无纺土工布耐酸碱性探究

解井坤，李建新，褚兆晶(浩阳环境股份有限公司，山东 德州 251200)

无纺土工布耐酸碱性探究

解井坤，李建新，褚兆晶(浩阳环境股份有限公司，山东 德州 251200)

以涤纶长丝无纺土工布、涤纶短纤无纺土工布以及丙纶短纤无纺土工布为研究对象，考察了不同pH(酸碱)条件下涤纶长丝无纺土工布的耐腐蚀性，时间对无纺土工布耐腐蚀性的影响，不同克重(每平方米)的涤纶长丝和涤纶短纤无纺土工布的耐腐性以及丙纶短纤和涤纶短纤无纺土工布的耐腐蚀性比较。结果表明：在pH=2～10的酸碱环境中，涤纶长丝和涤纶短纤无纺土工布具有良好的耐受性；在pH≥12的环境中，涤纶长丝无纺土工布短时间内其断裂拉伸性能即完全丧失，涤纶短纤无纺土工布较之涤纶长丝有较好的耐受性；丙纶短纤无纺土工布无论在强酸和强碱环境中都具有良好的耐受性，而且其在强酸环境中的性能优于涤纶短纤无纺土工布。

无纺土工布； 耐酸碱性； 涤纶长丝； 涤纶短纤

1 前言

无纺土工布是通过纤维成网和固结的方法制成，纤维呈三维结构，具有良好的延伸性和力学性能，可选用不同的原料和工艺，设计成具有广泛结构特征与不同性能的织物[1]。由于其性能优异、加工简单、成本较低等特点，已成为当今世界土工布发展的主要方向，占土工布市场份额的60%以上[2]。非织造土工布用途多种多样，在工程中的应用功能可以概括为加强、防护、排水、过滤和隔离5种[3]。目前广泛应用于公路和铁路的路基加强，海岸、河岸的保护，水土流失的控制，桥墩、隧道、岩洞、抗洪救灾工程以及垃圾填埋场、危险废物填埋场、矿山尾矿库的防渗工程[4]。

不同填埋场中的固体废弃物种类各异，各种矿山所产生的矿渣也各不相同，从而使得填埋场和尾矿库产生的渗滤液具有不同的酸碱特性。例如垃圾卫生填埋场由于有机物的降解往往产生大量的酸性物质使得其所产生的渗滤液呈现酸性[5]；赤泥尾矿库由于在氧化铝的冶炼过程中使用强碱氢氧化钠作为溶出剂，使得所产生的赤泥及其附液具有强碱性[6]，此外，金尾矿的pH为10～12[7]，磷石膏的pH为1.5～4.5[8]。工程应用中，不同的酸碱暴露环境往往引起无纺土工布的物理化学性能不同程度的下降，从而对整个工程的质量产生不良影响。

目前，人们对无纺土工布的耐腐蚀性还只是笼统的认识，无法给工程设计、材料选择提供准确充足的数据支持，从而对工程的实际效果产生影响。因此本文从以下4个方面进行了研究：①不同pH(酸碱)条件下的无纺土工布耐腐蚀性；②不同暴露时间下的无纺土工布耐腐蚀性；③不同克重的长丝和短纤无纺土工布的耐腐蚀性；④不同种类的无纺土工布的耐腐性对比。通过本次研究能够为无纺土工布的耐腐蚀性提供系统全面的数据支持，同时为无纺土工布在工程中的应用选择提供理论和技术支持。

2 材料与方法

2.1 材料

本试验所用无纺土工布均为本公司(山东浩阳新型工程材料股份有限公司)检验合格的产品，其中包括：200g/m2的涤纶长丝、涤纶短纤、丙纶短纤；400g/m2的涤纶长丝、涤纶短纤；600g/m2的涤纶长丝、涤纶短纤。PH计(PHS- 3C)，电热恒温水浴锅(XMTD- 7000)，氢氧化钠(分析纯)，浓硫酸(分析纯)。本试验的拉伸性能以断裂强力和断裂伸长率表示(断裂强力为在规定条件下进行的拉伸试验过程中，试样被拉断记录的最大力为断裂强力。断裂伸长率为对应于断裂强力的伸长率)。

