可沖散性濕巾基材生產(chǎn)工藝技術(shù)研究

高居義 吳海波

(東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海，201620)

可沖散性濕巾基材生產(chǎn)工藝技術(shù)研究

高居義 吳海波

(東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海，201620)

粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺非織造材料用作可沖散性濕巾基材，研究水刺纖維原料及其各組分含量、成網(wǎng)方式以及水刺材料面密度對材料性能的影響。對比分析復(fù)合水刺材料的的干濕強度、吸水性、可沖散性。結(jié)果表明，水刺材料纖維面密度為30～60 g/m2、木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)65% ～75%、機械梳理成網(wǎng)、扁平截面粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺材料適合用作可沖散性濕巾基材。

扁平截面粘膠纖維;木漿;機械梳理成網(wǎng);可沖散性濕巾

濕巾類產(chǎn)品使現(xiàn)代生活發(fā)生了變革，給人類生活帶來極大方便，這類制品通常比較便宜，衛(wèi)生且便捷。然而，對這些制品 (特別是廁用濕巾類)的用后處置日益成為問題，填埋和焚燒則加重了城市負擔(dān)。研究一種可沖散且可降解、對環(huán)境友好的濕巾材料即可沖散性產(chǎn)品濕巾顯得十分迫切?？蓻_散性/型廁用濕巾的定義是：指在產(chǎn)品的預(yù)期使用條件下，能夠保持抽水馬桶和排水管道系統(tǒng)的暢通;與現(xiàn)有的污水輸送、處理、再利用和處置等系統(tǒng)相容;在合理的時間內(nèi)，廢棄物變得不可識別，并且對環(huán)境友好［1］。可沖散性產(chǎn)品要求纖維原料可降解，故可選用纖維素纖維作為主要原料。木漿纖維在水環(huán)境下其纖維間的氫鍵打開，纏結(jié)結(jié)構(gòu)破壞;粘膠纖維的濕強度比干強度小很多，為研究可沖散性材料提供了便利。

本研究主要探討水刺纖維原料及其各組分含量、成網(wǎng)方式及水刺材料總體纖維面密度對水刺材料性能的影響。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試材料干濕強度、吸水性能和沖散性能，選擇出可行的工藝。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，以濕巾國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20808—2006作為參考，偏差要求±10%，含液量1.5～5.0倍，橫向濕抗張強度≥0.03 kN/m。

1 實驗

1.1 實驗材料

(1)圓形截面粘膠纖維：規(guī)格1.6 dtex×38 mm;江蘇南京蘭精公司生產(chǎn)。

(2)扁平截面粘膠纖維：規(guī)格2.4 dtex×38 mm;德國Kelhein公司生產(chǎn)。

(3)木漿紙：規(guī)格180 mm×110 mm，單層定量15 g/m2和18 g/m2，江蘇蘇州金紅葉公司生產(chǎn)。

1.2 實驗設(shè)備

XQ-1型纖維強伸度儀，JSM25600LV型掃描電子顯微鏡，YG028-500型織物強力儀，T6610型Fleissner水刺系統(tǒng)，JB50-G磁力攪拌器，F(xiàn)A2004電子天平，秒表等。

1.3 實驗方法

1.3.1 粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺工藝流程 (見圖1)條狀。

圖1 粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺工藝流程圖

5級——100 s內(nèi)布樣完全分散成塊狀。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料選擇

采用XQ-1纖維強伸度儀測試兩種粘膠纖維的拉伸性能如表1所示。采用掃描電子顯微鏡觀察纖維縱截面，如圖2所示。

1.3.2 水刺材料性能測試

1.3.2.1 干濕強度測試：按照GB/T24328.4—2009衛(wèi)生紙及其制品，第4部分抗張強度的規(guī)定進行測定。

1.3.2.2 吸水率：按照FZ/T64012.2—2001的規(guī)定進行測定。

1.3.2.3 可沖散性：按照JISP8135—1998中提到水解性的無紡布檢測步驟［2］進行測定，具體如下：

(1)裁取100 mm×100 mm的試樣，投入裝有300 mL去離子水的燒杯中，利用磁力攪拌儀進行攪拌，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600 r/min，定時用目視法觀察非織造布的分散狀態(tài)，據(jù)此測定該非織造布達到分散時所需要的時間。

