兩種用木漿紙水刺復(fù)合的可沖散非織造材料的性能對(duì)比

(東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海，201600)

目前個(gè)人護(hù)理用濕巾在全球擦拭巾市場(chǎng)中所占份額為65%，在拉丁美洲則高達(dá)99%，濕巾已經(jīng)成為生活中必不可少的一種清潔用品［1］。據(jù)調(diào)查，個(gè)人護(hù)理用濕巾市場(chǎng)40%以上屬于“絕對(duì)需要可沖散性”的范疇。一方面，可沖散性濕巾符合環(huán)境友好產(chǎn)品的范疇，無(wú)需焚燒處理;另一方面，人們習(xí)慣將廁用濕巾隨手丟入馬桶內(nèi)，可沖散性濕巾能減少堵塞下水道的可能性。

濕巾基材為非織造材料。添加可分散黏合劑可使非織造材料具有可沖散性，效果顯著，然而化學(xué)試劑的加入對(duì)人體有害。本文采用水刺加固方法將木漿紙分別與黏膠纖維和滌綸短纖維梳理制成的纖維網(wǎng)復(fù)合，制得復(fù)合非織造材料，并對(duì)比分析兩者的性能差異，以探索制備對(duì)人體無(wú)害的可沖散非織造材料的途徑。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品制備

分別對(duì)黏膠纖維(1.67 dtex×38 mm)和滌綸短纖維(1.33 dtex×51 mm)進(jìn)行梳理，直接成網(wǎng)，然后與木漿紙復(fù)合，通過(guò)水刺加固機(jī)進(jìn)行水刺，制成兩種不同原料組成的木漿紙水刺復(fù)合非織造材料。兩種復(fù)合非織造材料的面密度均為60 g/m2，復(fù)合原料的配比為1∶1(質(zhì)量比)。兩種材料的表面形態(tài)掃描電鏡(SEM)照片見(jiàn)圖1。

圖1 兩種水刺復(fù)合非織造材料的掃描電鏡照片

1.2 性能測(cè)試

1.2.1 縱橫向斷裂強(qiáng)力

儀器:HD026N+型電子織物強(qiáng)力儀。

測(cè)試方法:干態(tài)斷裂強(qiáng)力參照紙張測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24328.3—2009《衛(wèi)生紙及其制品第3部分:抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和抗張能量吸收的測(cè)定》;濕態(tài)強(qiáng)力測(cè)試是將試樣彎成環(huán)狀浸入到蒸餾水或去離子水中5 min，取出后用濾紙輕輕拭去表面的水，在與干態(tài)試樣相同參數(shù)的條件下測(cè)試。

1.2.2 吸水率

儀器:FA 2004N電子天平。

測(cè)試方法:參照FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造材料第2部分:衛(wèi)生用卷材》進(jìn)行測(cè)試。

1.2.3 柔軟性

儀器:LLY-01型電子硬挺度儀。

測(cè)試方法:參照 GB/T 18318—2001《紡織品織物彎曲長(zhǎng)度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.2.4 掉屑率

儀器:3M思高膠輥，F(xiàn)A 2004N電子天平。

測(cè)試方法:試樣尺寸為5 cm×15 cm，測(cè)其質(zhì)量記作M;樣品固定在紙板上，木漿紙一面在上，用新的膠輥在表面上粘取一遍后，質(zhì)量記作M1;按此方法繼續(xù)粘取，直至50遍，分別測(cè)得 M1、M2、M3、M4、M5、M10、M20和 M50。掉屑率按下式計(jì)算［2］:

1.2.5 沖散性測(cè)試方法［3］

儀器:SHZ-C往復(fù)式恒溫振蕩器，圓孔篩網(wǎng)(直徑分別為 3、4、6、8 mm)，烘箱，哈納 HI88703型濁度儀。

測(cè)試方法:試樣尺寸為5 cm×5 cm，測(cè)其質(zhì)量記作M;放在裝有300 mL蒸餾水的500 mL塑料廣口瓶中，在往復(fù)型恒溫振蕩器上(振幅20 mm)以每分鐘往復(fù)200次的速度振蕩1 h，將振蕩后的試樣連續(xù)通過(guò)直徑分別為8、6、4、3 mm的圓孔篩網(wǎng)。首先，測(cè)量通過(guò)圓孔篩網(wǎng)的剩余混合液體的濁度;然后，將每個(gè)圓孔篩網(wǎng)上殘留的材料轉(zhuǎn)移至表面皿后烘干，直至恒重，放入干燥器冷卻后稱重，分別記作 M＞8、M6～8、M4～6、M3～4。分散率按下式計(jì)算:

