聚丙烯負離子熔噴非織造布的制備與性能研究*

張榮波 鄒漢濤 吳 倩 牛瑞琴

(武漢紡織大學紡織科學與工程學院，武漢，430200)

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聚丙烯負離子熔噴非織造布的制備與性能研究*

張榮波 鄒漢濤 吳 倩 牛瑞琴

(武漢紡織大學紡織科學與工程學院，武漢，430200)

將不同比例的負離子母粒與聚丙烯切片共混，制備了聚丙烯負離子熔噴非織造布，并研究了負離子母粒含量對非織造布性能的影響。結果表明：隨著負離子母粒含量的增加，熔噴非織造布的厚度、面密度和抗靜電性能變化不大，透氣性和力學性能下降，抗紫外性能提高。

聚丙烯熔噴非織造布，負離子，制備，性能

隨著社會工業化程度的日益提高,空氣的污染越來越嚴重,而科學技術的進步和社會經濟的發展又增強了人們的保健意識。近年來，隨著研究人員的探索，發現電氣石還具有產生負離子、輻射遠紅外線、抗菌、除臭等功能[1]。太陽輻射為空氣中各種電離反應提供能量，其中負離子即來源于電離反應，因此空氣中的負離子濃度與太陽輻射呈正比[2]。德國物理學家菲利普·萊昂納博士的研究成果向世人證明了負離子對人體的功效，負離子紡織品對人體健康的貢獻也已得到證實[3]，因此國內外學者和相關單位紛紛進行了負離子紡織品和其他功能產品的開發[4]。

日本廣泛采用后整理技術開發負離子紡織品，如 Komatsu Seiren 公司推出的以 Verbano冠名的負離子整理織物,東麗工業公司開發的新型后整理技術 aquaheal 等[5]。

我國也已開發了多種負離子產品。浙江紡織服裝職業技術學院采用純棉紗作經紗，染色棉或漂白棉與負離子黏膠纖維混紡紗作緯紗開發了寬幅色織細特高密負離子功能性系列床上用品套件[6]。燕山大學運用獨特工藝，橡膠與瀝青按等比例混合，成功開發了負離子橡膠改性瀝青混合料[7]。韓山師范學院廣東省陶瓷職業技術學校將負離子粉按比例添加到陶瓷坯釉中制作陶瓷制品，獲得某些特殊功效。如用負離子陶瓷杯子斟的白開水、茶水或紅酒，其口感會比普通陶瓷杯子斟的要甘醇些；用負離子陶瓷花瓶插的康乃馨花，比普通陶瓷花瓶插的花提前開放，花期延長，花枝、花葉挺硬，且插花水不臭[8]。江蘇波波熊紡織品有限公司也發明了一種負離子遠紅外功能性絨布面料，其負離子遠紅外功能持久，不會影響布料本身的花型和手感、穿著的舒適性以及色牢度，加工工序簡單[9]。研究表明，空氣負離子濃度達到700個/cm3以上時有益于人體健康，濃度達到10 000個/cm3以上時才能治病[10]。燕山大學李青山教授主持研發的新型負離子口罩是國內首創的以負離子主動凈化空氣與原生態保健原理抗擊PM2.5的防護口罩。該口罩以天然礦物納米材料為主要原料，同時添加了多種非金屬礦物質及植物材料，口罩具備永久釋放羥基負離子800個/cm3以上的能力，對主動吸附正離子有較強作用[11]。

由于熔噴非織造布具有表面積和孔隙度大，柔軟性和吸附性能優良的特點[12]，因此本研究是將負離子母粒與聚丙烯切片共混，通過熔噴法制備聚丙烯負離子非織造布，并測試了非織造布的相關性能，以期聚丙烯負離子熔噴非織造布在空調過濾、醫用口罩、地毯、家具裝飾、汽車坐墊及車內裝飾等方面有廣闊的發展空間。

1 試驗部分

1.1 原料

負離子母粒，熔融指數800；聚丙烯，熔融指數800。

1.2 設備與儀器

HDF-6D型熔噴非織造布試驗機，煙臺華大科技有限公司；

YG (B) 461-D-Ⅱ數字式織物透氣儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；

YG(B)342D型織物感應式靜電測定儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

YG141L織物厚度儀，萊州市電子儀器有限公司；

YG(B)026-250型電子織物強力儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

HD902C防紫外線透過測試系統，南通宏大實驗儀器有限公司；

TENSOR-27傅里葉紅外光譜儀，德國布魯克有限公司。

1.3 樣品制備

將負離子母粒按照不同質量分數(0%、5%、10%、15%、20%)分別與聚丙烯共混，采用熔噴法制得非織造布。為利于試驗順利進行，每組試樣均添加1%聚丙烯降溫母粒。各試驗組的組分及其質量分數見表1。

