也好, 粘接性能没有明显的差别。

当然, -COOH在聚氨酯高分子链上分布均匀与否, 应该与聚氨酯的水分散性有关, 关于这一点, 不在此讨论。

3 结语

采用一步法和两步法加料方式, 制备出的水性聚氨酯鞋用胶粘剂, 对粘接性能没有明显的影响, 生产时可选用一步法加料, 操作比较简单。

摘要：固定水性聚氨酯鞋胶配料比例和操作工艺条件, 仅改变亲水剂DMPA (二羟甲基丙酸) 的加料时间, 制备出不同水性聚氨酯鞋胶样品, 分别测定各样品的初粘性和剥离强度, 分析比较DMPA加料时间对样品粘接性能的影响, 确定较佳的DMPA加料方式。

关键词：加料方式,水性聚氨酯鞋胶,粘接性能

参考文献

[1]黄世强, 孙争光, 李盛彪.环保胶粘剂[M].北京:化学工业出版社, 2003:54

[2]许戈文.水性聚氨酯材料[M]北京:化学工业出版社, 2006:65-66

亲水性能 篇3

林雅莉等[5]通过磺化法改善了PPS非织毡的亲水性能。李颖娜等[6,7]研究了等离子体辐射引发聚苯硫醚接枝丙烯酸的研究。杨建忠等[8,9,10,11]采用辉光放电低温等离子改善了PPS纤维的亲水性能, 并通过扫描电镜和X射线电子能谱分析了处理前后纤维的表面形态和表面结构。紫外光接枝改性具有反应条件温和、反应速率快、操作简便, 不影响改性基体本体的性能等的优点[12,13]。

本研究以提高PPS非织毡的亲水性能为目的, 控制不同的紫外辐射条件, 采用紫外光引发, 将亲水性的丙烯酸单体接枝到PPS非织毡表面, 研究了紫外光辐射强度、紫外光辐射距离和紫外光辐射时间等对接触角和吸碱率的影响。

1 实验部分

1.1 药品

PPS非织毡, 抚顺市工业用布厂;丙烯酸 (AA, 化学纯) , 天津化学试剂二厂;无水乙醇 (分析纯) , 天津市天力化学试剂有限公司;丙酮 (分析纯) , 天津市天力化学试剂有限公司;二苯甲酮 (BP, 分析纯) , 天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

接触角测量仪 (JY-82) , 河北承德试验机厂;电子织物强力机 (YG065型) , 莱州市电子仪器有限公司;扫描电子显微镜 (Quanta200型) , 多功能光化学反应仪 (SGY-IB型) , 南京斯东柯电气设备有限公司。

1.3 实验方法

取规格为1.5cm×10cm的PPS非织毡依次于纯水、乙醇中清洗, 再用丙酮清洗, 烘干后称重, 备用。将BP (2.5%) 、AA (25%) 和水按一定的比例配成接枝液, 将PPS非织毡放入接枝液中, 鼓入氮气60min, 排出接枝液内的氧气, 密封后, 迅速转移到光化学反应仪中, 控制不同的紫外辐射条件, 进行紫外光引发接枝反应。取出试样放入蒸馏水中浸泡、反复清洗, 然后, 依次于乙醇、丙酮中清洗, 烘干后称重。

1.4 PPS非织毡的性能表征

1.4.1 PPS非织毡吸碱率的测定

称量PPS非织毡的质量 (m1) , 将其浸泡在一定量30%KOH的溶液中30min, 再取出浸泡后的PPS非织毡静置悬挂1min再称重 (质量为m2) 。根据SJ/T 10171.7-1991碱性电池隔膜吸碱量的测定方法, 吸碱率A的计算公式如下:

1.4.2 接触角的测定

室温空气环境下, 采用河北承德试验机厂生产的JY-82接触角测量仪, 测定水滴的静态接触角。实验结果中的接触角值为膜表面5个不同位置处接触角的平均测量值。测试液体为冰水, 液滴体积为5mL。