2.2 试验方法

2.2.1 不同pH对无纺土工布性能的影响

①配制pH为2、4、6、8、10、12的溶液，满足对无纺土工布的浸没，并分别对其编号；②取相同规格的涤纶长丝土工布(200g/m2，20cm×8cm)，向①中配制的每种pH溶液中浸没两块无纺土工布(结果取其平均值)，用保鲜膜将烧杯密封；③将烧杯放入60℃恒温水浴锅中，每天晃动或搅动烧杯一次使其充分均匀；④7d后取出样品用清水冲洗干净，常温下自然干燥，测定每个样品的拉伸性能。

2.2.2 时间对无纺土工布性能的影响

①配制pH为2和12的溶液如上面2.2.1中①；②取相同规格的涤纶长丝无纺土工布10块(200g/m2，20cm×8cm)，向pH为2和14的溶液中分别浸入12块，用保鲜膜密封；③分别在3、5、7、10、15、20d后各取出两块试样，用清水冲洗干净后，常温自然干燥，测定其拉伸性能(取平均值作为计算数值)，过程中注意观察pH的变化并修正。

2.2.3 不同克重的涤纶长丝无纺布和涤纶短纤无纺布耐酸碱性分析

①配置pH为2和14的溶液见2.2.1中①，每个pH值配置6个试验组；②取200g/m2的长丝无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；取200g/m2的短纤无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；取400g/m2的长丝无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；取400g/m2的短纤无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；取600g/m2的长丝无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；取600g/m2的短纤无纺土工布2块分别加入一组pH为2和12的溶液中；③用保鲜膜将烧杯密封，7d后将样品取出，用清水冲洗干净，恒温干燥后测定其拉伸性能(取平均值作为计算数值)。

2.2.4 涤纶短纤和丙纶短纤无纺土工布耐酸碱性比较

①配制pH为2和14的溶液，见2.2.1中①，每个pH设置一个试验组；②取相同规格的PP短纤无纺土工布(200g/m2，20cm×8cm)4块，向pH为2和12的溶液中分别加入2块；取相同规格的涤纶短纤无纺土工布(200g/m2，20cm×8cm)4块，向pH为2和12的溶液中分别加入2块；③用保鲜膜密封烧杯，7d后取出样品，用清水清洗干净，常温自然干燥后测其拉伸性能(取平均值作为计算数值)。

3 结果与分析

3.1 不同pH对无纺土工布性能的影响

通过配制不同pH的溶液来模拟无纺土工布在自然界所处的不同酸碱环境，用以探究无纺土工布在不同酸碱条件下的性能变化，进而针对不同酸碱环境的垃圾填埋场、危险废物填埋场以及矿山尾矿库工程的无纺土工布的选择应用和应用检测提供指导。本试验采用同一批次的相同规格的涤纶长丝无纺土工布(200g/m2，20cm×8cm)在不同pH溶液中浸没7d，根据所测得的断裂强力和断裂伸长率绘制pH—断裂强力—断裂伸长率关系曲线，如图1。从图1中可以看出经过7d不同pH的浸没，在pH=2～10范围内断裂强力和断裂伸长率较之原始数值都有所下降，但都保持一个较高的水平，如断裂强力和断裂伸长率的原始数值为9.76kN/m和78.2%，在pH=6时断裂强力和断裂伸长率最低分别为8.09kN/m和68.50%，较之原始数据分别下降了17.1%和12.4%。说明在pH=2～10范围内，短时间的酸碱环境对涤纶无纺土工布的拉伸性能影响较小，另外在pH=2时，涤纶无纺土工布保有较大的断裂强力和断裂伸长率，而在pH=12时，涤纶无纺土工布已基本溶解，其拉伸性能完全丧失，说明涤纶无纺土工布耐强酸性能较好，有一定的耐碱性，但耐强碱能力较差，所以对涤纶无纺土工布在强碱环境中的应用应慎重。

