非織造布復(fù)合植生材料的研究與應(yīng)用分析

王中珍，周 鐳，丁 帥，楊 琳

(1.山東省紡織科學(xué)研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266032)

非織造布復(fù)合植生材料的研究與應(yīng)用分析

王中珍1，2，周 鐳1，2，丁 帥1，2，楊 琳1，2

(1.山東省紡織科學(xué)研究院, 山東 青島 266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266032)

文章介紹了非織造布復(fù)合植生材料的研究及應(yīng)用方式，通過(guò)測(cè)試分析，證明該非織造布復(fù)合植生材料的性能及結(jié)構(gòu)適合植物栽培的需要，可用于城市園林綠化、邊坡綠化和水土保持，滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)保的要求。

非織造布；復(fù)合；植生；材料

1 前言

隨著人們?cè)诂F(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約的重視及紡織技術(shù)的不斷進(jìn)步，農(nóng)用紡織品將會(huì)向著綠色化、高性能化的方向發(fā)展。在國(guó)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，使用農(nóng)業(yè)先進(jìn)設(shè)施已非常普遍。優(yōu)質(zhì)農(nóng)用紡織品在生產(chǎn)中的輔助作用越來(lái)越大。但我國(guó)目前的農(nóng)業(yè)用紡織品現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。農(nóng)業(yè)用紡織品一直以來(lái)應(yīng)用在防滲土工布、遮陽(yáng)網(wǎng)及種植大棚的保溫材料等領(lǐng)域，屬于農(nóng)用設(shè)施的改善范疇，無(wú)論是應(yīng)用范圍還是應(yīng)用數(shù)量都很有限。國(guó)內(nèi)在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的紡織品相對(duì)較少，生產(chǎn)企業(yè)也不多見(jiàn)。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，而我國(guó)農(nóng)業(yè)用地逐年減少，因此農(nóng)用非織造布的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用機(jī)遇巨大?？山到庑头强椩觳嫉拈_(kāi)發(fā)利用關(guān)系到人類在地球上是否能安全、舒適地生存。

農(nóng)用非織造布是一類產(chǎn)業(yè)用紡織品，是在研究解決農(nóng)用傳統(tǒng)材料功能性缺陷及其所致的環(huán)境污染等問(wèn)題的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型農(nóng)用改良材料。非織造材料具有形狀保持性好，透氣，吸水、保水性好，不易沾染影響植物生長(zhǎng)的細(xì)菌、病毒等優(yōu)點(diǎn)。全球農(nóng)業(yè)用非織造布的生產(chǎn)總值2005年為0.75億美元，2010年達(dá)到1.06億美元，而2015年將達(dá)到1.58億美元，年平均增長(zhǎng)率7.8%。在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)用非織造布用量已達(dá)全部產(chǎn)品用量的10%～15%。而我國(guó)農(nóng)用紡織品的潛在市場(chǎng)高達(dá)50億m2，但目前用量?jī)H占目標(biāo)市場(chǎng)的1%～2%。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展，農(nóng)用非織造布將有很好的發(fā)展前景。因此，開(kāi)發(fā)環(huán)?；?、生態(tài)化的農(nóng)用非織造布植生材料是當(dāng)務(wù)之急。我們選取可生物降解纖維，進(jìn)行立體夾層復(fù)合植生材料的研究開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)由三層非織造布材料組成的復(fù)合植生材料。每層各開(kāi)發(fā)兩種產(chǎn)品。

2 產(chǎn)品規(guī)格

2.1 1#產(chǎn)品

該產(chǎn)品由麻、粘膠混合針刺非織造布與椰殼纖維、麻網(wǎng)布復(fù)合而成。單位面積質(zhì)量約480g/m2，厚度：6.5 mm，幅寬：1100 mm。

