淺談濕法非織造技術

梁曉菲龍 柱

（1.江南大學紡織服裝學院造紙研究室, 江蘇 無錫 214122；

2.江南大學生態紡織教育部重點實驗室, 江蘇 無錫 214122）

淺談濕法非織造技術

梁曉菲11,,22龍 柱11,,22

（1.江南大學紡織服裝學院造紙研究室, 江蘇 無錫 214122；

2.江南大學生態紡織教育部重點實驗室, 江蘇 無錫 214122）

簡要介紹濕法非織造技術所用原料、生產工藝及相關技術發展情況，并對我國濕法非織造工業的前景作了初步展望。

濕法非織造 造紙 化學纖維 功能材料 應用

0 前 言

近些年來，濕法非織造這一名詞越來越頻繁地出現在人們的視野中，濕法非織造技術的應用越來越廣泛。濕法非織造技術是非織造布生產方式的一種。它與其他非織造技術不同之處在于它的成型方式是濕法工藝。濕法非織造技術是以造紙工藝為基礎即以水為載體，使纖維在水中均勻分散，經過網部、干燥后形成均勻的網狀結構,在經過固化等一系列后處理抄造出符合某些要求的非織造布[1]。因此，此種方法制得的非織造布也通常被叫做特種紙或功能紙。我國在20 世紀50年代由浙江省造紙行業科技人員首創了側流式圓網造紙機，解決了韌皮長纖維機械抄造的難題，為研究與發展濕法非織造材料提供了條件[2]。隨著科技的發展，許多領域對材料的性能要求越來越高，也導致了用于造出濕法非織造材料的原料種類越來越多，濕法非織造技術逐漸提高。

1 用于濕法非織造的纖維原料

近幾年隨著科學技術的發展，用于濕法非織造的纖維原料的種類已經不僅僅局限于傳統的植物纖維，如木材纖維、棉、麻等常用于造紙和紡織行業中的原料。如今的原料包括植物纖維和動物纖維這類天然纖維外，還包括化學纖維。

濕法非織造的化學纖維原料種類越來越多，主要分以下幾大類：有機類和無機類兩大種類的纖維。有機類又包含聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯晴纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、碳纖維這一類合成纖維以及生物纖維。無機類有玻璃纖維、陶瓷纖維、粉煤灰纖維、高爐干渣纖維、玄武巖纖維等[3]。在眾多的纖維原料中化學纖維占著較大的比重，用于紡織行業中的化學纖維如聚酯纖維、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、Lyocell纖維和氨綸、尼龍、聚烯烴纖維、粘膠短纖維、丙烯腈系纖維等都可以作為濕法非織造的原料纖維[4]。化學纖維的市場比重很大，是濕法非織造原料比較充分的來源。在這里值得提出的是功能化學纖維。這類纖維的研究已成為了近幾年研究的熱點。所謂功能性纖維，就是通過添加某些特殊材料、特殊功能，如導電、阻燃、殺菌、抗輻射等功能[5]。 EMS公司下屬的一個單位Ems—Griltech研發的Grilon特種纖維，這種纖維是由共聚酰胺生產的雙組分纖維或由高黏度聚酰胺生產的纖維。Grilon纖維的應用領域有：電池隔離層、過濾層、文件紙、復合材料[6]。以PPTA（對苯二甲酰對苯二胺）為原料的濕法非織造布可以作為鋰離子電池的隔板[7]。SWP 纖維（synthetic wood pulp fiber），即合成木漿纖維。它是聚乙烯或聚丙烯以及它們的共聚物聚合后直接紡絲而得。所得到的纖維在長度、結構乃至枝化構型上都與精制的木漿相似，所以稱為合成木漿。用于濕法成網的SWP一般長度0.75～1.5 mm，而且是高度原纖化的。它們在含有大約50%水分的情況下被壓縮成片，提供給后面的加工。它們在一般造紙所用的設備中，就能非常容易地分散在水中。在比較高的溫度下，很快能與木漿或其他纖維混合[8]。

濕法非織造對原料纖維的主要要求是其能否在水中均勻分散,不易絮凝和成團，在整個輸漿和成網中都應良好懸浮。為保證纖維在水中均勻分散，濕法非織造布所用纖維的長細比應小，長度分布應窄，濕模量應高。其中，纖維的長細度一般控制在：長度（mm）=5×線密度（d）[9]。另外，當纖維的吸濕性強、卷曲度小時，也有利于纖維的分散[10]。