(2)若達到分散的時間在150 s以下，則視為水可分散。優(yōu)選值為100 s以下。

為方便結(jié)果評價，根據(jù)分散時間與攪拌后布面的完整性分級為0、1、2、3、4、5共6個級別。

0級——150 s后未分散，布面完整。

1級——100 s后未分散，150 s后布面邊部發(fā)生分散，但整體布面完整。

2級——100 s后開始分散，150 s后少部分分散，布面少量孔洞。

3級——100 s后開始分散，150 s后大部分分散，布面大量孔洞。

4級——100 s后部分分散，150 s后布樣分散成

圖2 3種纖維縱截面SEM照片

表1 粘膠纖維的拉伸性能

從表1可知，兩種粘膠纖維的斷裂強力與斷裂伸長率相差不大，扁平截面粘膠纖維線密度較大，故扁平截面粘膠纖維的斷裂強度要小于圓形截面粘膠纖維。從圖2的SEM照片中可以看出，扁平截面粘膠纖維具有類似矩形的扁平橫截面，彎曲剛度比較低［3］。

兩種粘膠纖維經(jīng)成網(wǎng)得到面密度為24 g/m2的纖維網(wǎng)，復(fù)合兩層定量為18 g/m2的木漿紙，加固得到水刺材料，材料纖維面密度為60 g/m2，水刺材料各項性能及可沖散性能如圖3和圖4所示。其中A1為純圓形截面粘膠纖維水刺材料，A2為純扁平截面粘膠纖維水刺材料，A3為木漿紙 (未經(jīng)水刺)，A4為圓形截面粘膠纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%與木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的復(fù)合水刺材料，A5為扁平截面粘膠纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%與木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的復(fù)合水刺材料。

A1、A2為單一纖維機械梳理水刺材料，扁平截面粘膠纖維水刺得到的非織造布的縱橫強力較大。纖維性質(zhì)對成品的性質(zhì)有很大的決定性因素，扁平截面粘膠纖維初始模量較高，且扁平結(jié)構(gòu)的纖維彎曲剛度小，在相同的水刺工藝條件下，纖維纏結(jié)效果好，外部表征為產(chǎn)品強度大。A3為木漿纖維未經(jīng)水刺材料，由于木漿纖維是依靠纖維之間的氫鍵結(jié)合，充分與水接觸時，氫鍵水解，纖維之間的連接被打斷，外部表征為產(chǎn)品水解，這也是衛(wèi)生紙能夠可沖散的機理。

因此設(shè)想以粘膠纖維為骨架，添加木漿纖維水刺復(fù)合，降低水刺材料的強度，滿足可沖散產(chǎn)品的低強度要求。A4、A5為添加40%的木漿纖維水刺材料，與A1相比，A4橫向濕抗張強度增加，從圖5可以看出，木漿纖維較多的穿透纖維網(wǎng)并與圓形截面粘膠纖維纏結(jié)。當(dāng)碎解時，木漿纖維之間的連接被打開，但會與粘膠纖維充分的纏結(jié)，形成包纏結(jié)構(gòu)。A5與A2比較橫向濕抗張強度有明顯降低，從圖6的照片中看出，只有少部分木漿纖維穿透了粘膠纖維網(wǎng)。當(dāng)木漿紙碎解時，木漿纖維不能夠與扁平截面粘膠纖維形成纏結(jié)結(jié)構(gòu)而流失，從而使產(chǎn)品的濕強度降低。

單一的粘膠纖維所制得的非織造材料是很難被沖散的，添加一部分木漿纖維能夠改善沖散性能。從圖4中可以看出，木漿纖維的吸收性能比粘膠纖維差，但A1～A5的吸水率都在800%以上，能夠滿足濕巾的要求。故實驗選擇扁平截面粘膠纖維與木漿纖維作為主要原料。

圖6 扁平截面粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺材料的SEM照片

2.2 成網(wǎng)方式

機械梳理成網(wǎng)材料的縱橫向強度差異較大;氣流成網(wǎng)材料的縱橫向強度差異較小。以扁平截面粘膠纖維采用不同成網(wǎng)方式得到面密度為24 g/m2的纖維網(wǎng)，復(fù)合兩層定量為18 g/m2的木漿紙，加固得到水刺材料，水刺材料面密度為60 g/m2，水刺材料各項性能及可沖散性如圖7和圖8所示，其中B1為機械梳理扁平截面粘膠纖維水刺材料，B2為氣流成網(wǎng)扁平截面粘膠纖維水刺材料，B3為機械梳理扁平截面粘膠纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%與木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的復(fù)合水刺材料，B4為氣流成網(wǎng)扁平截面粘膠纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%與木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%的復(fù)合水刺材料。