表1 各試驗組的組分及質量分數 (單位：%)

制備樣品的各部件工藝參數：

紡絲組件溫度 270 ℃

轉換箱溫度 270 ℃

一區溫度 270 ℃

二區溫度 270 ℃

三區溫度 260 ℃

四區溫度 260 ℃

光輥溫度 100 ℃

花輥溫度 100 ℃

計量泵電機頻率 5.0 Hz

熱空氣一溫度 240 ℃

熱空氣二溫度 240 ℃

網下吸風電機頻率 9.0 Hz

鋪網電機頻率 6.0 Hz

熱壓機電機頻率 6.5 Hz

1.4 樣品表征

1.4.1 厚度

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品在織物厚度儀上按照標準GB/T 3820—1997測試厚度，每個試樣測試10組，取平均值。

1.4.2 面密度

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品剪裁成面積為100 cm2的圓形試樣，在電子天平上依次測量各組樣品的質量，測試10組，取平均值，然后計算面密度。

1.4.3 透氣性

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品在織物透氣儀上測試透氣性。采用7號噴嘴，試樣面積20 cm2，氣壓差100 Pa，測試10組，取平均值。

1.4.4 力學性能

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品按照實驗要求在電子織物強力儀上測試拉伸斷裂強力和斷裂伸長率，試樣尺寸20 cm×5 cm，測試10組，取平均值。

1.4.5 抗靜電性能

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品在織物感應式靜電測定儀上測試抗靜電性能。電動機轉動時間15 s、加壓時間30 s、放電針距離20 mm、靜電電壓10 000 V、探頭距離15 mm、試樣尺寸40 mm×45 mm，測試10組，取平均值。

1.4.6 防紫外線性能

將各組聚丙烯負離子熔噴非織造布樣品用防紫外線透過測試系統測試紫外線防護系數UPF以及近紫外波段(UVA)、中紫外波段(UVB)、遠紫外波段(UVC)的透射比T(UVA)、T(UVB)、T(UVC)，分辨率0.01%。試樣面積50 cm2，波長范圍280～400 nm，波長分辨率 1 nm。測試10組，取平均值。

1.4.7 紅外光譜

使用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)進行紅外光譜分析。分辨率4 cm-1，掃描次數126，掃描范圍4 000～400 cm-1。

1.4.8 負離子濃度

使用數字式空氣負離子測定儀，分辨率為10個/cm3。首先用儀器測量本地環境空氣負離子濃度Db，然后測量樣品的負離子濃度Da，共測量5次，測量結果取較大值。樣品有效負離子濃度D=Da-Db。樣品距測定儀進風口約2 cm，在抖動或摩擦狀態下進行測試。

2 結果與分析

各組樣品性能測試結果見表2。

表2 各組樣品性能測試結果

2.1 厚度

由表2可知，負離子母粒含量不同，非織造布樣品的厚度有細微的變化，但變化不大，基本保持在比較穩定的范圍內。在本試驗聚丙烯負離子熔噴非織造布制備中，鋪網速度等試驗參數并沒有改變，所以負離子母粒含量不同的聚丙烯負離子熔噴非織造布的厚度基本不變。

2.2 面密度

由表2可以看出，添加負離子母粒的非織造布其面密度變化并不明顯，整體比較均衡，最大值與最小值相差不大。負離子母粒含量不同的實質是電氣石含量不同，但負離子母粒本身電氣石含量極低，相對于鋪網、纖網排列等工藝因素對非織造布面密度帶來的影響，電氣石含量對非織造布面密度的影響微乎其微。因此，添加負離子母粒對聚丙烯負離子熔噴非織造布的面密度基本無影響。

2.3 透氣性

從表2可以看出，隨著負離子母粒含量的增加，非織造布的透氣性逐漸降低，差別較大。負離子母粒質量分數為20%時，透氣率最小，僅為不含負離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布透氣率的75%。由此可見，隨著非織造布中負離子母粒含量的增加，透氣性會逐步降低。

2.4 力學性能

由表2可以看出：聚丙烯負離子熔噴非織造布的整體強力值較低，且隨著負離子母粒含量的增加，非織造布的強力以比較小的幅度逐漸降低；隨著非織造布中負離子母粒含量的增加，非織造布的斷裂伸長率也呈下降趨勢，負離子母粒質量分數為20%時，伸長率最小，僅為不含負離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布伸長率的52%。這可能是由于負離子母粒的凝聚顆粒分散在纖網間隙或單根纖維局部，使部分纖維間的黏合作用減弱，因而使非織造布的整體強力下降。