2 濕法非織造技術的發展

濕法非織造技術起源于造紙技術，但所用原料不同，它與傳統的造紙技術又有所區別。EDANA（歐洲非織造布協會）強調了濕法成形非織造布與濕法紙的區別：其纖維狀成分中，有大于50%重量的是長徑比大于300的纖維（經過化學品蒸煮過的植物纖維不算）。其他也可以定義為非織造布的織物有：其纖維狀成分中有大于30%重量的是長徑比大于300 的纖維（經過化學品蒸煮過的植物纖維不算），其密度小于0.40 g/m3。這一說法成為了ISO 9092/1988和EN 29092標準[8]。濕法成形非織造技術的一個特殊目的就是使非織造布具有紡織品的一些性能，如透氣、靈活、張力較強等，這與造紙也有很大的不同。

濕法非織造技術所用纖維原料多樣，就導致了它對工藝技術及設備的要求比造紙要高。濕法非織造的基本工藝流程為：纖維準備（纖維原料的離解、分散、加添化學藥品及凈化等）→濕法成形→粘合成網（化學或熱）→后整理（烘干、軋光、軋花、涂層、疊色、染色 及印花等）[1]。

濕法非織造中纖維的分散比造紙中的纖維分散困難，所以在進行機械分散時要注意剪切力的大小及攪拌時間，不同的纖維原料所需要的分散時間不同；有試驗表明纖維的長度和細度增加，纖維的破壞和分散時間都會減少[11]。另外纖維在分散過程中需要加入一些分散劑，這是因為化學纖維中的合成纖維是疏水性的，游離度高且纖維長度較長，大部分合成纖維不能細纖維化，就導致了纖維均勻成網困難，容易產生絮聚。加入分散劑可以增加漿液的黏度減少流動性，減少纖維間的接觸從而減少了纖維的絮聚。常用的分散劑有刺梧桐(karaya)，瓜爾膠(guar)等天然樹脂膠或多聚磷酸鈉、高分子量的聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺等合成聚合物溶液或羧甲基纖維素、聚丙烯酸鈉等，具體的分散助劑要視不同的纖維而定[1]。此外，水溶液黏度的增加，也使得纖維具有良好的懸浮性，不至于過快地沉降，以獲得均勻的纖維網狀結構。聚氧化乙烯(PEO)是目前應用較為廣泛的一種分散劑，加入少量就能起到良好的分散作用[12]。

傳統造紙與濕法非織造的成型器雖然都有圓網與長網之分，但濕法非織造布原料的長度和疏水性，決定了上網濃度比傳統造紙要低，在網部結構上有很大區別。在國產造紙設備中，我國特有的側流式圓網槽結構和長網的側浪式網前箱都是以滿足長纖維造紙設計的，也能用于濕法非織造布的生產。國外采用帶真空箱的圓網籠，而長網則是傾斜的[13]。斜網紙機的特點是上網濃度低，只有0.02%～0.08%，能夠使長纖維有足夠的空間保持其懸浮狀態，防止絮聚；紙機車速一般較低，為紙幅提供足夠的成形時間，保證成紙的勻度和透氣性；整個抄造過程都沒有過分地給紙幅施加壓力，保證紙頁的松厚[14]。這樣可以保證纖維在較低的漿濃下均勻分散在網上且脫水緩慢也保證了產品所需的透氣性。由于化學纖維除黏膠纖維外在打漿機中切斷困難，因此在備料時要預先將纖維切成所需的長度。

Andritz Küsters（安德里茲寇司德）公司研發的neXformer wetlaid濕法成形機是市場上較為先進的濕法成型機，并且有其比較成熟的生產工藝（圖1、圖2）[15]。此濕法成型機系統可以控制內部的漿料狀態，建立內壓以控制網部上的懸浮液供應；并且可以用于兩層漿料的雙流漿箱系統。這套系統的優點是不同材料或混合材料可以層疊交織，使得纖維夾層之間可以相互交織而無需助劑。

