可冲散湿巾分解性能测试研究

王向钦,倪冰选,孙现伟

(广州纤维产品检测研究院,广东 广州511447)

随着国民经济水平发展和人们生活质量的不断提高,湿巾作为日常生活中的一种清洁用品,具有使用舒适、携带方便等优点,人们使用湿巾的场合和范围越来越广泛,可以预期湿巾市场前景广阔。但是湿巾产品使用后废弃所带来的环境问题也凸显,如填埋或焚烧所带来的环境污染等[1],因此人们开始研究可冲散湿巾产品,以期在使用方便舒适的同时,不给环境带来负担,可冲散型湿巾将是未来湿巾产品的发展方向。可冲散性湿巾能够在水中被冲击分散,通过室内的抽水马桶系统,能够在通过整个城市下水道和污水处理系统过程中实现自然分解/降解,可有效解决普通湿巾所带来的环境污染问题[2-3]。

目前国内在可冲散湿巾生产工艺方面的研究逐渐增多,开发生产出了各种工艺及原材料的可冲散湿巾产品,我国销售市场上也越来越多地出现标识为可冲散的湿巾产品,但是目前我国对这类产品的测试评价方法则相对滞后,是否真正具备可冲散性需要进一步评估。湿巾可冲散性应包括以下几个方面:第一,在产品预期使用条件下,能够顺利通过马桶和排水管道系统,分解为散纤维不发生堵塞和损坏;第二,与污水运输系统、污水处理系统以及循环再利用系统相容;第三,在合理的时间内发生生物分解/降解作用,变得无法认出,对环境友好[4]。目前国际上关注度和认可度比较高的测试方法是由欧洲非织造布协会(EDANA)和北美非织造布协会(INDA)联合制订的《一次性无纺布产品可冲散性能评估指南(第三版)》(Guidelines for Assessing the Flushability of Disposable Nonwoven Products(The third edition)),这是一个综合测试评价可冲散非织造产品在马桶、下水道、市政系统中可冲洗性、堵塞性、分散性、分解及降解性的测试评价指南,该评估指南包括7个试验内容:(1)抽水马桶及下水道清洁试验;(2)晃动箱分解试验;(3)家庭泵试验;(4)沉淀试验;(5)好氧生物分解/降解试验;(6)厌氧生物分解/降解试验;(7)市政排污泵试验[5]。

具有良好物理分解性能和生物分解性能的产品是可冲散湿巾能够进入马桶及下水道的要求之一,分解性能差的产品则将增加下水道或市政输送系统发生堵塞的几率。将从市场上购买的4种标识为可冲散的湿巾产品进行分解性能测试,测试步骤和参数按照《一次性无纺布产品可冲散性能评估指南(第三版)》,以期对这4种可冲散湿巾的分解性能进行评估研究,分别进行了晃动箱物理分解、好氧生物分解、厌氧生物分解试验等,并对测试过程和结果进行表征,分析市场上可冲散湿巾产品的分解性能。

1 试验部分

1.1 样品

从市场上购买的4种标识为可冲散的湿巾产品,其产品参数见表1所示,主要原料成分见表2所示。

表1 4种可冲散湿巾产品参数

表2 4种可冲散湿巾产品主要原料

1.2 仪器

(1)晃动试验仪

晃动试验仪如图1所示,晃动箱能够设定一定的速率前后振荡,达到规定振荡时间能够自动停止,自制。

(2)好氧生物分解试验仪

好氧生物分解试验仪和实验瓶如图2所示,采用型号为Thermo scientific MAXQ 3000型旋转振动台。

(3)厌氧生物分解试验仪

厌氧生物分解试验仪如图3所示,采用型号为Plas-Labs 855AC的厌氧箱。

图1 晃动试验仪

1.3 试验方法

依照《一次性无纺布产品可冲散性能评估指南(第三版)》中测试步骤和参数进行试验,试验内容主要包括三个部分:晃动箱物理分解试验、好氧生物分解试验和厌氧生物分解试验,通过试验研究市场上可冲散湿巾产品的物理分解性能和生物分解性能。