1.4.3 扫描电子显微镜 (SEM) 分析

采用Quanta200型电子显微镜观察经紫外光引发接枝后PPS非织毡的表面形态。

1.4.4 能谱色散谱仪 (EDX) 对PPS纤维表面进行元素分析

采用EDX分析了紫外光引发接枝前后PPS非织毡表面的化学成分。

2 结果与讨论

2.1 辐射强度对PPS非织毡亲水性能的影响

图1和图2分别反应了紫外辐射强度对PPS非织毡接触角和吸碱性能的影响, 反应条件为辐射时间:45min, 辐射距离:20cm。由图1可知, 随着辐射强度从100W增加到400W, PPS非织毡表面的接触角从未改性的92°降低至24°, 亲水性能得到明显的改善, 随后, PPS非织毡表面的接触角随着辐射强度的增加而升高。由图2可以看出, 随着紫外光辐射强度的增加, PPS非织毡的吸碱率从未改性的53%上升到330%, 吸碱率达到最大值;当辐射强度超过400W时, 随着紫外辐射强度的增大, PPS非织毡的吸碱率反而下降。这是因为随着辐射强度的增大, 体系内产生的自由基基团增加, PPS非织毡表面的接枝率增加, 因而, PPS非织毡表面的接触角降低, PPS非织毡的吸碱率增大;但是, 如果继续增加辐射强度, 虽然, 体系内的自由基基团增多, 但是, 接枝聚合体系中存在着接枝反应和自聚反应, 自由基基团过多导致自聚反应的竞争大于接枝反应, 可能会引起接枝单体的自聚现象, 自聚物在清洗过程中流失掉, 不利于PPS膜的亲水改性, 而此, 过大的紫外光辐射强度不利于提高PPS膜的接触角和吸碱率[15,16]。

2.2 辐射时间对PPS非织毡亲水性能的影响

图3和图4分别反应了紫外辐射时间对PPS非织毡接触角和吸碱性能的影响, 反应条件为辐射强度:400w, 辐射距离:20cm。由图3可以看出, 随着紫外光辐射时间的延长, PPS非织毡的接触角从92°逐渐降低, 当辐射时间达到45min时, PPS非织毡的接触角达到最低值 (24°) ;当辐射时间超过45min时, 随着紫外辐射时间的延长, PPS非织毡的接触角反而上升。由图4也可以看出, 随着紫外光辐射时间的延长, PPS非织毡的吸碱率也呈现先增加后降低的趋势。这是因为随着紫外光辐射时间的增加, 体系内产生的自由基基团增加, 因而, 接枝到PPS非织毡表面的接枝单体的量有所增加, 由于引入了亲水基团, 因此, PPS非织毡表面的接触角降低, PPS非织毡的吸碱率增加;但是, 继续延长紫外光辐射时间, 体系内的自由基基团过多, 可能会引起接枝单体的自聚现象[17], 而此, 过长的辐射时间不利于PPS非织毡的亲水改性, 较宜的辐射时间为60min。

2.3 辐射距离对PPS非织毡接枝率的影响

图5和图6分别反应了紫外辐射距离对PPS非织毡接触角和吸碱性能的影响, 反应条件为辐射强度:400w, 辐射时间:45min。由图5和6可知, 随着紫外光辐射距离从5cm增大到20cm, PPS非织毡的接触角降低而吸碱率增加;随着紫外光辐射距离从25cm增大到30cm, PPS非织毡的接触角有缓慢的上升而吸碱率有降低的趋势。这是因为辐射距离过近, 一方面, PPS非织毡表面的温度过高, 加速了接枝单体的挥发, 不利于接枝聚合反应;另一方面, 接枝体系温度过高, 体系中存在着接枝反应和自聚反应, 自聚反应的竞争大于接枝反应[18]。所以, 辐射距离为25cm较为合适。

2.4 PPS非织毡的表面元素分析

接枝前PPS的结构式中只有C、H、S 3种元素, 接枝后引进了羧基-COOH, 在元素种类上增加了O元素, 由表1和图7可以看出接枝PPS表面的氧原子数的百分含量都高于未接枝PPS表面的氧原子数的百分含量。由表1和图7还可以看出接枝后的PPS表面的C原子数的百分含量高于未接枝PPS表面, 原因为接枝单体为AA, 接枝过程中, 在引进O元素的同时也引进了C元素, 所以接枝后的PPS表面的C原子数的百分含量大于未接枝PPS表面的C原子数的百分含量。