圖1 濕法成型非織造技術的生產工藝

圖2 neXformer wetlaid 濕法成型技術的主要流程

3 濕法非織造布的應用

濕法非織造布因其優良的性能被廣泛應用于各個行業。濕法非織造功能材料可以按應用的領域來分類，如工業用、農業用、醫療衛生用、食品用、建材用等；也可以按功能特性來分類，如導電、絕緣、過濾、隔熱保溫、吸附、屏蔽、發熱、導熱等 。作為高新技術和應用于高新技術領域的濕法非織造功能材料產品主要有: 電池隔膜材料和近年用作燃料電池電極材料的碳紙，用作結構材料和絕緣材料的芳綸紙，高性能的高溫和低溫隔熱保溫材料，抗菌、消臭、吸附紙及生活用特種功能材料，吸附有害物質的濕法非織造材料及制品等。國內外對功能材料的研究相當重視[2]。我國對濕法非織造功能材料的開發主要有選用或添加金屬纖維、碳纖維、經電鍍處理的纖維、金屬粉末、碳粉等制成的導電材料。如國際能源界研究熱點之一的質子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)；應用無機纖維和化學纖維制成的隔熱保溫材料；食品和醫療衛生及產業用的過濾材料；以合成纖維等生產的各類電池隔膜材料、芳綸紙、電機槽絕緣材料；農用材料、擦拭材料及音響材料等[16]。

國外對運用濕法非織造技術制得的無紡布的應用研究有很多，如羧甲基纖維素（CMC） 是一種水溶性陰離子的線性聚合物，具有生物相容性，在醫學上可以作為防粘連膜[17]。在一些濕法非織造產品中應用不同材料共同作為原料會得到單一原料所達不到效果。如一些研究發現聚乙醇酸無紡織物網適用于軟骨細胞的粘附，但是卻對其增殖有不良影響，而無論是透明質酸、殼聚糖還是聚乙烯醇都無法增加軟骨細胞的粘附；但在聚乙醇酸濕法無紡織物網中加入PVA或者殼聚糖可以提高軟骨細胞（培養在試管中PGA基的復合物支架上）增殖[18]。使用濕法成網技術，以形成亞麻聚丙烯非織造布基底制成生態環境友好的復合材料 ，它是由天然纖維與化學纖維復合而成，是良好的綠色材料，能夠應用于航天、建筑、汽車等方面[19]。日本帝人纖維株式會社研發的一種生物塑料，是由生物質乙二醇組成的Bio-PET短切纖維通過濕法成型技術制成的生物塑料，既可以減少石化資源的消耗，又可以減少CO2的排放，并且具有與塑料相當的性能，被用于汽車裝飾上[20]。

4 濕法非織造的發展初步展望

濕法非織造技術在我國起步較晚，國內在行業分類上，濕法非織造布生產目前還沒有十分明確的歸屬，大部分工廠都是以造紙廠名義，產品都叫特種紙或長纖維紙。但實際，它們是用化學纖維或者化學纖維與天然植物纖維混合生產的，用途比較特殊，主要應用在食品包裝、氣體液體過濾、建筑裝飾、電池、汽車、電子、服裝、清潔用品、醫療等行業。浙江省是我國濕法非織造布的生產基地，其濕法非織造布產量占全國總產量的70% ～ 80%，而浙江省造紙研究所和杭州新華集團有限公司（原杭州新華造紙廠）是我國濕法非織造 布的主要生產企業[21]。

濕法非織造布在全球有很大的市場，其原料來源廣，且能夠應用于各個行業當中，是一項具有良好發展前景的新興產業。圖3[22]為全球非織造布產量走勢，可以看出，相較于其他生產方法，濕法成網制得的非織造布產量較低并且增長緩慢，可以說明濕法非織造技術有很大的發展空間，但也存在許多問題。在我國，發展濕法非織造還存在許多問題。從原料方面來看，雖然其原料來源較廣，但大多原料被用于紡織行業當中，因此難以滿足濕法非織造布的大批量生產；從生產設備來看，我國缺少與國情相適應的生產設備；從技術發展面來看，我國的生產技術還不夠成熟，且從事這一方面研究的專業人員較少。以上這些問題都是亟待解決的。只有把握好我國國情以及全球市場行情，有針對性地解決存在的問題，才能更好地發展濕法非織造產業。

圖3 全球非織造布產量[22]

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A Brief Talk on Wet-laid Nonwoven Technology

LIANG Xiaofei1,2LONG Zhu1,2
(1. Laboratory of Papermaking, School of Textiles & Clothing, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;
2. Key Laboratory of Eco-textiles, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China.)

This paper briefly introduces the raw materials used in wet nonwoven technology, production technology and related technology development, and has made a preliminary outlook of the wet nonwoven industry in China.

wet nonwoven; papermaking; chemical fiber; functional materials; application

龍柱 博士 教授 博士生導師 主要研究方向為纖維功能材料、造紙助劑和生物質綜合利用，江蘇省無錫市蠡湖大道1800號江南大學紡織服裝學院，E-mail:longzhu@jiangnan．edu．cn

第一作者：梁曉菲 女 江南大學紡織服裝學院在讀碩士生 主要研究方向為造紙助劑；