图1 不同pH对无纺土工布拉伸性能的影响

3.2 时间对无纺土工布耐腐蚀性的影响

为了探究应用于强酸和强碱环境中的无纺土工布其拉伸性能随时间的变化，本试验取同一批次相同规格的涤纶无纺土工布(200g/m2，20cm×8cm)在pH=2和pH=12的溶液中分别浸没3、5、7、10、15、20d，得到了断裂强力和断裂伸长率随时间的变化曲线如图2。从图2中可以看出无论是强酸和强碱条件下，涤纶长丝无纺土工布的断裂强力和断裂伸长率都随着时间的增长而降低，但在强酸环境中，断裂强力和断裂伸长率的下降速率较慢，浸没5d后分别下降了2.1%和9.56%，浸没20d后断裂强力和断裂伸长率分别下降了25.7%和17.14%，然而在强碱环境中，涤纶长丝无纺土工布的断裂强力和断裂伸长率都随时间的增长迅速下降，浸没5d的断裂强力和断裂伸长率分别下降86.4%和41.8%，7d后的涤纶无纺土工布已经完全丧失拉伸性能。进一步验证了涤纶长丝无纺土工布不耐强碱，但具有良好的耐强酸性能，并且在长时间的强酸环境中能较好的保持其强力和拉伸性能，而对于强碱环境，涤纶长丝无纺土工布短时间内即丧失其强力和拉伸性能。

图2 时间对无纺土工布耐酸碱性的影响

3.3 不同克重的涤纶长丝无纺布和涤纶短纤无纺布耐酸碱性分析

本试验分别对200、400、600g/m2的涤纶长丝无纺土工布和涤纶短纤无纺土工布进行了7d的强酸强碱浸渍试验，对不同克重的长丝和短纤无纺土工布在强酸和强碱环境的强力和拉伸性能进行了分析探讨，见图3和图4。

图3 断裂强力和断裂伸长率与克重(每平方米)之间的关系(涤纶长丝)

图4 断裂强力和断裂伸长率与克重(每平方米)之间的关系(涤纶短纤)

图3为涤纶长丝无纺土工布浸渍7d后克重与断裂强力和断裂伸长率的关系图，从图3中可以看出，在强酸环境中(pH=2)，200、400、600g/m2涤纶长丝无纺土工布的断裂强力和断裂伸长率在浸渍后都处在一个较高的水平，如表1所示。200g/m2试样浸渍后较空白样的断裂强力有微小的增长，可能是由于浸渍样品和空白样品之间的不同而产生的误差，对于400、600g/m2试样的断裂伸长率的增长说明断裂伸长率和断裂强力并非同比例和同趋势变化。在强碱环境中(pH=12)，200、400、600g/m2涤纶长丝无纺土工布的断裂强力和断裂伸长率在浸渍后都出现了明显的下降，其断裂强力下降顺序为100%(200g/m2)>89.1%(600g/m2)>85.6%(400g/m2)，断裂伸长率下降顺序为100%(200g/m2)>35.6%(600g/m2)>33.2%(400g/m2)，如表1所示。说明在强碱环境中，涤纶无纺土工布的耐受性较差，克重的增大并不能很好地增大其断裂强力和断裂拉伸性能，由此可以避免不良的选择而造成不必要的经济损失。

表1 涤纶长丝断裂强力和断裂伸长率下降百分比

图4为涤纶短纤无纺土工布浸渍7d后克重与断裂强力和断裂伸长率的关系图，从图4中可以看出，在强酸环境中(pH=2)，200、400、600g/m2涤纶短纤无纺土工布和涤纶长丝无纺土工布类似，断裂强力和断裂伸长率在浸渍后都处在一个较高的水平，如表2所示。在强碱环境中(pH=12)，200、400、600g/m2涤纶短纤无纺土工布的断裂强力和断裂伸长率在浸渍后也出现了下降，其断裂强力下降顺序为73.3%(200g/m2)>62%(400g/m2)>52.1%(600g/m2)，断裂伸长率下降顺序为41.9%(600g/m2)>37.6%(200g/m2)>24%(400g/m2)，如表2所示。说明涤纶短纤在强碱环境中的耐受性也不是很好，但较之涤纶长丝有明显的改善，且克重的增加也使得其断裂强力增大，而断裂伸长率的变化规律并不依附于克重的变化。

表2 涤纶短纤断裂强力和断裂伸长率下降百分比

3.4 涤纶短纤和PP短纤无纺土工布耐酸碱性比较

本试验对比了涤纶短纤和PP短纤无纺土工布在强酸强碱环境中的断裂拉伸性能，其结果如图5所示。在强酸环境中(pH=2)，PP短纤和涤纶短纤无纺土工布浸渍后都保持较好的断裂拉伸性能，断裂伸长率处于同一水平，但是PP短纤无纺土工布的断裂强力明显高于涤纶短纤无纺土工布。在强碱环境中(pH=12)，PP短纤无纺土工布浸渍后，断裂强力和断裂伸长率和空白样品基本处于同一水平，而涤纶短纤无纺土工布浸渍后，断裂强力和断裂伸长率都出现了明显的下降，尤其是断裂强力下降了73.3%。说明了PP短纤具有优良的耐强酸强碱特性，并且在强酸环境中的断裂拉伸性能较之涤纶短纤更好。

