棉短絨薄膜的浸漬施膠工藝研究*

裴要果 徐 紅 葉 偉 賈珊珊 羅 軍 李群華 胡文軍 張艷杰

(1.新疆大學，烏魯木齊，830046; 2.江南大學，無錫，214122)

棉短絨薄膜的浸漬施膠工藝研究*

裴要果1徐 紅1葉 偉1賈珊珊1羅 軍2李群華1胡文軍1張艷杰2

(1.新疆大學，烏魯木齊，830046; 2.江南大學，無錫，214122)

采用浸漬法對棉短絨纖網施膠，制備棉短絨農用薄膜。對三種施膠用的黏合劑進行了篩選，用正交試驗法研究了浸漬施膠工藝參數(烘燥溫度、膠液濃度和纖網面密度)對農用薄膜性能的影響。試驗結果表明:棉短絨薄膜浸漬施膠的最佳黏合劑是聚乙烯醇(PVA)，最優工藝參數是烘燥溫度100℃、膠液中PVA質量分數2%、纖網面密度35 g/m2，在此條件下可以制得性能指標符合使用要求的綠色環保型的棉短絨農用薄膜。

棉短絨農用薄膜，聚乙烯醇，浸漬法，工藝參數

塑料薄膜因具有提高農作物產量和可以讓高寒地區提前育苗等作用，近20年來在農業中得到廣泛的應用［1］，但同時其負面影響也日趨嚴重。例如:大量的廢棄農膜無法降解，形成“白色污染”，嚴重破壞了農作物生長的土壤環境;塑料農膜含有Pb、Cd等穩定劑，長期使用不僅使土壤受到重金屬的污染，影響農作物品質，而且可通過食物鏈危害到人體健康;塑料農膜的大量使用，也加劇了我國石油資源的緊缺狀況。因此，發展綠色生態薄膜材料迫在眉睫。

新疆有豐富的棉花資源，棉紡廠生產中產生的落棉是一種可利用的資源。利用棉紡廠廢棄的棉纖維制造農用地膜，在充分利用棉花資源、提高棉花產業鏈附加值的同時，還可有效地減少塑料地膜帶來的污染。本文嘗試采用多種黏合劑對棉短絨纖網進行浸漬施膠，對工藝參數進行優化，并對試樣進行應用性能測試分析，以期為進一步開發綠色環保型農膜提供一定的參考。

1 試驗條件

1.1 原料及藥品

原料:棉紡廠的落棉。灰塵含量較多，長度不均，約在8 mm以下。

藥品:液體石蠟，聚乙烯醇(PVA)粉末，改性骨膠(以環氧氯丙烷為交聯劑，采用酸解、共聚交聯法對骨膠進行化學改性的自制產物)，殼聚糖(脫乙酰胺率 ＞90.0%)，冰乙酸。

1.2 試樣制備及工藝

1.2.1 纖網的制備

棉短絨經除雜、制漿、抄造、定型和 烘干等工序制成非織造纖網，其面密度分別為30、35和40 g/m2。

1.2.2 膠液的制備

(1)改性骨膠

改性骨膠的凝固點較低，在室溫條件下呈液態，無需加熱熔融可直接使用，加蒸餾水配制成不同濃度的膠液待用。

(2)PVA溶液

用電子天平取等量的PVA粉末，分別加入一定量的蒸餾水，按照不同濃度要求配制，將其放在水浴鍋內加熱至80℃左右，并不斷攪拌直至完全溶解成透明溶液，待用。

(3)殼聚糖溶液

稱取適量的殼聚糖粉末，加入到質量分數約為1%的冰乙酸溶液中，在90℃的溫度下攪拌5 min至完全溶解，冷卻備用。

1.2.3 試樣制備

采用化學黏合成形法。將纖網浸漬在黏合劑膠液中，使黏合劑均勻地分布在纖網面上，通過在網中構成無數獨立的黏合點，把纖維黏合在一起，讓棉短絨薄膜達到一定的強度要求。纖網和黏合劑黏合的工藝流程是:將平整的纖網送入浸漬槽，上膠后的纖網經壓輥擠壓，將多余的膠液去除，再經烘干、整理制成非織造薄膜試樣。為了提高制成薄膜的透明度，在浸漬施膠前可選用透明劑液體石蠟進行處理。