(1)晃动箱分解试验。该试验用于模拟可冲散湿巾在水中受到机械搅拌时发生分解的能力,采用晃动试验仪进行试验。可冲散湿巾产品放在3个透明塑料箱内,塑料箱如图1所示,在凸轮和杠杆的带动下以26 r/min的速度振荡3 h,计算每个产品的分解百分比,作为表征物理分解程度的物理量。试验将通过12.5 mm筛网的样品部分视为分解部分,分解百分比以通过筛网的部分(分解部分)样品干重占原始样品干重的百分数表示,测试结果包括每次试验的分解百分比,同时计算分解百分比大于25%的测试次数占总测试次数的比例。

图2 好氧生物分解试验仪

图3 厌氧生物分解试验仪

(2)好氧生物分解试验。该分解试验用于表征可冲散湿巾在活性污泥液体中经过14 d以后,分解成小于1 mm的样品部分所占的百分比。采用Thermo scientific MAXQ 3000型旋转振动台,实验室环境温度为(22±3)℃,样品放在盛有1 L活性污泥的2.8 L三角烧瓶中,三角烧瓶放置在旋转振动台上搅拌以便污泥与空气充分接触,在14 d的测试结束时,将烧瓶中的物质通过1 mm的筛网清洗,保留在筛网上的部分进行回收,干燥并称重,分解率为通过筛网的部分占总量的百分数。

(3)厌氧生物分解试验。该分解试验用于表征可冲散湿巾在厌氧污泥中经过28 d后,分解成小于1 mm的部分所占的百分比。采用Plas-Labs 855AC厌氧箱,实验室环境温度为(35±3)℃,样品放在盛有1.5 L厌氧消化池污泥的2.0 L测试容器中,在28 d测试结束后,将容器中的物质通过1 mm的筛网清洗,保留在筛网上的部分进行回收,干燥并称重,分解率为通过筛网的部分占总量的百分数。

2 结果与讨论

2.1 晃动箱分解试验

在3 h晃动时间结束后,拍照记录晃动箱内湿巾产品的形态特征。1#～4#湿巾产品的分散形态特征见图4所示,从图4中可以看出,4种可分散湿巾产品在经过3 h的晃动试验后,片状的湿巾产品完整结构已完全破坏,已经分解为散纤维状,产品具有较好的物理分散性能。

图4 4种产品在晃动时间为3 h的分散形态特征

对1#产品进行晃动试验过程中,分别拍照记录不同晃动时间后(3、5、10、15、30 min,3 h)样品的分解形态特征。不同晃动时间后1#湿巾产品分解形态见图5所示。从图5中可以看出,在晃动时间为3 min时,样品的整体形状发生变化,分解形态为尚有黏连的若干块小片样品;在晃动时间为5 min时,样品的整体形状发生较大变化,大部分黏连断裂,分解形态为絮状物,同时存在一些成团小块样品;在晃动时间为10 min以后,样品逐步变为更细小的絮状物,并且其中成团的絮状物不断变小,并且数量减少;而当晃动时间为3 h时,样品已经变为分散的纤维状,从分散形态上看样品具有较好的物理分散性能。

图5 1#产品不同晃动时间时分散形态特征

在试验中,将能够通过12.5 mm筛网的样品部分视为分解部分,将箱体从振荡平台上取下,然后将其中的所有物体慢慢倒在孔径为12.5 mm的多孔筛网上。4种产品在晃动时间为3 h后的分解测试结果见表3所示,从表3中可以看出,4种产品分别进行6次平行试验,每次试验结果的分解百分比均大于25%,即分解率大于25%的测试次数占总测试次数的百分比为100%,可以认为4种产品均具有良好的物理分解性能。它们的分解百分比平均值均在72%～78%,这与图4中产品3 h晃动试验后的分散形态测试结果是一致的。通过试验,从物理分解性能上,可以从分解百分比上对4种产品的物理分解性能进行排序,分别是1#＞4#＞3#＞2#。