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

濕巾基材應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，特別是濕態(tài)強(qiáng)度，以使?jié)窠碓诩訚窈竽軡M足使用要求。圖2為滌綸/木漿紙與黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的干態(tài)和濕態(tài)的強(qiáng)力—伸長(zhǎng)曲線。

圖2 兩種水刺復(fù)合非織造材料的強(qiáng)力—伸長(zhǎng)曲線

從圖2可以看出，滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料比黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的強(qiáng)力要高，因?yàn)槔w維特性是影響非織造材料力學(xué)性能的主要因素［4］。滌綸短纖維的強(qiáng)度為3.56 cN/dtex，黏膠纖維的強(qiáng)度為2.71 cN/dtex，因此在復(fù)合相同木漿紙的條件下，滌綸/木漿紙復(fù)合非織造材料要比黏膠纖維/木漿紙復(fù)合非織造材料的強(qiáng)力高。濕態(tài)時(shí)滌綸/木漿紙復(fù)合非織造材料的縱向和橫向強(qiáng)力比干態(tài)時(shí)分別下降了32%和4.8%，而濕態(tài)時(shí)黏膠纖維/木漿紙復(fù)合非織造材料的縱向和橫向強(qiáng)力比干態(tài)時(shí)分別下降了53.4%和44.56%。普通滌綸產(chǎn)品的干、濕強(qiáng)度差異不大，在復(fù)合木漿紙后復(fù)合材料強(qiáng)力下降的原因主要是木漿紙的濕強(qiáng)降低。木漿紙纖維在濕態(tài)條件下分子間的氫鍵被水破壞［5］，纏結(jié)點(diǎn)減少，導(dǎo)致滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料濕強(qiáng)下降。黏膠纖維本身的濕強(qiáng)低，與木漿紙復(fù)合后復(fù)合材料的濕態(tài)強(qiáng)力必然降低，而且比滌綸與木漿紙復(fù)合后的材料降低幅度更大。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20808—2006中，規(guī)定濕巾的橫向濕抗張強(qiáng)度應(yīng)≥30 N/m。經(jīng)測(cè)試，兩種復(fù)合非織造材料的該項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。

2.2 吸水性

吸水率可反映非織造材料對(duì)濕巾原液的吸收能力［6］。經(jīng)測(cè)試，滌綸/木漿紙和黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的吸水率分別為483.17%和702.28%。可以看出，后者的吸水率比前者高出近50%，其主要原因是纖維原料不同。黏膠纖維由纖維素大分子組成，含有親水基團(tuán)，而滌綸的分子結(jié)構(gòu)中幾乎沒(méi)有親水基團(tuán)，因此黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的吸水率高，比滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的吸水性好。標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造材料第2部分:衛(wèi)生用卷材》中規(guī)定，面密度為60 g/m2的衛(wèi)生用非織造材料的吸水率應(yīng)不小于700%，黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 柔軟性

彎曲長(zhǎng)度是評(píng)價(jià)柔軟性的指標(biāo)之一。表1是兩種水刺復(fù)合非織造材料的彎曲長(zhǎng)度。

表1 兩種水刺復(fù)合非織造材料的彎曲長(zhǎng)度 (單位:cm)

為了比較兩種復(fù)合非織造材料的彎曲長(zhǎng)度是否有顯著性差異，擬用秩和檢驗(yàn)法在顯著性水平а=0.05下進(jìn)行檢驗(yàn)［7］。設(shè)滌綸/木漿紙和黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的橫向彎曲長(zhǎng)度分別為ξ和η，檢驗(yàn)假設(shè):

計(jì)算得秩和T=59，小于臨界值79，故拒絕H0，認(rèn)為兩種水刺復(fù)合非織造材料的橫向彎曲長(zhǎng)度有顯著差異。采用同種方法檢驗(yàn)縱向彎曲長(zhǎng)度，其結(jié)果也是有顯著差異。滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的縱橫向彎曲長(zhǎng)度均小于黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料，說(shuō)明滌綸/木漿紙復(fù)合非織造材料的柔軟性高于黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料。這是因?yàn)榉强椩觳牧系娜彳浶灾饕Q于纖維的抗彎性能以及非織造材料的結(jié)構(gòu)。