2.5 SEM图像分析

由图8可以看出, 随着接枝率的增加, PPS非织毡表面的微观形貌而发生了一定的变化。当接枝率为0.52%和0.96%时, PPS非织毡表面的接枝物为颗粒状;随着接枝率的增大, PPS非织毡表面颗粒状的接枝物越来越多, 当接枝率为3.21%时, PPS非织毡表面被包裹了一层接枝物。

3 结论

丰富多样的亲水活动 篇4

活动一:喷洒作画(大班)

活动目标

能用喷水和洒水的方法创造性地作画, 体验玩水乐趣。

活动材料

矿泉水瓶若干,瓶盖上戳一小洞。

活动过程

1.将矿泉水瓶装满水,拧上有洞的瓶盖。

2.瓶口朝下 ,用手挤压瓶身 ,对着地面用喷出的水作画。

活动二:南水北调(大班)

活动目标

1.感知水的流动,知道水从高处往低处流。

2.体验合作引水、取得成功的喜悦。

活动材料

去掉瓶盖与瓶底的矿泉水瓶若干,舀水工具,蓄水缸。

活动过程

1. 探索用去掉瓶盖与瓶底的矿泉水瓶连接 , 形成一条输水管道。

2.幼儿合作将水从瓶底的一端倒进瓶子 , 通过不断调整高度,让水从低处一端的瓶口流出。 在将操场南边缸里的水运到北边缸里的过程中, 感知水从高处往低处流动。

活动三:层层过滤(大班)

活动目标

1.尝试用层层过滤的方法过滤掉雨水中的杂质 。 2.体验过滤成功的喜悦。

活动材料

去掉瓶盖与瓶底的矿泉水瓶若干, 各种过滤材料 (小毛巾、海绵、沐浴球、窗纱、纱巾、撕成长条的旧报纸等),变脏了的雨水,舀水工具。

活动过程

1.在去掉瓶盖与瓶底的矿泉水瓶中间放上过滤材料,然后将瓶口与瓶底连接,形成瓶口朝下瓶底朝上的过滤装置。

2.将雨水从瓶底处倒进瓶子 , 水经过过滤层流进干净的瓶子里。

3.对比观察过滤前后的雨水,体验成功的喜悦 。

活动四:潜水艇探宝(大班)

活动目标

探索装入不同水量的矿泉水瓶在水中悬浮的现象。

活动材料

装满水的透明整理箱, 长条木板和矿泉水瓶各若干,“金币”多个。

活动过程

1.将长条板一头靠着整理箱放入水中,形成斜坡。

2.每人拿3个空矿泉水瓶 ,分别装上不同量的水 , 当作简易潜水艇。

3.将潜水艇依次从斜坡滑入水中 , 观察每一个潜水艇潜在水中的位置。

4.在整理箱中间挂一些 “金币 ”,幼儿根据水中 “金币”的位置调整瓶中水量,以潜水艇头部(即矿泉水瓶口)碰到“金币”为胜。

活动五:水厂工程师(大班)

活动目标

尝试拼接水管形成引水装置,感知水的流动。

活动材料

软管及配套接口若干, 硬管及配套接口若干,水箱、娃娃家、塑料桶、漏斗等。

活动过程

1.用水管测量水箱到“娃娃家”的距离。

2.尝试用各种接口将水管连接。

3.向连接好的管里倒水,检查接口处是否漏水 。

4.与同伴合作,观察水从水箱流进娃娃的家里 。

活动六:水不见了(大班)

活动目标

探索发现材料吸水与不吸水现象。

活动材料

八宝粥空罐子若干, 盖子上戳一个一毛钱硬币大小的圆洞,小毛巾、海绵、纸巾、棉花等。

活动过程

1.将水倒进空八宝粥罐子里再倒出来 , 发现水能倒进倒出。

2.教师表演魔术 “水不见了 ”: 将水倒进装有小毛巾的八宝粥罐子里,罐子里倒不出水来了,让幼儿猜测水哪儿去了。

3.幼儿尝试用多种材料实验 , 发现有些材料能吸水,有些材料不吸水。

4.幼儿表演变魔术“水不见了”。

活动七:竹篮打水(大班)

