可沖散濕巾分解性能測試研究

王向欽,倪冰選,孫現(xiàn)偉

(廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院,廣東 廣州511447)

隨著國民經(jīng)濟水平發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高,濕巾作為日常生活中的一種清潔用品,具有使用舒適、攜帶方便等優(yōu)點,人們使用濕巾的場合和范圍越來越廣泛,可以預(yù)期濕巾市場前景廣闊。但是濕巾產(chǎn)品使用后廢棄所帶來的環(huán)境問題也凸顯,如填埋或焚燒所帶來的環(huán)境污染等[1],因此人們開始研究可沖散濕巾產(chǎn)品,以期在使用方便舒適的同時,不給環(huán)境帶來負(fù)擔(dān),可沖散型濕巾將是未來濕巾產(chǎn)品的發(fā)展方向?？蓻_散性濕巾能夠在水中被沖擊分散,通過室內(nèi)的抽水馬桶系統(tǒng),能夠在通過整個城市下水道和污水處理系統(tǒng)過程中實現(xiàn)自然分解/降解,可有效解決普通濕巾所帶來的環(huán)境污染問題[2-3]。

目前國內(nèi)在可沖散濕巾生產(chǎn)工藝方面的研究逐漸增多,開發(fā)生產(chǎn)出了各種工藝及原材料的可沖散濕巾產(chǎn)品,我國銷售市場上也越來越多地出現(xiàn)標(biāo)識為可沖散的濕巾產(chǎn)品,但是目前我國對這類產(chǎn)品的測試評價方法則相對滯后,是否真正具備可沖散性需要進一步評估。濕巾可沖散性應(yīng)包括以下幾個方面:第一,在產(chǎn)品預(yù)期使用條件下,能夠順利通過馬桶和排水管道系統(tǒng),分解為散纖維不發(fā)生堵塞和損壞;第二,與污水運輸系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)以及循環(huán)再利用系統(tǒng)相容;第三,在合理的時間內(nèi)發(fā)生生物分解/降解作用,變得無法認(rèn)出,對環(huán)境友好[4]。目前國際上關(guān)注度和認(rèn)可度比較高的測試方法是由歐洲非織造布協(xié)會(EDANA)和北美非織造布協(xié)會(INDA)聯(lián)合制訂的《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南(第三版)》(Guidelines for Assessing the Flushability of Disposable Nonwoven Products(The third edition)),這是一個綜合測試評價可沖散非織造產(chǎn)品在馬桶、下水道、市政系統(tǒng)中可沖洗性、堵塞性、分散性、分解及降解性的測試評價指南,該評估指南包括7個試驗內(nèi)容:(1)抽水馬桶及下水道清潔試驗;(2)晃動箱分解試驗;(3)家庭泵試驗;(4)沉淀試驗;(5)好氧生物分解/降解試驗;(6)厭氧生物分解/降解試驗;(7)市政排污泵試驗[5]。

具有良好物理分解性能和生物分解性能的產(chǎn)品是可沖散濕巾能夠進入馬桶及下水道的要求之一,分解性能差的產(chǎn)品則將增加下水道或市政輸送系統(tǒng)發(fā)生堵塞的幾率。將從市場上購買的4種標(biāo)識為可沖散的濕巾產(chǎn)品進行分解性能測試,測試步驟和參數(shù)按照《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南(第三版)》,以期對這4種可沖散濕巾的分解性能進行評估研究,分別進行了晃動箱物理分解、好氧生物分解、厭氧生物分解試驗等,并對測試過程和結(jié)果進行表征,分析市場上可沖散濕巾產(chǎn)品的分解性能。

1 試驗部分

1.1 樣品

從市場上購買的4種標(biāo)識為可沖散的濕巾產(chǎn)品,其產(chǎn)品參數(shù)見表1所示,主要原料成分見表2所示。

表1 4種可沖散濕巾產(chǎn)品參數(shù)

表2 4種可沖散濕巾產(chǎn)品主要原料

1.2 儀器

(1)晃動試驗儀

晃動試驗儀如圖1所示,晃動箱能夠設(shè)定一定的速率前后振蕩,達到規(guī)定振蕩時間能夠自動停止,自制。

(2)好氧生物分解試驗儀

好氧生物分解試驗儀和實驗瓶如圖2所示,采用型號為Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉(zhuǎn)振動臺。

(3)厭氧生物分解試驗儀

厭氧生物分解試驗儀如圖3所示,采用型號為Plas-Labs 855AC的厭氧箱。

圖1 晃動試驗儀

1.3 試驗方法

依照《一次性無紡布產(chǎn)品可沖散性能評估指南(第三版)》中測試步驟和參數(shù)進行試驗,試驗內(nèi)容主要包括三個部分:晃動箱物理分解試驗、好氧生物分解試驗和厭氧生物分解試驗,通過試驗研究市場上可沖散濕巾產(chǎn)品的物理分解性能和生物分解性能。