图5 PP短纤和涤纶短纤耐酸碱性比较分析

4 结论

(1)在pH=2～10的酸碱环境中，涤纶长丝和涤纶短纤无纺土工布具有良好的耐受性。

(2)在pH≥12的环境中，涤纶长丝无纺土工布短时间内其断裂拉伸性能即完全丧失，涤纶短纤无纺土工布较之涤纶长丝有较好的耐受性。

(3)在强酸环境中，随着克重(每平方米)的增加涤纶短纤和涤纶长丝无纺土工布的性能都呈增大趋势；在强碱环境中，随着克重(每平方米)的增大涤纶长丝无纺土工布对其耐受性能的改善并不明显，而涤纶短纤无纺土工布的耐受性能则逐渐增大。

(4)丙纶短纤无纺土工布无论在强酸和强碱环境中都具有良好的耐受性，而且其在强酸环境中的性能优于涤纶短纤无纺土工布。

因此，对于不同酸碱环境的填埋场和矿山尾矿库，可根据耐酸碱特性选择不同规格、不同种类的无纺土工布用于防渗工程的反滤材料和膜的保护层以及用于三维复合排水网、膨润土防水毯(GCL)、复合土工膜的结构组成。例如，当酸碱环境为pH<10时，可选择涤纶长丝、涤纶短纤或者丙纶无纺土工布，当酸碱环境为强碱时即pH≥12时，短时间的应用可选择涤纶短纤或者丙纶无纺土工布，当长时间应用时应选择丙纶无纺土工布。

由于不同填埋场和矿山尾矿库的渗滤液成分十分复杂，无纺土工布的性能不仅仅受到酸碱环境的影响，往往其他成分也会对无纺土工布的性能产生一定的影响，需要进一步深入探究，以获得更为完善的数据，为工程的建设提供准确的指导。

[1] 熊 葳.非织造土工布的发展和应用[J].轻纺工业与技术,2010,(4):19.

[2] 姜瑞明,钱竞芳.聚丙烯纺粘法针刺非织造土工布应用前景分析[J].山东纺织科技,2015,(4):39-42.

[3] 廖颖娟,贺志斌,钟 鸣.非织造土工布的工程特性及应用[J].南昌水专学报,2003,22(4):49-51.

[4] 范晓玲,郭秉臣.非织造土工布的开发应用[J].非织造布,2001,(1):37-40.

[5] 王莹莹.西安市江村沟垃圾填埋场渗滤液对周边生态环境的影响研究[D].西安:长安大学,2008.

[6] 房永广.高碱赤泥资源化研究及其应用[D].武汉:武汉理工大学,2010.

[7] 张友轩,王 卉.从低品位含金尾矿中氰化浸出金[J].湿法冶金,2008,27(4):225-226.

[8] 安 全,刘 方,杨爱江.赤泥及粉煤灰处理磷石膏堆场废水的方案筛选及评价[J].环境科学导刊,2011,30(3):67-70.

Research on acid and alkali resistance of non-woven fabric

Taking polyester filament non-woven geotextile, polyester staple fiber non-woven geotextile and polypropylene staple fiber non-woven geotextile as the research objects, the corrosion resistance of polyester filament non-woven geotextile under different pH (acid and alkali), the effect of time on the corrosion resistance of non-woven fabric were studied. The corrosion resistance of different weight (per square meter) of polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles, and the corrosion resistance of polypropylene staple fiber and polyester staple fiber non-woven geotextiles were compared separately. The result showed that polyester filament and polyester staple fiber non-woven geotextiles had good tolerance when pH=2～10. When pH≥12 the tensile properties of polyester filament non-woven geotextile completely lost within a short time and the tolerance of polyester staple fiber non-woven geotextile was better than polyester filament non-woven geotextile. Polypropylene staple fiber non-woven geotextile had good tolerance both in acid and alkali environment, and in strong acid environment the polypropylene staple fiber non-woven geotextile was superior to polyester staple fiber non-woven geotextile.

non-woven fabric; acid and alkali resistance; polyester filament; polyester staple fiber

TB302

A

解井坤(1989-)，男，山东聊城人，硕士，主要从事固体废弃物和矿山尾矿库方面的技术研究工作。