活动目标

探索用竹篮运水的方法。

活动材料

带洞的篮子多个,荷叶或大一点的树叶、布、塑料薄膜等。

活动过程

1.让幼儿用竹篮将喷泉池里的水运到蓄水缸里 。

2.幼儿尝试,发现竹篮有洞会漏水。

3.幼儿借助多种材料将竹篮的洞堵上 , 将水运到蓄水缸里。

活动八:给跳跳马洗澡(中班)

活动目标

1.用雨水给跳跳马洗澡,知道雨水可以再利用 。

2.体验合作的快乐。

活动材料

澡盆,跳跳马,水枪,软毛刷,雨水。

活动过程

1.将跳跳马放在澡盆里 , 用水枪吸缸里的雨水对着跳跳马身上脏的部位冲洗。

2. 两两合作 : 一人用水枪吸水冲 , 一人用软毛刷刷。

活动九:弯弯绕绕(中班)

活动目标

感知水在管道里的流动状态。

活动材料

一米长的软管若干,漏斗,水勺,夹子。

活动过程

1.将软管随意夹在柱子上 , 将水倒进软管观察水在管道里的流动。

2.改变软管弯度 ,或打结缠绕在柱子上 ,观察水在弯管里的流动状态。

3.探索让弯管里的水流出的方法。

活动十:水上乐园(中班)

活动目标

感知物体在水中的沉浮现象。

活动材料

装满水的透明整理箱当作游泳池,长条木板若干, 塑料鸭子、木珠、弹子、海洋球、插片等材料各若干。

活动过程

1.将长条木板放进游泳池 ,形成水中滑梯 ,让鸭子背着玩具在游泳池玩滑梯。

2.鸭子每次带一个玩具滑入水中 , 注意观察玩具是浮在水上还是沉入水底。

3.将浮在水面上的玩具留在泳池里 , 沉入水底的玩具取出放进小桶里。

活动十一:奇妙管道(中班)

活动目标

感受水在不同粗细水管里流动的快慢。

活动材料

剪去桶底的空油桶4个,不同粗细的软管4根,舀水工具,S形弯钩。

活动过程

1. 将不同粗细的软管接到油桶口处倒挂在栏杆上,形成一条条粗细不同的下水管道。

2.将水依次倒进油桶里 , 观察水在不同粗细管子里的流动。

3.将同样多的水同时倒进油桶里 , 观察不同粗细管道里水流的快慢。

活动十二:水车转转转(小班)

活动目标

尝试用水让水车转动,探索持续转动水车的方法。

活动材料

小水车、大澡盆、舀水工具各若干。

活动过程

1.将水倒在小水车上,让小水车转动起来。

2.探索怎样让水车转动更快。 (加大水量)

3.探索怎样让水车连续不断地转动。 (持续往水车上倒水)

活动十三:水中钓鱼(小班)

活动目标

1.能手眼协调、耐心地将水中的鱼钓上来。

2.在游戏情境中体验钓鱼的乐趣。

活动材料

磁性小鱼,磁性钓鱼竿,小泳池,小水桶。

活动过程

1.创设池塘情境:将磁性小鱼倒进小泳池中。

2. 幼儿用磁性钓鱼竿在小池塘里钓鱼。

3.将钓上来的鱼放进各自的小桶里。

活动十四:打捞海洋球(小班)

活动目标

能根据海洋球在水中的不同位置选择合适的工具进行打捞。

活动材料

海洋球、盆、篮子、漏勺、桶和捕鱼网各若干。

活动过程

1.场景布置 :将海洋球放进池塘里 ,请幼儿打捞上来放回海洋馆。

2.幼儿尝试用篮子、盆等工具打捞海洋球。

3.尝试用漏勺 、捕鱼网等长柄工具打捞池塘中间的海洋球。

4.将捞出的海洋球送回海洋馆。

活动十五:倒来倒去(小班、大班)

