優(yōu)異的非織造材料

文/江南大學非織造技術(shù)中心、江南大學生態(tài)紡織教育部重點實驗室 鄧炳耀 邢劍

優(yōu)異的非織造材料

文/江南大學非織造技術(shù)中心、江南大學生態(tài)紡織教育部重點實驗室 鄧炳耀 邢劍

生物基纖維的生態(tài)環(huán)保性，決定了其在非織造材料應(yīng)用中的地位

“目前，我國纖維新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展主要體現(xiàn)在功能性纖維材料開發(fā)與品質(zhì)提升、生物基化學纖維的產(chǎn)業(yè)化、高性能纖維的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品系列化發(fā)展等方面。”在中國化纖科技大會上，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會副會長、中國化學纖維工業(yè)協(xié)會會長端小平，對我國纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向進行分析，他指出產(chǎn)業(yè)化與產(chǎn)品系列化已成為我國纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標。如今，綠色環(huán)保的發(fā)展理念早已廣為熟知，大力發(fā)展生物基材料是走可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，而實現(xiàn)生物基材料的國產(chǎn)化、產(chǎn)品多樣化更是國之夙愿。

國內(nèi)外爭相發(fā)展的新材料

非織造材料是介于傳統(tǒng)紡織品、塑料、皮革和紙四大柔性材料之間的材料，具有結(jié)構(gòu)、外觀、性能的多樣性。根據(jù)不同用途可對其結(jié)構(gòu)、外觀、性能選擇相應(yīng)的原料和加工方式。生物基纖維的生態(tài)環(huán)保性，決定了其在非織造材料應(yīng)用中的地位。

目前，除了生物基原生纖維外，生物基再生纖維（再生纖維素纖維、再生蛋白纖維、海洋生物基纖維）和生物基合成纖維，在服裝用非織造材料、農(nóng)業(yè)用非織造材料、國防用非織造材料、醫(yī)用衛(wèi)生非織造材料、生物工程材料和保健紡織品等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物基原生纖維應(yīng)用

棉、麻、絲、毛是最常見的生物基原生纖維的原料，其取材廣泛，并且原料來源環(huán)保，是最受消費者青睞的纖維種類。以生物基原生纖維為基料，通過水刺、針刺、粘合等非織造加工工藝，可生產(chǎn)滿足日常用途和農(nóng)業(yè)用途的非織造材料。如日本Asahi公司利用棉絨纖維開發(fā)生產(chǎn)的纖維素長絲紡粘非織造布，具有優(yōu)異的吸液性和生物降解性，在農(nóng)業(yè)用領(lǐng)域，可做無土栽培基質(zhì)。

生物基原生纖維不僅可以通過單紡加工滿足非織造材料上的應(yīng)用，而且還可將兩種或兩種以上的生物基原生纖維進行混紡，其性能會更好，應(yīng)用效果更佳。如將亞麻和蠶絲纖維的紡織下腳料利用濕法成網(wǎng)并添加適當?shù)恼澈蟿苽涞穆?絲非織造布農(nóng)用地膜，該地膜具有很好的保濕和保溫作用，并且降解后可以提高土壤含氮量。

生物基再生纖維應(yīng)用

（1）再生纖維素纖維

粘膠纖維、秸稈纖維、椰殼等是再生纖維素纖維在非織造材料中使用較多的纖維種類，來源豐富，并具有良好的生物可降解性。使用再生纖維素纖維制備的非織造材料，廢棄后的處理簡便易行，符合我國綠色環(huán)保的政策要求。再生纖維素纖維主要可通過針刺、水刺和熱粘合的非織造工藝制備非織造材料，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于衛(wèi)生護理材料、過濾材料、農(nóng)業(yè)用等領(lǐng)域。

粘膠纖維是再生纖維素纖維最常用的一類纖維，該纖維具有良好的吸濕性、柔軟性、生物安全性等性能。既可以單獨成網(wǎng)用于非織造材料生產(chǎn)，也可以與其他纖維混合制備非織造材料。其中，粘膠纖維通過水刺工藝生產(chǎn)的非織造材料具有優(yōu)良的懸垂性、極柔軟的手感、良好的蓬松透氣性、強力高、吸濕性好和不易起毛等特點。

在過濾材料領(lǐng)域。利用針刺工藝可以將粘膠纖維制備成過濾材料。粘膠纖維和麻纖維及PA6納米纖維混合后針刺制備的多層非織造材料具有良好的吸油過濾性能，可應(yīng)用于過濾領(lǐng)域。