(1)晃動箱分解試驗。該試驗用于模擬可沖散濕巾在水中受到機械攪拌時發(fā)生分解的能力,采用晃動試驗儀進行試驗?？蓻_散濕巾產(chǎn)品放在3個透明塑料箱內(nèi),塑料箱如圖1所示,在凸輪和杠桿的帶動下以26 r/min的速度振蕩3 h,計算每個產(chǎn)品的分解百分比,作為表征物理分解程度的物理量。試驗將通過12.5 mm篩網(wǎng)的樣品部分視為分解部分,分解百分比以通過篩網(wǎng)的部分(分解部分)樣品干重占原始樣品干重的百分?jǐn)?shù)表示,測試結(jié)果包括每次試驗的分解百分比,同時計算分解百分比大于25%的測試次數(shù)占總測試次數(shù)的比例。

圖2 好氧生物分解試驗儀

圖3 厭氧生物分解試驗儀

(2)好氧生物分解試驗。該分解試驗用于表征可沖散濕巾在活性污泥液體中經(jīng)過14 d以后,分解成小于1 mm的樣品部分所占的百分比。采用Thermo scientific MAXQ 3000型旋轉(zhuǎn)振動臺,實驗室環(huán)境溫度為(22±3)℃,樣品放在盛有1 L活性污泥的2.8 L三角燒瓶中,三角燒瓶放置在旋轉(zhuǎn)振動臺上攪拌以便污泥與空氣充分接觸,在14 d的測試結(jié)束時,將燒瓶中的物質(zhì)通過1 mm的篩網(wǎng)清洗,保留在篩網(wǎng)上的部分進行回收,干燥并稱重,分解率為通過篩網(wǎng)的部分占總量的百分?jǐn)?shù)。

(3)厭氧生物分解試驗。該分解試驗用于表征可沖散濕巾在厭氧污泥中經(jīng)過28 d后,分解成小于1 mm的部分所占的百分比。采用Plas-Labs 855AC厭氧箱,實驗室環(huán)境溫度為(35±3)℃,樣品放在盛有1.5 L厭氧消化池污泥的2.0 L測試容器中,在28 d測試結(jié)束后,將容器中的物質(zhì)通過1 mm的篩網(wǎng)清洗,保留在篩網(wǎng)上的部分進行回收,干燥并稱重,分解率為通過篩網(wǎng)的部分占總量的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 晃動箱分解試驗

在3 h晃動時間結(jié)束后,拍照記錄晃動箱內(nèi)濕巾產(chǎn)品的形態(tài)特征。1#～4#濕巾產(chǎn)品的分散形態(tài)特征見圖4所示,從圖4中可以看出,4種可分散濕巾產(chǎn)品在經(jīng)過3 h的晃動試驗后,片狀的濕巾產(chǎn)品完整結(jié)構(gòu)已完全破壞,已經(jīng)分解為散纖維狀,產(chǎn)品具有較好的物理分散性能。

圖4 4種產(chǎn)品在晃動時間為3 h的分散形態(tài)特征

對1#產(chǎn)品進行晃動試驗過程中,分別拍照記錄不同晃動時間后(3、5、10、15、30 min,3 h)樣品的分解形態(tài)特征。不同晃動時間后1#濕巾產(chǎn)品分解形態(tài)見圖5所示。從圖5中可以看出,在晃動時間為3 min時,樣品的整體形狀發(fā)生變化,分解形態(tài)為尚有黏連的若干塊小片樣品;在晃動時間為5 min時,樣品的整體形狀發(fā)生較大變化,大部分黏連斷裂,分解形態(tài)為絮狀物,同時存在一些成團小塊樣品;在晃動時間為10 min以后,樣品逐步變?yōu)楦?xì)小的絮狀物,并且其中成團的絮狀物不斷變小,并且數(shù)量減少;而當(dāng)晃動時間為3 h時,樣品已經(jīng)變?yōu)榉稚⒌睦w維狀,從分散形態(tài)上看樣品具有較好的物理分散性能。

圖5 1#產(chǎn)品不同晃動時間時分散形態(tài)特征

在試驗中,將能夠通過12.5 mm篩網(wǎng)的樣品部分視為分解部分,將箱體從振蕩平臺上取下,然后將其中的所有物體慢慢倒在孔徑為12.5 mm的多孔篩網(wǎng)上。4種產(chǎn)品在晃動時間為3 h后的分解測試結(jié)果見表3所示,從表3中可以看出,4種產(chǎn)品分別進行6次平行試驗,每次試驗結(jié)果的分解百分比均大于25%,即分解率大于25%的測試次數(shù)占總測試次數(shù)的百分比為100%,可以認(rèn)為4種產(chǎn)品均具有良好的物理分解性能。它們的分解百分比平均值均在72%～78%,這與圖4中產(chǎn)品3 h晃動試驗后的分散形態(tài)測試結(jié)果是一致的。通過試驗,從物理分解性能上,可以從分解百分比上對4種產(chǎn)品的物理分解性能進行排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