活动目标

1.尝试用多种方法营救掉进洞中的小鸭子 。 ( 小班)

2.探索将洞里的水吸出来的方法。 (大班)

活动材料

用下水管做成的可蓄水的洞6个,并将其固定,塑料鸭子多个,有排气阀的虹吸管等。

活动过程

小班:

1.迁移生活经验 ,用绳子 、树枝等多种材料营救掉进洞里的小鸭子。

2.根据鸭子的生活习性 , 尝试向洞里倒水让小鸭子浮上来。

大班:

1.迁移生活经验 ,尝试用海绵 、毛巾等多种材料将洞里的水取出来。

聚酯非织造布亲水改性研究 篇5

由于疏水性NWF具有较低的表面自由能,为了提高基膜表面的浸润性,使制膜液均匀牢固地附着在NWF上,对NWF进行表面亲水化改性成为一种简单有效的方法。化学接枝和物理吸附是目前NWF表面改性最常用的方法。Wu等[6]将聚丙烯/聚乙烯非织造布浸泡于90℃98%(wt,质量分数,下同)浓硫酸一定时间后,超声纯水清洗得到磺化改性的NWF。表明此法可以有效提高NWF表面亲水性,但磺化NWF的机械强度下降了21%。物理吸附方法常采用溶液浸渍或者刮涂的方法完成NWF表面改性。Wang等[7]采用物理浸渍工艺将聚乙烯醇/4-乙烯基吡啶接枝聚合物(PVA-g-4VP)涂覆到聚丙烯/NWF表面,以提高NWF的亲水性和抗菌性。结果表明改性后的NWF表面水接触角由123°下降到33°。活/死细胞染色结果显示PVA-g-4VP改性NWF表面吸附较少的细菌,NWF抗菌性明显增强。采用亲水性纳米颗粒如SiO2对NWF表面进行改性,可以有效提高NWF的性能。目前,采用化学接枝或物理吸附的方法对NWF亲水化改性的研究已取得一定的进展。但较少将改性后NWF作为复合膜尤其是水处理用超/微滤膜使用。

本研究采用碱水解对NWF进行亲水化改性,以增加NWF与膜材料之间的亲和力。通过热重和固体核磁定量表征NWF中酯基被改性为羧酸基团的程度。浸没沉淀相转化法制备聚砜(PSF)/NWF复合超滤膜,测试改性前后复合膜的截留性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚酯非织造布(NWF,密度为0.0198g/cm2,厚度为0.803mm),天津幸福纺织有限公司;聚砜(PSF,P-3500),Solvay公司;牛血清蛋白(BSA)、聚乙二醇(PEG 20000)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、氢氧化钠、十六烷基三甲基溴化铵以及乙醇均为分析纯,均由天津市科密欧化学试剂有限公司生产。

1.2 主要设备及仪器

扫描电子显微镜(SEM,Quanta 250),捷克FEI公司;傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet 6700),美国Thermo Fisher公司;同步热分析仪(STA409),德国NETZSCH公司。DSC和TG测试条件:氮气气氛,升温速率10℃/min,升温范围:30~700℃。用经干燥处理的NWF进行分析,以考察NWF改性过程中结构和重量的变化;固体核磁测试仪(AvanceⅢ),瑞士Bruker公司。

1.3 实验方法

采用碱催化水解法对NWF进行改性。分别配制5g/L和10g/L NaOH的乙醇溶液,加入1g/L十六烷基三甲基溴化铵固定促进剂水溶液。NaOH的乙醇溶液和固定促进剂水溶液的体积比为50∶1。将NWF放在上述溶液中50℃恒温超声振荡器中低速振荡4h。把制得的改性NWF放入去离子水中漂洗,置于电热恒温鼓风干燥烘箱中烘干备用。记5g/L NaOH乙醇溶液处理的NWF为5g/L MNWF,10g/L NaOH乙醇溶液处理的NWF为10g/L MNWF。配置制膜液,各物质质量比为:PSF∶PEG∶DMAC=16∶8∶76。用自制刮膜棒将制膜液均匀地刮涂在NWF上,迅速浸没于纯水中发生相分离,后经纯水清洗后得到PSF/NWF复合膜。