在醫(yī)用衛(wèi)生領(lǐng)域。再生纖維素纖維與蠶絲纖維混合后，再利用水刺工藝加固，可制備用作衛(wèi)生包覆材料的非織造材料；和聚酯纖維混合制備的水刺非織造材料經(jīng)拒水處理后，可制成手術(shù)罩布；和殼聚糖纖維混合，通過針刺工藝制備的非織造材料具有優(yōu)異的抗菌性能，可用于醫(yī)用傷口敷料材料。

在農(nóng)業(yè)用領(lǐng)域。粘膠纖維和稻草秸稈纖維經(jīng)預(yù)混開松后，利用氣流成網(wǎng)并經(jīng)針刺加固制備出的非織造材料可用作無土栽培基質(zhì)，其具有良好的吸水性并含有大量的微孔，保水保肥效果優(yōu)異，滿足農(nóng)作物對空氣、水的需要，同時兩種纖維均生物可降解，對生態(tài)環(huán)境無影響。

目前，國外一些企業(yè)在農(nóng)業(yè)用無土栽培基質(zhì)的應(yīng)用方面比較成熟，如英國Fisons plc公司利用木質(zhì)材料和肥料通過非織造工藝，生產(chǎn)的非織造材料被用作種子基質(zhì)和生長基質(zhì)材料。

再生纖維素纖維還可與蛋白纖維混紡，提高纖維的性能。通過將稻秸稈纖維與廢蠶絲利用濕法成網(wǎng)，添加適當?shù)恼澈蟿苽涞姆强椩觳牧峡捎米鞯啬ぃ摰啬げ粌H可在自然狀態(tài)下發(fā)生降解，同時可以改善土壤特性，提高土壤含氮量。

除了以上提到的再生纖維素纖維以外，作為一種新型環(huán)保型再生纖維纖維，Lyocell纖維在其生產(chǎn)過程中實現(xiàn)“零”污染，并且該纖維具有良好的生物可降解性、吸濕透氣性、柔軟性和穿著舒適性。通過將Lyocell纖維進行水刺、針刺和熔噴等非織造工藝制備的非織造材料，可用作生產(chǎn)過濾材料、面膜基材、生物組織工程材料等。

Lyocell纖維還可與殼聚糖纖維混合，并利用水刺工藝制備得到的非織造材料可用作美容面膜基材（CN 103161028A）。原纖化Lyocell纖維制成的纖網(wǎng)與化纖短纖制成的纖網(wǎng)進行復(fù)合，通過熱粘合工藝制備的非織造材料可應(yīng)用于過濾領(lǐng)域（JP 2014073432-A）。

（2）再生蛋白纖維

從天然牛乳或植物（花生、玉米、大豆等）中提煉出蛋白質(zhì)溶液，通過與高聚物物理共混或化學接枝而紡絲制備得到再生蛋白纖維，其纖維具有良好的物理機械性能、耐酸堿性、柔軟性和穿著舒適性。

以此纖維為基料，通過針刺、水刺等非織造工藝可制備非織造材料，同時其制備的非織造產(chǎn)品也具有良好的親膚舒適性和人體相容性，在衛(wèi)生護理材料和生物工程材料領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

膠原蛋白纖維是從廢棄皮屑中提取膠原蛋白，并經(jīng)紡絲制備得到親膚性環(huán)保再生蛋白纖維。通過針刺工藝制備的非織造材料，在組成和纖維排列上與人體軟骨組織高度相似，多用于制備醫(yī)用軟骨組織。此外，膠原蛋白纖維利用靜電紡絲法還可制備膠原納米纖維，可用于制備生物支架材料。

（3）海洋生物基纖維

海洋生物基纖維的原料來源于海洋中動植物(蝦、蟹的外殼，藻類等)纖維，該類纖維具有良好的物理機械性能、生物相容性、生物可降解性、抑菌性和吸濕透氣性等，除了在高檔面料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在生物工程材料領(lǐng)域也得到了高度的關(guān)注。

通過針刺、水刺等非織造工藝制備的海洋生物基非織造材料，其產(chǎn)品可應(yīng)用于生物醫(yī)用材料（醫(yī)用敷料、藥物緩釋基材、口罩等）、個人衛(wèi)生材料(面膜、紙尿褲等)和生物組織工程材料(人造皮膚、軟骨組織、神經(jīng)組織等)等領(lǐng)域。

上圖：衛(wèi)生護理材料。

下圖：甲殼素水刺無紡布。

基于人體傷口的濕性愈合機理，以海藻纖維為原料，通過針刺工藝制備的非織造材料，具有高吸濕性、易去除性、高透氧性、凝膠阻塞性，可被用作醫(yī)用敷料使用（CN 103074777A），起到高效止血、保護創(chuàng)面和促進愈合的作用。該工藝制備的非織造材料還具有抑菌、吸濕透濕、舒適健康的保健作用，在口罩領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用(CN 203226301 U)。海藻纖維也可通過靜電紡的方法制備組織工程復(fù)合支架，并且在生物環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性。