2.5 抗靜電性能

由表2可以得知，在加入負離子母粒后，非織造布的靜電電壓并沒有表現出與負離子母粒含量相對應的變化規律，靜電電壓基本保持不變。

2.6 抗紫外線性能

從表2可知，添加負離子母粒對非織造布的抗紫外線性能影響很大。純聚丙烯熔噴非織造布的UPF最低，隨著負離子母粒含量的增大，UPF依次增加了35%、153%、204%和320%；而純聚丙烯熔噴非織造布各波段的透射比均最大，負離子母粒質量分數為20%時，T(UVA)、T(UVB)和T(UVC)比純聚丙烯熔噴非織造布分別下降了66%、83%和70%。這是因為電氣石屬于紫外線屏蔽劑滑石粉類物質，能夠有效地吸收紫外線并進行能量轉換，將紫外線變成低能量的熱能或波長較短的電磁波，從而達到防紫外線輻射的目的。

2.7 紅外光譜

圖1為純聚丙烯非織造布和聚丙烯負離子非織造布的紅外光譜譜圖。在3 000～2 800 cm-1區域一般為飽和C—H伸縮振動吸收，1 460 cm-1為飽和烴碳氫彎曲振動，1 362 cm-1歸為甲基顯。比較幾條譜線可以發現，含有負離子母粒的聚丙烯與純聚丙烯的峰形和峰位均大致相似，說明負離子母粒整理對纖維的大分子結構幾乎沒有影響。因此，可以認為整理前后纖維的分子結構沒有發生改變，即負離子母粒和聚丙烯之間未發生化學反應。電氣石在400～500 cm-1有細小的銳峰，在負離子母粒質量分數為15%和20%的紅外譜線上460 cm-1有一個特征吸收峰，應是電氣石的吸收峰。

母粒質量分數：1——0%；2——5%；3——10%； 4——15%；5——20% 圖1 各組樣品紅外光譜譜圖

2.8 負離子濃度檢驗報告

經國家紅外及工業電熱產品質量監督檢驗中心檢驗,純聚丙烯非織造布的負離子濃度為0，而負離子母粒質量分數為10%的非織造布，其負離子濃度增加到1 550個/cm3。鄉村田野的負離子濃度范圍在1 000～5 000個/cm3，屬于空氣清新，空氣質量1級。因此，負離子質量分數為10%的聚丙烯熔噴非織造布達到了鄉村田野的標準。

3 結論

本研究用負離子母粒與聚丙烯共混制成聚丙烯負離子熔噴非織造布，并對其性能進行了分析，得出如下結論：

(1)負離子母粒的含量對聚丙烯負離子熔噴非織造布的厚度和面密度影響不大或基本無影響。

(2)聚丙烯負離子熔噴非織造布的透氣性隨著負離子母粒含量的增加逐步降低。負離子母粒質量分數為20%時，非織造布透氣性最小，僅為不含負離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布透氣性的75%。

(3)聚丙烯負離子熔噴非織造布的斷裂強力和斷裂伸長率隨著負離子母粒含量的增加逐步降低。

(4)隨著負離子母粒含量的增加，熔噴非織造布的抗靜電性能并無明顯變化，即負離子母粒含量對聚丙烯負離子熔噴非織造布的抗靜電性能影響不大。

(5)隨著負離子母粒含量的增加，聚丙烯負離子熔噴非織造布的紫外線防護系數顯著增加，對各波段的透射比逐漸降低，即聚丙烯負離子熔噴非織造布的抗紫外輻射性能逐步提升。

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Preparation of polypropylene anion melt-blown nonwovens and its performance

ZhangRongbo,ZouHantao,WuQian,NiuRuiqin

(The Textile Institute of Science and Engineering, Wuhan Textile University)

The melt-blown nonwovens was prepared by blending the anion chips and polypropylene. The anion chips content on the properties of nonwovens was studied. The result showed that, with increase of the anion chips the permeability and mechanical property of melt-blown nonwovens were decreased, anti-ultraviolet transmittance was improved, thickness and gram weight per unit area were unchanged at the same time.

polypropylene melt-blown nonwovens, anion, preparation, performance

*國家自然科學基金資助項目 (51303139)

2015-02-26

張榮波，男，1990年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是紡織材料與紡織品設計。

TS176+.9

A

1004-7093(2015)07-0018-04