1.4 NWF表面水接触角的测定

采用接触角测定仪(CM3250-DS3210,德国海康公司)测定NWF改性前后表面水接触角的变化情况。具体步骤为:将1μL的水滴用1mL/s的速度滴在水平的NWF表面,由摄像系统拍下液滴形状,确定基线、形状,采用仪器自带软件根据拉普拉斯-杨方程计算水接触角。

1.5 复合膜的分离性能测试

用自制错流平板膜池装置测定膜的水通量和截留率。膜池为圆形,直径5.2cm,有效膜面积为21.23cm2。操作温度为30℃,实验中使用1g/L的牛血清白蛋白(BSA)溶液为测试液,评价截留效果。为了获得稳定的膜分离性能数据,先将平板膜在0.15MPa压力下预压约0.5h,直至通量稳定。然后调节压力至0.1MPa,开始收集渗透液。测定一定时间内的透过液的体积量,即水通量。采用紫外分光光度计测定原液及过滤后的透过液中BSA的浓度,然后根据式(1)计算截留率[8]。

式中,R为截留率,%;Cp、C0分别为渗透液及原液中BSA浓度,g/L。

平板膜的水通量F根据式(2)进行计算。

式中,F为膜的通量,L/(m2·h);V为渗透液体积,L;S为膜的有效表面积,m2;t为时间,h。

2 结果与讨论

2.1 NWF改性前后的形貌分析

采用NaOH乙醇溶液对NWF表面进行改性,改善纤维表面极性,以增强NWF纤维与成膜材料之间相容性。NWF经过不同浓度NaOH乙醇溶液处理前后的SEM图片见图1。

[(a)NWF×2000;(b)5g/L NaOH处理后NWF×2000;(c)5g/L NaOH处理后NWF×5000;(d)10g/L NaOH处理后NWF×5000]

由图1(a)可以看出,未经碱处理的NWF纤维表面较光滑。用5g/L NaOH乙醇溶液处理后NWF纤维表面出现凹槽[见图1(b)和图1(c)],而用10g/L NaOH乙醇溶液处理后纤维表面出现明显的腐蚀[见图1(d)],纤维的腐蚀将导致非织造布机械强度的下降。在不影响NWF纤维机械强度下,选择5g/LNaOH乙醇溶液对NWF的表面进行改性为宜。

2.2 NWF改性前后的傅里叶红外光谱表征

图2为采用5g/L NaOH乙醇溶液处理NWF前后的红外对比谱图。从图2可以看出,在处理过的NWF(MNWF)红外谱图上出现了新的吸收峰,位于1593cm-1羧酸吸收峰和1549cm-1羧酸盐的吸收峰。这是由于NWF中部分酯基转化为羧酸基团或者羧酸盐所致。

2.3 NWF改性前后的热重分析

图3是NWF、5g/L MNWF和10g/L MNWF的TGA曲线图。由图可见,NWF、5g/L MNWF和10g/L MNWF中纤维均在400℃左右出现大的失重峰,这是由于NWF整个分子链的分解所致。5g/L MNWF膜第一个失重峰出现在163.9℃左右,大约失重10.60%,这是由于NWF被改性接枝上的羧基分解所致。而10g/L MNWF膜第一个失重峰出现在76.2℃,这是由于高浓度碱改性NWF亲水性较高,表面吸附的游离水所致。第二个失重峰出现在242.5℃左右,大约失重23.53%,这可能是由于接枝在NWF上较多的羧酸分解所致,除此以外失重还包括未改性NWF分子中羟基脱去导致。

2.4 NWF改性前后的固体核磁分析

图4是NWF、5g/L MNWF和10g/L MNWF的固体核磁碳谱图。从图中可以知在175×10-6处为5g/L MNWF和10g/L MNWF的固体核磁碳谱中均出现羧酸基团的峰。通过计算可以得出5g/L MNWF,10g/L MNWF被改性的部分含量分别为4.7%和8.2%。