2.2 2#產(chǎn)品

該產(chǎn)品為黃麻、麻網(wǎng)布復(fù)合針刺非織造布，單位面積質(zhì)量約960 g/m2，厚度6.5 mm，幅寬1600 mm。

2.3 3#產(chǎn)品

該產(chǎn)品為椰殼纖維格室，由椰殼纖維針刺非織造布經(jīng)超聲波高頻振蕩焊接制成。

2.3.1 坯布規(guī)格

單位面積質(zhì)量：約610g/m2，厚度：7 mm，幅寬：2 200 mm。

2.3.2 格室規(guī)格

高度：100 mm或150 mm，連接間距 400 mm。

2.4 4#產(chǎn)品

該產(chǎn)品為粘膠纖維針刺非織造布，單位面積質(zhì)量為65g/m2；厚度：1 mm；幅寬：2 600 mm。

2.5 5#產(chǎn)品

該產(chǎn)品為黃麻非織造布格室，由黃麻纖維濕法非織造布經(jīng)模具折痕后，粘合而成。

2.5.1 濕法非織造布規(guī)格

(1)A：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量：150 g/m2，厚度：0.5 mm，幅寬：1 500 mm；

(2)B：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量：130 g/m2，中間夾紗網(wǎng)，厚度：0.4 mm，幅寬：1 500 mm。

2.5.2 格室規(guī)格

(1)坯布A格室：長(zhǎng)方體單體尺寸：95×95×100 mm；50×50×90 mm；

(2)坯布B格室：六棱體單體尺寸：邊長(zhǎng)22 mm，高40 mm；邊長(zhǎng)42 mm，高70 mm。

2.6 6#產(chǎn)品

該產(chǎn)品為聚乳酸膜，單位面積質(zhì)量為17 g/m2；厚度：0.02 mm；幅寬：1 100 mm。

3 應(yīng)用方式

栽培育苗時(shí)，可先將1#或2#產(chǎn)品作為底層固定在栽培場(chǎng)地，再將3#或4#產(chǎn)品的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)格室拼接放置其上。將無(wú)土栽培基質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)劑、保濕劑等放置在網(wǎng)狀格室中，表面撒播種子，然后將5#或6#非織造布作為表層覆蓋在上面，待種子發(fā)芽后，表層非織造布自然降解，與中間夾層的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)合為一體，化作植物肥料。待植物根系發(fā)育成形后，中間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)格室非織造材料自然降解成植物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。底層的非織造布植生材料根據(jù)需要回收或降解。各層產(chǎn)品皆為完整成品，可根據(jù)栽植環(huán)境及品種要求任意組合，也可作為植生材料單獨(dú)使用，以適應(yīng)不同植物、不同地域、不同設(shè)施檔次栽培技術(shù)的需要，待植物長(zhǎng)成后均可自然降解成植物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，生態(tài)環(huán)保。

4 性能測(cè)試及分析

4.1 方法標(biāo)準(zhǔn)

山東省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)復(fù)合植生材料的物理性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24218.3—2010《紡織品非織造布試驗(yàn)方法第3部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》、GB/T 13763—2010《土工合成材料梯形法撕破強(qiáng)力的測(cè)定》、GB/T 14800—2010《土工合成材料靜態(tài)頂破試驗(yàn)(CBR法)》、GB/T 21655.1—2008《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第1部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》、GB/T 24218.1—2009 《紡織品非織造布試驗(yàn)方法第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》、GB/T 24218.2—2009 《紡織品非織造布試驗(yàn)方法第2部分：厚度的測(cè)定》、FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法顯微鏡法》、FZ/T 01057.4—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法溶解法》、GB/T 19979.1—2005《土木合成材料防滲性能第1部分: 耐靜水壓的測(cè)定》。