纖維的彎曲剛度按下式計(jì)算［5］:

式中:Rf——彎曲剛度(N/cm);

E——彈性模量(cN/cm2);

d——纖維直徑(cm);

ηf——截面形狀系數(shù)。

纖維直徑d越小，纖維的抗彎剛度Rf越小。滌綸的纖維直徑比黏膠纖維小，因而滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的柔軟性比黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料好。

2.4 掉屑率

圖3 兩種水刺復(fù)合非織造材料掉屑趨勢(shì)

兩種復(fù)合非織造材料的掉屑趨勢(shì)見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn):兩種復(fù)合非織造材料的掉屑趨勢(shì)相同;粘取次數(shù)在20次以內(nèi)時(shí)掉屑量較多，之后曲線較為平緩，說(shuō)明粘取20次后掉屑量較少;在粘取50次后，黏膠纖維/木漿紙和滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的掉屑率分別為6.75%和6.27%，兩者掉屑率相近。造成木漿紙復(fù)合非織造材料掉屑的主要原因是短纖維與長(zhǎng)纖維在水刺復(fù)合時(shí)沒(méi)有得到充分的纏結(jié)，一部分木漿紙短纖維容易浮動(dòng)［8］。由于兩種復(fù)合非織造材料采用同種、同質(zhì)量比的木漿紙復(fù)合，加之材料內(nèi)纖維的纏結(jié)主要以長(zhǎng)纖維間的纏結(jié)為主，短纖維穿插其中，部分浮于表面，因此兩者的掉屑情況相似。

2.5 分散性

分散性是可沖散材料最重要的衡量指標(biāo)。圖4示出了兩種復(fù)合非織造材料及普通衛(wèi)生紙、普通濕巾基材的分散率與分散后濁度。

圖4 四種材料的分散率與濁度

由圖4可知，四種材料分散率與濁度結(jié)果趨于一致，即均為普通衛(wèi)生紙最高，普通濕巾基材最低。衛(wèi)生紙的沖散性好是由于原料全部為木漿紙短纖維，遇水后纖維間的氫鍵斷裂，纖維解纏，材料強(qiáng)度降低，水流的剪切力破壞其結(jié)構(gòu)［9］;普通濕巾基材通常由黏膠纖維與滌綸的混合纖維制成，纖維間纏結(jié)緊固，且沒(méi)有短纖維，因此沖散性最差。對(duì)于木漿紙水刺復(fù)合非織造材料而言，長(zhǎng)纖維滿足基本力學(xué)性能需求，加入木漿紙短纖維可減少纏結(jié)點(diǎn)的數(shù)量，提高分散性能。由于滌綸的纖維較細(xì)且長(zhǎng)度較大，因而纏結(jié)點(diǎn)多，解纏較困難，復(fù)合后的分散效果沒(méi)有黏膠纖維好。

兩種復(fù)合非織造材料分散試驗(yàn)后的尺寸分布如圖5所示，可知黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料分散試驗(yàn)后其尺寸分布范圍較廣，分散程度較高，其中尺寸小于8 mm的部分比滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料要多。

圖5 分散試驗(yàn)后兩種復(fù)合材料的尺寸分布

3 結(jié)論

(1)滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的力學(xué)性能優(yōu)于黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料，且前者濕態(tài)強(qiáng)力保留率較高，但兩種復(fù)合材料的濕態(tài)強(qiáng)力均可滿足濕巾的要求。

(2)黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的吸水性高于滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料，前者符合FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造材料第2部分:衛(wèi)生用卷材》的相關(guān)規(guī)定。

(3)黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料與滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的柔軟性有顯著差異，后者的柔軟性較好。

(4)當(dāng)木漿紙的配比和水刺工藝條件相同時(shí)，制得的兩種水刺復(fù)合非織造材料的掉屑情況相同。

(5)黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料的沖散性能優(yōu)于滌綸/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料。

(6)綜合比較兩種水刺復(fù)合非織造材料的性能，黏膠纖維/木漿紙水刺復(fù)合非織造材料更適宜作為可沖散濕巾的基材。

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