新型防塵服填料丙綸熔噴非織造布的優化研究

勞越明 張才前

（紹興文理學院元培學院，浙江 紹興312000）

人類通過勞動得以生存和發展，勞動是人類認識自然和改造自然的重要手段，然而，在生產勞動過程中，勞動者經常要在一些惡劣的環境條件下工作，甚至要與一些危及健康乃至生命的物理、化學、生物因素相接觸(如高溫、低溫、生產性粉塵、振動、噪聲、油污、毒劑、細菌、病毒等)。據2012年國務院發布的《環境空氣質量標準》規定，稱PM2.5為“細微粒物”，即大氣中粒徑小于2.5μm的顆粒物。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，對人體健康影響極大。尤其在水泥、建筑、采礦等行業粉塵大的場所，PM2.5對呼吸道、眼睛和耳朵將造成嚴重污染，更嚴重的，進入內層衣物后對服裝內循環造成污染，也將對人體健康產生不良影響。

1 防塵服的國內外現狀

人類很早就有了勞動保護的意識，我國早在900多年以前就有“未石(即矽塵)”傷肺和利用“火烷布(即石棉布)”制作冶煉服裝的記載。但早期的防護服多采用勞動布或其他混紡織物所制，隨著人類對衛生、舒適、健康的需求日益提高和勞動環境的復雜化、多樣化，這些簡單的工作服因為它們不具備更好的防護功能，如耐高溫、阻燃、防毒、防酸堿等，已遠遠無法滿足要求。

在防護服的更新換代過程中，聚合物技術的發展與特殊纖維、紗線和織物生產工藝的不斷成熟起到了積極的推動作用。例如在紡絲工藝方面，從以往的熔融法、濕／干紡絲法發展到雙組分紡絲和超細纖維紡絲法，為防護服產品的開發提供了更多的功能性選擇。如美國Arthur D Little公司設計的多層合成過冷防護服,采用聚四氟乙烯（PTFE）涂層整理的芳綸針織物作為外層，內層是經親水整理的滌綸絨毛內衣，中間層是蓬松的滌綸絨毛隔熱層。這種服裝既能防水防風、保持體溫，又能吸濕排汗。其主要采用的PTFE涂層技術產生每平方厘米內分布著13億個直徑只有0.2 mm的微孔薄膜，可有效隔離水滴、灰塵和細菌。微孔的均勻分布還可使薄膜表面的水蒸氣迅速擴散，保持織物表面的干爽。而對于吸濕透氣型面料，可以利用天然纖維、超細纖維表面的微細溝槽或異型斷面纖維的虹吸、擴散和傳輸機理，通過混紡或組織變化等工藝生產。此類織物能迅速將肌膚表面的濕汽或汗液排出，帶走運動產生的熱量，保持肌膚的干爽與清涼。代表性產品有杜邦公司的coolmax吸濕排汗纖維及產品；東麗公司的coolmagic則是具有獨特雙層布料結構和吸濕快干功能的滌綸織物；日本Toyobo公司的D.D.D滌綸針織物是由扁形截面(1：5)改性滌綸長絲紗線制成，在三個方向上(水平、垂直與截面)迅速完成吸濕、透濕與風干功能。

但目前研究較為成熟的防護材料主要集中在防彈、阻燃和熱輻射防護等領域，對于防塵工作服的研究應用相對欠缺。曾經在2000年發布的《GB 17956-2000防塵服》標準，也在2005年廢止后，尚無新標準出臺。

2 丙綸熔噴非織造布的發展

丙綸熔噴法非織造布具有獨特的超細纖維(1-3um)，以及纖維在空間靠自身粘合和纏結形成的三維曲徑結構與傳統織物和梳理成網非織造物中的纖維分布截然不同，使熔噴法非織造布具有更大的比表面積，更高的孔隙率(≥80%)，同時微孔結構曲折，保液性能高，空隙也更細微(孔徑≤lum)。因此丙綸熔噴非織造布具有吸塵性好、過濾效率高、質量輕、柔軟、自身纏結性好、手感好、柔韌性好和價格低廉等優點。

丙綸熔噴非織造布出現于上世紀50年代，目前國內已有多家公司生產，生產技術較為成熟，生產過程中沒有溶劑揮發污染環境，但其最早的應用領域是作為過濾材料。天津泰達股份有限公司經過多年的研究，開發出了用丙綸熔噴非織造布復合而成的中效、亞高效等濾材。其型號按效率級別分為MD45、65、85和95(相當美國Ashrae45%、65%、85%和95%)四個級別。在國內市場暢銷不衰，并開始步入東南亞及美歐國際市場。

河南理工大學的張燕等人研究使用大氣壓氮氣DBD等離子體對丙綸熔噴無紡布進行表面處理，使其表面出現脫氫現象的同時，在其表面引入大量含氧和含氮官能團，主要為酰胺基、羧基羥基和銨鹽基團，并且表面出現明顯的粘連、刻蝕、斷裂等物理過程，使得表面纖維的粗糙度增加，這些物理化學過程使得丙綸無紡布表面的親水性得到了改善。但在進行等離子體處理時，如果處理時間一定，需要選擇一個合適的外加電壓，過小不能達到理想的效果，過大浪費能源。本項目則通過運用添加親水母粒的丙烯酸接枝工藝，進一步提高丙綸熔噴填料親水性能，以獲得可服用的吸濕透氣性能優良的丙綸熔噴填料。

3 丙綸熔噴非織造布的工藝優化

本項目研究的防塵服用料包括三層，如圖1所示，其中內外層可用普通織物，最關鍵的為中間填料層，選用高阻隔性丙綸熔噴非織造布，以實現防塵服防塵、過濾的良好性能。

圖1 防塵服用料示意圖

丙綸熔噴非織造布親水性能差，是影響其服用領域的開發的重要原因之一。因此本項目將著重對熔噴法生產丙綸非織造布的親水性及復合方式進行了工藝優化研究，以獲得低成本、高阻隔防塵過濾材料作為防塵服填料。

1）丙綸熔噴無紡布親水整理工藝優化

將丙烯酸、BP0、Tweenum 80以一定比例配置成標準處理液，在一定溫度下對丙綸熔噴無紡布浸漬接枝整理。設定工藝參數如表1。將按表所制四塊樣品，檢測產品固-液接觸角，保液率等指標，以選擇最佳親水整理工藝。

表1 熔噴非織造布接枝工藝

2）丙綸熔噴填料復合工藝優化

采用國產鴻達牌HD-LHJM2018超聲波復合機，在一定溫度、壓力、速度下復合接枝后的多層丙綸熔噴無紡布，以進一步提高其強度及防塵過濾性能。具體設定工藝參數如表2，分別選用三層及四層無紡布進行試驗。

表2 熔噴非織造布復合工藝

4 總結

將高阻隔丙綸熔噴非織造布用于防塵服填料，使非織造布產品技術含量更高，科技附加值更大，應用范圍更廣，從而能為非織造布生產企業創造更好的經濟效益和社會效益。通過親水改良及復合工藝優化試驗，可提高丙綸熔噴非織造布的人體親和性，結合其良好的過濾效果，可實現對粉塵、細菌、冷熱氣流等外界危害具有高阻隔性能的服用新型復合材料。對工藝優化后填料的過濾效果、透氣性等進行測試，實現填料對0.3～1.0μm的直徑微粒過濾效果良好，對于3μm左右的粉塵已經達到了完全過濾，過濾效果為100%，同時填料透氣率的平均值達到428.62×103m3/s，遠超國內外常規過濾布的透氣性能?？梢娖溥^濾效率高，阻隔性能好，透氣性能優異。

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