4.2 孔隙率計(jì)算

非織造布的孔隙大小直接影響織物的透通性、導(dǎo)水性和阻止微粒通過(guò)的能力。孔隙率指孔隙體積對(duì)總體積的比值, 它是衡量孔隙體積大小的一個(gè)指標(biāo)。一般孔隙率愈大, 則所含孔隙體積愈多, 滲透系數(shù)愈大, 透通性愈好。因而孔隙率的數(shù)值對(duì)材料的滲透、反濾性能有極大的影響。目前孔隙率的確定一般不直接進(jìn)行試驗(yàn), 而是按下面公式計(jì)算得到:

n = 1 -〔M/(ρ×δ)〕×100

式中n——土工織物孔隙率, %；

M ——單位面積質(zhì)量, g/m2；

ρ——土工織物的原材料密度, g/m3；

δ——織物厚度, m[1]。

4.3 保水率計(jì)算

保水率(%)用公式[(mk-mk-1)/mk-1]×100計(jì)算，其中mk為試樣在水中浸泡80h達(dá)到吸水飽和時(shí)的質(zhì)量，mk-1為試樣原重[2]。

4.4 1#2#3#產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于1#、2#、3#產(chǎn)品皆為厚型針刺產(chǎn)品，因此將這三種產(chǎn)品一起進(jìn)行物理性能指標(biāo)測(cè)試。

4.4.1 物理性能測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表1)

4.4.2 產(chǎn)品性能分析

由表1測(cè)試結(jié)果可知，1#及2#產(chǎn)品的吸水率、保水率較大，可保水、保濕；芯吸高度很低，利于水分保蓄，隔離和過(guò)濾性能好；孔隙率高，保水通氣能力強(qiáng)，能很好地滿足植物生長(zhǎng)。該兩種產(chǎn)品的縱橫向斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力較低，利于植物根系發(fā)育成形后自然破裂分解，轉(zhuǎn)化為植物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，并可改良土壤。長(zhǎng)成后的植物根系與自然降解的纖維、基質(zhì)牢固地結(jié)合在一起，錨固于巖土層上，形成一層堅(jiān)固的綠色復(fù)合保護(hù)層。

由表1可知，3#產(chǎn)品椰殼纖維針刺非織造布吸水率適中、保水率小，孔隙率大，30min內(nèi)芯吸高度為零，透水性好，水及營(yíng)養(yǎng)劑可在格室間自然流動(dòng)。椰殼纖維非織造布縱橫向斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力較低，植物根系發(fā)育成形后可自由伸展，植株間自然交連，椰殼纖維分解后轉(zhuǎn)化為植物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，使泥土活化，改善土質(zhì)，利于植物生長(zhǎng)。

4.5 4#產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.5.1 物理性能測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)表2)

表1 1# 2# 3# 產(chǎn)品的物理性能測(cè)試指標(biāo)

表2 4#產(chǎn)品非織造布的的物理性能測(cè)試指標(biāo)

4.5.2 產(chǎn)品性能分析

由表2測(cè)試結(jié)果可知，粘膠纖維針刺非織造布的吸水率、保水率、孔隙率較大，芯吸高度較高，顯示出非常好的保水及吸水性能。其斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力較低，因此植物長(zhǎng)成后，粘膠非織造布容易破裂，自然降解。

4.6 5#產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.6.1 物理性能測(cè)試結(jié)果

5#產(chǎn)品物理性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 5#產(chǎn)品非織造布的的物理性能測(cè)試指標(biāo)