2.5 改性前后NWF表面亲水性

表1所列为NWF改性前后表面接触角。由表1可以看出,碱处理后的聚酯NWF表面水接触角有明显降低,其数值随碱处理液浓度增大而减小。说明碱处理可以有效改善NWF表面亲水性。

2.6 改性前后复合膜截分离性能

将改性前后的NWF作为支撑体制备成PSF/NWF复合超滤膜,测试并比较其对BSA的截留率和纯水通量(见表2)。从表中可以看出,采用改性NWF制备的复合膜截留率和纯水通量均高于采用未改性NWF制备的复合膜。为进一步考察NWF亲水改性对复合膜性能的影响,对复合膜的纯水通量进行连续性测试,结果见图5。由图5可知,采用亲水改的NWF制备的复合膜通量明显高于采用未改性的NWF制备的复合膜。且连续运行96h后,前者纯水通量下降不明显,而后者有明显的通量下降。这是由于复合膜支撑层采用未亲水改性的NWF,其与PSF超滤膜之间的亲和力较差,以至于在长期的加压运行环境下产生界面间结构的压密,甚至是凹陷或者塌陷,这将影响最终复合膜性能的稳定性。

高浓度碱处理(10g/L)后的NWF制备的复合膜初始通量高于低浓度(5g/L)的NWF制备的复合膜,但在运行16h后前者通量下降速度高于后者。这是由于高浓度碱处理后NWF中的纤维表面出现缺陷造成PSF超滤基体的塌陷所致。

3 结论

采用碱水解法对NWF进行亲水改性处理,并以此为支撑体通过浸没沉淀相转化法制备聚砜超滤复合膜。核磁共振、傅里叶红外光谱分析表明改性后的NWF出现了新的羧酸和羧酸盐吸收峰。表明NWF中部分酯基被改性为亲水的羧酸基团。固体核磁等测定NWF中酯基转化为羧酸基团的部分为8.2%左右。采用改性后聚酯NWF制备的复合膜连续运行96h,纯水通量仍高于采用未改性NWF制备的复合膜。证实NWF亲水改性后可以增加其与膜材料之间的相互作用力,进而提高复合膜性能稳定性及使用寿命。

摘要：通过碱水解法对聚酯非织造布(NWF)进行亲水改性处理,增加NWF表面的亲和性,有利于制膜液均匀牢固地附着在基膜上。固体核磁等测试结果表明,碱水解法将NWF中8.2%(wt,质量分数)左右的酯基转化为羧基。水接触角测试结果表明,碱处理可以显著提高NWF表面亲水性。用浸没沉淀相转化法制备聚砜/NWF复合超滤膜。对改性前后复合膜分离性能的表征结果表明,改性后的复合膜连续运行96h,0.1MPa时纯水通量明显高于未改性复合膜,且在整个运行过程中通量下降速率明显低于未改性复合膜。

关键词：聚酯,非织造布,碱水解,复合膜

参考文献

[1]仉春华,杨凤林,王文君,等.聚乙烯醇改性无纺布的制备及耐污染性能的研究[J].高校化学工程学报,2008,22(1):172-176.

[2]冯冉冉.无纺布膜的亲水改性及其抗污染性能研究[D].大连:大连理工大学,2010.

[3]唐丽华,任婉婷,李鑫,等.低温等离子体亲水改性聚丙烯熔喷非织造布[J].纺织学报,2010,31(4):30-34.

[4]李娜,刘忠洲,续曙光.耐污染膜-聚乙烯醇膜的研究进展[J].膜科学与技术,1999,17(3):1-7.

[5]仉春华,杨凤林,王文君,等.聚乙烯醇改性无纺布的制备及表征[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,27(2):318-320.

[6]Wu G M,Lin S J,Yang C C.Preparation and characterization of high ionic conducting alkaline non-woven membranes by sulfonation[J].Journal of Membrane Science,2006,284(1/2):120-127.

[7]Wang Chanchan,Yang Fenglin,Liu Lifen,et al.Hydrophilic and antibacterial properties of polyvinyl alcohol/4-vinylpyridine graft polymer modified polypropylene non-woven fabric membranes[J].Journal of Membrane Science,2009,345(1/2):223-232.