1.3 測試儀器及測試指標

1.3.1 強力

應用DC-KZ300C型電腦測控抗張試驗機，按照《最新造紙工業測試方法與產品標準手冊》中關于《紙和紙張抗張強度的測試方法》(GB/T 453—1989)測試不同條件下制得的樣品的強力，每個樣品進行10次平行試驗。

1.3.2 透氣性與透濕性

透氣性通常以一定條件下樣品的透氣量來衡量，表示單位時間內透過試樣單位面積的空氣流量。采用 YG461E型數字式透氣量儀，按照GB/T 5453—1997標準進行測試。

透濕性表示樣品透過水蒸氣的性能。應用YG601-Ⅱ電腦式織物透濕儀，按照 GB/T 12704.1—2009標準進行測試，每個樣品進行10次平行試驗。

1.3.3 厚度

采用J-HDY04紙厚度測定儀，測試不同樣品的厚度。

2 三種黏合劑綜合性能比較試驗

分別用改性骨膠、殼聚糖和PVA配制成三種黏合劑膠液，對纖網進行浸漬施膠，并對其制得的試樣進行性能測試。試驗基本參數:纖網面密度35 g/m2，烘燥溫度100℃，膠液中黏合劑質量分數2%。用三種不同黏合劑浸漬后的試樣其性能測試結果見表1。

表1 用三種黏合劑浸漬后試樣的性能測試結果

由表1可以看出:三種黏合劑中，用改性骨膠施膠的試樣雖具有一定的透氣性和透濕性，但干強和濕強均較低;用PVA施膠的試樣在透氣性和透濕性方面雖稍遜于用殼聚糖施膠的試樣，但在干強、濕強和厚度方面的性能均優于后者;用殼聚糖施膠的試樣成本是用PVA施膠的試樣成本的近3倍，這在實際應用中大大增加了推廣殼聚糖黏合劑的難度。綜合考慮樣品性能和農膜成本等因素，最終本試驗確定PVA為理想的黏合劑，并對其黏合效果作進一步的研究和分析。

3 PVA施膠試驗

3.1 試驗方案

影響棉短絨農膜性能的主要因素是棉短絨薄膜的面密度、膠液的濃度和烘燥溫度，通過預試驗和參考有關資料，對三個因素的水平定量見表2。

表2 正交試驗因素水平表

對經過施膠后的試樣進行各項性能測試，且以透氣性、透濕性、強力和試樣厚度作為參考指標，正交試驗結果見表3。

3.2 試驗結果討論

3.2.1 斷裂強力

試樣斷裂強力的極差分析結果見表4。

由表4數據可知，膠液濃度對樣品的干強和濕強影響最大。隨著膠液濃度的增加，強力呈現先升高后降低的趨勢;當膠液中PVA質量分數為2%時，干強和濕強最大。樣品的強力主要靠纖維間的抱合和疊加作用實現。當膠液浸透了棉纖維之間的空隙后，纖網就成了膜體，纖維被牢牢黏合在一起。隨著膠液濃度的增大，試樣的斷裂強力有明顯的增加，但當膠液中PVA質量分數增大到3%時，斷裂強力有所降低，手感變硬。這是因為當纖維表面的膠液量增加到一定程度時，纖維表面和纖維間隙中的膠液已處于飽和狀態，再增加膠液濃度，膠液也很難再在纖維表面積累，此時的試樣比較硬且脆，影響到斷裂強力。