表3 4种产品晃动试验分解百分比 单位:%

2.2 好氧生物分解试验

对4种可冲散湿巾产品进行好氧生物分解试验,在该项测试中,平均分解率高于95%则认为可冲散湿巾符合好氧生物分解试验要求。

4种可冲散湿巾产品的好氧生物分解试验结果见表4所示,从表4中可以看出,1#样品和2#样品进行好氧生物分解试验后的分解率分别达到99.05%和100%,从表2可冲散湿巾主要原料中可以看出,1#样品和2#样品的纤维原材料为原生木浆,所以在好氧微生物环境中,在酶的作用下得到充分分解;3#样品包装标识上只注明可冲散无纺布,其分解率为72.38%,在好氧环境中的生物分解率达不到95%要求,测试不合格;同样4#样品包装标识上只注明为水刺无纺布,其分解率为72.46%,在好氧环境中的生物分解率达不到95%要求,测试不合格,分析认为这是因为3#和4#样品中含有部分不易进行好氧生物分解的化学纤维。

表4 4种产品好氧生物分解率 单位:%

2.3 厌氧生物分解试验

对4种可冲散湿巾产品进行厌氧生物分解试验,在该项测试中,平均分解率高于95%则认为可冲散湿巾符合厌氧生物分解试验要求。

4种可冲散湿巾产品的厌氧生物分解试验结果见表5所示。从表5中可以看出,4种样品在厌氧环境中的生物分解测试中,分解率均大于95%,均通过了厌氧生物分解试验,测试合格。分析认为这是因为厌氧微生物对纤维有机高分子产生的分解作用更加明显,厌氧微生物在处理难降解大分子有机物方面更具优势。

表5 4种产品厌氧生物分解率 单位:%

3 结论

从试验数据分析可以得到下列结论:

(1)4种可分散湿巾产品在经过3 h的晃动试验后,片状的湿巾产品完整结构已完全破坏,分解为散纤维状,其分解百分比平均值均在72%～78%间,这与分散形态照片结果保持一致,产品具有较好的物理分散性能。从物理分解性能上4种可冲散湿巾产品排序,分别是1#＞4#＞3#＞2#。

(2)在4种可冲散湿巾产品中,1#产品和2#产品进行好氧生物分解试验后的分解率分别达到99.05%和100%,分解率高于95%,测试合格,而3#样品和4#样品只有72.38%和72.46%,测试不合格。分析认为这是因为3#产品和4#产品中含有部分不易进行好氧微生物分解的化学纤维,目前市场上标识具有可冲散性的湿巾产品未必达到真正的分解性能。

(3)4种可冲散湿巾产品在厌氧环境中的生物分解测试中,分解率均大于95%,样品均通过了厌氧生物分解试验,测试合格。分析认为这是因为所用厌氧微生物对纤维有机高分子产生的分解作用更加明显,厌氧微生物在处理难降解大分子有机物方面更具优势。

参考文献:

[1]钟 翠,吴海波.原料长度及配比对可冲散性湿巾基材性能的影响[J].产业用纺织品,2014,32(1):35-38.

[2]宣志强.可冲散性湿巾及其非织造布的技术发展现状[J].纺织导报,2014,(12):68-71.

[3]宣志强.可冲散性湿法-水刺非织造布湿巾性能分析及设计要点[J].合成纤维工业,2018,41(1):78-81.

[4]高居义,吴海波.可冲散性湿巾基材水刺加固工艺研究[J].产业用纺织品,2012,30(5):11-14.

[5]宣志强.国外评价非织造布湿巾可冲散性的七步试验法[J].产业用纺织品,2016,34(7):35-40.