4.6.2 產(chǎn)品性能分析

由表3測(cè)試結(jié)果可知，A、B兩種濕法非織造布的吸水率、保水率接近，芯吸高度接近，因此都具有較好的保水性，孔隙率、芯吸高度都較高，利于水分在格室間滲透。單位面積質(zhì)量150g/m2黃麻非織造布較130g/m2黃麻夾紗網(wǎng)非織造布的斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力大，尤其干斷裂強(qiáng)度差異明顯，這是由于單位面積質(zhì)量高的黃麻濕法非織造布的纖維含量高、纖維之間氫鍵緊密結(jié)合的緣故。兩種濕法非織造布的濕斷裂強(qiáng)力較干態(tài)下降較大，這是由于聚乙烯醇(PVA)水解，粘合力大幅降低造成的。兩種濕法非織造布的濕斷裂伸長(zhǎng)率都略大于干斷裂伸長(zhǎng)率，這是由于水分子進(jìn)入纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，纖維吸濕后潤(rùn)漲，延伸性增強(qiáng)的緣故。由于單位面積質(zhì)量130g/m2黃麻中間夾紗網(wǎng)，即使單位面積纖維含量較低，借助紗網(wǎng)夾筋作用，仍獲得較單位面積質(zhì)量150g/m2黃麻濕法非織造布更大的撕破強(qiáng)力。

4.7 6#產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.7.1 物理性能測(cè)試結(jié)果

為比較聚乳酸共混膜與普通塑料地膜的性能，將相近單位面積質(zhì)量的聚乳酸共混膜與普通塑料地膜的性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 聚乳酸共混膜與普通塑料地膜的物理性能測(cè)試指標(biāo)

4.7.2 產(chǎn)品性能分析

由表4中測(cè)試數(shù)據(jù)可見(jiàn)，相近單位面積質(zhì)量的聚乳酸膜較普通塑料地膜厚度更薄，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)、撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力低，因此出苗后，聚乳酸膜容易破裂。聚乳酸膜不透濕，因此可以保水保墑，對(duì)植物生長(zhǎng)有積極的影響。聚乳酸膜既可自然降解也可堆肥降解，利用自然微生物三個(gè)月左右可100%進(jìn)行分解，最后轉(zhuǎn)化成水與二氧化碳，無(wú)環(huán)境污染現(xiàn)象，可幫助提高土壤質(zhì)量，減少耕地?fù)p失。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)研究及試驗(yàn)證明，非織造布可生物降解復(fù)合植生材料的性能及結(jié)構(gòu)適合植物栽培、城市園林綠化、邊坡綠化和水土保持的需要，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)環(huán)?；?、生態(tài)化的技術(shù)要求。該復(fù)合植生材料在種植和輸送過(guò)程中不破裂，運(yùn)輸方便，可直接應(yīng)用于植物栽培、城市園林綠化、邊坡綠化和水土保持，不受人為因素和水流沖刷的擾動(dòng)，抗風(fēng)沙、保溫、保濕。該非織造布復(fù)合植生材料不但應(yīng)用于塑料大棚、鹽堿地、沙漠等地面平整的場(chǎng)合，還可鋪設(shè)于屋頂、堤岸、斜坡等不同地理環(huán)境表面。既可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植還可應(yīng)用于園林綠化，而且非織造布復(fù)合植生材料可自然分解成為肥料，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

[1] 周蓉，湯燕偉，劉逸新.幾種非織造基質(zhì)及其草坪草生長(zhǎng)性能實(shí)驗(yàn)研究[J]東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，31(2)：83—87.

[2] 沈蘭萍，尉霞，明明. 無(wú)土栽培用廢棉非織造布基質(zhì)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2007，28(1)：60—62.

Analysis on the Research and Application of Nonwovens Composite Plant Material

WangZhongzhen1,2，ZhouLei1,2，DingShuai1,2，YangLin1,2

(1.Shandong Textile Science& Research Institute ,Qingdao 266032，China；2.Shandong Province Key Laboratory of Special Textile Process Technology ,Qingdao 266032，China)

The research and application of nonwovens composite plant materials were introduced.Through test and analysis, the results show that the properties and the structure of nonwovens composite plant material is suitable for the need of plant cultivation, can be used in the urban landscape greening, slope greening and water and soil conservation, meet the requirements of modern agricultural ecological environmental protection.

nonwovens; composite; plant; materials

2016-02-26

山東省2013年度農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目

王中珍(1970—)，女，湖北武漢人，高級(jí)工程師。

TS17

A

1009-3028(2016)02-0004-04