殼聚糖纖維主要是以蝦、蟹、貝等殼類水生動物的外殼中提取甲殼素為原料制備得到的海洋生物基纖維。利用針刺工藝制備的殼聚糖非織造材料具有高吸濕性和高濕強度，同時還具有止血抗菌和促進愈合的作用，被廣泛作為醫(yī)用敷料使用(CN 202069768 U)。

通過水刺工藝制備的殼聚糖非織造材料具備良好的彈性、抗張力性、透濕性、抑菌和生物活性，可被作為人造皮膚在生物組織工程領(lǐng)域使用。同時還具有保濕、供氧、活化細胞的功能，被用作濕巾、美容面膜、化妝用布等。

通過濕法成網(wǎng)工藝制備而得的殼聚糖纖維非織造材料，具有優(yōu)良的力學性能、吸附性和導(dǎo)電性，多被應(yīng)用于生物醫(yī)用、過濾和防護服等領(lǐng)域，同時也可用作廢水廢油的過濾材料。

通過將殼聚糖纖維和生物活性玻璃纖維混紡，可制備出三維有序多孔支架，并具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性，同時機械強度較高，力學性能良好，被用作骨修復(fù)部位的受力支撐部件。

在纖維的生產(chǎn)制備過程中加入功能性添加劑，可使纖維具有保健的功能，如遠紅外和負離子功能、抗菌防臭功能、防輻射功能等。意大利的Zegna Baruffa Lane Borgosesia紡絲公司開發(fā)的一種名為Thalassa的長絲，制備的紡織面料和服裝，在保持和提高人體表面溫度、抗過敏、減輕疲勞及改善失眠和抗紫外線方面，具有顯著的功效。

生物基合成纖維應(yīng)用

生物基合成纖維是指原料來源于生物質(zhì)的化學纖維，其種類較多，具有較好的生物可降解性。生物基合成纖維一般可通過干法、紡粘法和熔噴法等工藝成網(wǎng)，然后再通過針刺、熱粘合的工藝加固制備非織造材料，其在生物醫(yī)療、過濾材料、包裝材料和農(nóng)業(yè)用材料中應(yīng)用廣泛。

聚乳酸（PLA）纖維是以玉米、小麥、甜菜等含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品為原料，經(jīng)發(fā)酵生成乳酸后，再經(jīng)縮聚和熔融紡絲制成的生物基合成纖維。該纖維具有良好的生物可降解性、力學性能、熱穩(wěn)定性和耐候性，在服裝、家用紡織品、生物醫(yī)療、農(nóng)業(yè)園林（生物堆肥覆蓋材料，防蟲、防獸害蓋布）、包裝和過濾等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

利用熔噴法制備的PLA非織造材料，通過抗菌整理后可被用作醫(yī)療衛(wèi)生用品和過濾材料（如手術(shù)衣、手術(shù)覆蓋布、口罩等）。PLA纖維和麻纖維混合并經(jīng)過氣流成網(wǎng)和熱軋工藝制備的非織造材料可用作過濾材料。

利用靜電紡制備的PLA納米纖維分別直接復(fù)合在水刺非織造材料和熔噴非織造材料上，制成PLA納米纖維非織造復(fù)合材料，其過濾性能將大幅度提高。聚己酸內(nèi)酯（PCL）和聚乳酸（PLA）利用紡粘法制備的紡粘非織造材料能制成洗滌服、失禁墊和繃帶。

節(jié)能降耗是生物基材料的發(fā)展趨勢

生物基纖維具有優(yōu)良的性能，盡管已經(jīng)在多個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是在非織造材料領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在許多問題，如產(chǎn)品用途單一，應(yīng)用范圍窄，生物基纖維生產(chǎn)過程不完全綠色環(huán)保，其加工涉及領(lǐng)域較廣，纖維生產(chǎn)難度大，非織造材料制備工藝單一受限等。

未來應(yīng)著重通過實現(xiàn)技術(shù)升級，提高產(chǎn)品開發(fā)效率，建立科學的研究體系，使多重技術(shù)融合，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈整體優(yōu)勢，從而開發(fā)出一系列的差別化、功能化產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品的舒適性、功能性以及生態(tài)性。

此外，要充分發(fā)揮生物基材料可再生、可降解利用的優(yōu)勢，節(jié)能降耗是未來生物基纖維非織造材料的發(fā)展趨勢。如以玉米淀粉、大豆油脂等農(nóng)產(chǎn)品為主要原料來源，向非食物性木基纖維素等植物殘體和農(nóng)林廢棄有機物基為主要原料來源的方向發(fā)展，以減少對農(nóng)田的壓力和降低原料成本。