表3 4種產(chǎn)品晃動試驗分解百分比 單位:%

2.2 好氧生物分解試驗

對4種可沖散濕巾產(chǎn)品進行好氧生物分解試驗,在該項測試中,平均分解率高于95%則認(rèn)為可沖散濕巾符合好氧生物分解試驗要求。

4種可沖散濕巾產(chǎn)品的好氧生物分解試驗結(jié)果見表4所示,從表4中可以看出,1#樣品和2#樣品進行好氧生物分解試驗后的分解率分別達到99.05%和100%,從表2可沖散濕巾主要原料中可以看出,1#樣品和2#樣品的纖維原材料為原生木漿,所以在好氧微生物環(huán)境中,在酶的作用下得到充分分解;3#樣品包裝標(biāo)識上只注明可沖散無紡布,其分解率為72.38%,在好氧環(huán)境中的生物分解率達不到95%要求,測試不合格;同樣4#樣品包裝標(biāo)識上只注明為水刺無紡布,其分解率為72.46%,在好氧環(huán)境中的生物分解率達不到95%要求,測試不合格,分析認(rèn)為這是因為3#和4#樣品中含有部分不易進行好氧生物分解的化學(xué)纖維。

表4 4種產(chǎn)品好氧生物分解率 單位:%

2.3 厭氧生物分解試驗

對4種可沖散濕巾產(chǎn)品進行厭氧生物分解試驗,在該項測試中,平均分解率高于95%則認(rèn)為可沖散濕巾符合厭氧生物分解試驗要求。

4種可沖散濕巾產(chǎn)品的厭氧生物分解試驗結(jié)果見表5所示。從表5中可以看出,4種樣品在厭氧環(huán)境中的生物分解測試中,分解率均大于95%,均通過了厭氧生物分解試驗,測試合格。分析認(rèn)為這是因為厭氧微生物對纖維有機高分子產(chǎn)生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機物方面更具優(yōu)勢。

表5 4種產(chǎn)品厭氧生物分解率 單位:%

3 結(jié)論

從試驗數(shù)據(jù)分析可以得到下列結(jié)論:

(1)4種可分散濕巾產(chǎn)品在經(jīng)過3 h的晃動試驗后,片狀的濕巾產(chǎn)品完整結(jié)構(gòu)已完全破壞,分解為散纖維狀,其分解百分比平均值均在72%～78%間,這與分散形態(tài)照片結(jié)果保持一致,產(chǎn)品具有較好的物理分散性能。從物理分解性能上4種可沖散濕巾產(chǎn)品排序,分別是1#＞4#＞3#＞2#。

(2)在4種可沖散濕巾產(chǎn)品中,1#產(chǎn)品和2#產(chǎn)品進行好氧生物分解試驗后的分解率分別達到99.05%和100%,分解率高于95%,測試合格,而3#樣品和4#樣品只有72.38%和72.46%,測試不合格。分析認(rèn)為這是因為3#產(chǎn)品和4#產(chǎn)品中含有部分不易進行好氧微生物分解的化學(xué)纖維,目前市場上標(biāo)識具有可沖散性的濕巾產(chǎn)品未必達到真正的分解性能。

(3)4種可沖散濕巾產(chǎn)品在厭氧環(huán)境中的生物分解測試中,分解率均大于95%,樣品均通過了厭氧生物分解試驗,測試合格。分析認(rèn)為這是因為所用厭氧微生物對纖維有機高分子產(chǎn)生的分解作用更加明顯,厭氧微生物在處理難降解大分子有機物方面更具優(yōu)勢。

參考文獻:

[1]鐘 翠,吳海波.原料長度及配比對可沖散性濕巾基材性能的影響[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2014,32(1):35-38.

[2]宣志強.可沖散性濕巾及其非織造布的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].紡織導(dǎo)報,2014,(12):68-71.

[3]宣志強.可沖散性濕法-水刺非織造布濕巾性能分析及設(shè)計要點[J].合成纖維工業(yè),2018,41(1):78-81.

[4]高居義,吳海波.可沖散性濕巾基材水刺加固工藝研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2012,30(5):11-14.

[5]宣志強.國外評價非織造布濕巾可沖散性的七步試驗法[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2016,34(7):35-40.