表3 以PVA為施膠液的正交試驗結果

表4 斷裂強力的極差分析

3.2.2 通透性能

試樣通透性能的極差分析結果見表5。

表5 通透性能的極差分析

由表5數據可知，影響試樣通透性的主要因素依次是烘燥溫度、膠液濃度和纖網面密度。烘燥溫度會直接影響膠膜的鋪展，進而影響施膠效果。當烘燥溫度為80℃時，試樣表面有可見的孔隙及裸露的纖維，這表明在80℃的烘燥溫度下膠液不能使試樣中的纖維很好地黏合，其對試樣的覆蓋性較差;當烘燥溫度達到120℃時，施膠膜鋪展均勻，但是試樣的顏色偏黃，手感變硬且脆，不適于實際應用;而當烘燥溫度為100℃時，施膠液得到很好的浸透鋪展，膠膜鋪展均勻，覆蓋較好，同時具有較好的通透性。

3.2.3 厚度

試樣厚度的極差分析結果見表6。

表6 厚度的極差分析

由表6數據可知，三個因素對試樣厚度的影響程度是纖網面密度＞膠液濃度＞烘燥溫度，試樣本身的面密度較大時，其厚度也相應變大。在保證試樣各項性能的前提下，面密度以35 g/m2為最佳。

從試驗結果還可得知:在纖網面密度一定的情況下，如果膠液濃度增加，薄膜厚度也有增大的趨勢;烘燥溫度直接影響膠膜的鋪展，若溫度過低，非織造纖網不易烘干，容易起毛且表面不平整，進而影響試樣厚度的均勻性。

綜上分析，較優的工藝組合為A2B2C2，即烘燥溫度為100℃、膠液中PVA質量分數為2%，纖網面密度為35 g/m2。

4 結論

(1)在本研究所選用的改性骨膠、PVA和殼聚糖三種黏合劑中，對于制造農膜PVA是最為合適的黏合劑。

(2)用PVA膠液對纖網進行浸漬施膠，其最優工藝參數為:烘燥溫度100℃，膠液中PVA質量分數2%，纖網面密度35 g/m2。在該條件下可以制得性能指標符合使用要求的綠色環保型的棉短絨農膜。

［1］呂江南，王朝云，易永健.日本農用地膜生產及應用現狀考察報告［J］.中國麻業科學，2007，29(6):358-363.

［2］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海:東華大學出版社，2004.

［3］盛偉，羅軍.紙基棉短絨地膜的研制與表征［J］.產業用紡織品，2009，27(3):9-12.

［4］黃晨，韓曉建，方麗娜.浸漬粘合法制備棉絲非織造地膜及其表征［J］.紡織學報，2007，28(12):1-2.

［5］邱輝，李仲謹，朱雷，等.改性骨膠膠黏劑的制備與表征［J］.科研報告，2009，18(11):1-3.

Study on impregnation and sizing process to cotton linter film

Pei Yaoguo1，Xu Hong1，Ye Wei1，Jia Shanshan1，Luo Jun2，Li Qunhua1，Hu Wenjun1，Zhang Yanjie2
(1.Xinjiang University; 2.Jiangnan University)

Cotton linter film web was sized by impregnation treatment and prepared cotton linter film for agriculture.Three kinds of adhesives were selected and by orthogonal experiment influence of impregnation process parameters such as dry temperature and latex concentration as well as web area density on property of agriculture film were studied.The results indicated that the optimum adhesive used as impregnation latex was PVA，and the optimum process parameters were dry temperature of 100℃，PVA mass fraction of 2%in latex and web area density of 35 g/m2.Under the above process conditions environmental friendly cotton linter agriculture film with acceptable performance could be prepared.

cotton linter film for agriculture，PVA，impregnation，technique parameter

TS174.4

A

1004－7093(2012)07－0025－04

*新疆維吾爾自治區教育廳項目(XJEDU2008I36);新疆大學校院聯合資助項目(07020423)

2011－09－26;修改稿:2012－02－20

裴要果，女，1987年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是新型紡織材料。