圖7 不同成網(wǎng)方式的水刺材料性能對比

單一纖維氣流成網(wǎng)水刺材料的橫向濕抗張強度要大于機械梳理成網(wǎng)水刺材料。添加40%木漿紙所得到的水刺材料的橫向濕強差異比較小，可沖散性能差異很小?？紤]到生產(chǎn)實際中卷裝的要求，縱向強度要求較大。隨著木漿紙含量的增加，氣流成網(wǎng)粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺材料的縱向強度也會有很大降低，明顯小于機械梳理得到的水刺材料，不利于生產(chǎn)的正常進行。故實驗擬選用機械梳理粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺工藝。成網(wǎng)方式對水刺材料的吸水性影響不大，材料吸水率相差不多。

圖8 不同成網(wǎng)方式材料的吸水率

2.3 木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)及水刺材料面密度的選擇

水刺材料木漿紙質(zhì)量含量及面密度對水刺材料性能有很大影響。水刺材料面密度：C1～C4為60 g/m2，C5為80 g/m2，水刺材料各項性能測試結(jié)果如圖9和圖10所示，其中C1為100%扁平截面粘膠纖維 (木漿紙含量為0)的水刺材料，C2為木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的復(fù)合水刺材料，C3為木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的復(fù)合水刺材料，C4為木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的復(fù)合水刺材料 (面密度為60 g/m2)，C5—木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的復(fù)合水刺材料 (面密度為80 g/m2)。

從圖9和圖10可看出，隨著木漿紙含量的增加，橫向濕抗張強度逐漸減小，縱向濕抗張強度先提高后降低，當(dāng)木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%時，干強度達到最大［4］。木漿纖維與粘膠纖維相比，纖維之間的纏結(jié)點少，外部表征為材料縱橫強度都比較低。若過高增加木漿紙含量會給生產(chǎn)帶來困難，在水刺加固過程中纖網(wǎng)所能承受沖擊能力有限，木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高的纖網(wǎng)會被水流沖散而無法得到完整材料。經(jīng)實驗驗證，當(dāng)木漿紙含量為80%時，無法成形，故推薦的木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～75%。

水刺材料C5面密度為80 g/m2，與木漿紙含量相同的面密度為60 g/m2的水刺材料C4相比較，縱向濕抗張強度與橫向濕抗張強度都有提高，且分散級數(shù)明顯降低。說明產(chǎn)品的面密度對沖散性有較大的影響，在設(shè)計產(chǎn)品時要考慮面密度的影響，推薦水刺材料纖維面密度為30～60 g/m2。

3 結(jié)論

3.1 扁平截面粘膠纖維具有類似矩形的扁平截面，纖維彎曲剛度小，纏結(jié)效果好，若達到相同的纏結(jié)系數(shù)，需要的水針能量少。扁平截面粘膠纖維與木漿紙復(fù)合水刺后得到的材料橫向濕強度小，分散效果好。3.2 機械梳理成網(wǎng)與氣流成網(wǎng)復(fù)合水刺材料理論上都能夠滿足可沖散產(chǎn)品的要求，考慮到企業(yè)生產(chǎn)的正常生產(chǎn)，梳理成網(wǎng)水刺材料能提供較高的縱向強度，故選用機械梳理作為可沖散產(chǎn)品的成網(wǎng)方式。

3.3 木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)與水刺材料總體纖維面密度對水刺材料的可沖散性有影響。過高的木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)不利于得到完整的產(chǎn)品，推薦的木漿紙質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～75%;材料面密度越大，產(chǎn)品分散越困難，較優(yōu)的水刺材料纖維面密度選擇為30～60 g/m2。

3.4 可沖散性測試只是一種主觀的方法，需要進一步的標(biāo)準(zhǔn)化與定量化。

［1］ Jones R B，Boylan J R，Hobar B R，et al．用即棄產(chǎn)品的可沖散性、可分散性和生物降解性的測定［J］．生活用紙，2007(11)：41．

［2］ 竹內(nèi)直人，小西孝義．含有不同纖維長度再生纖維素纖維的水解性無紡布：中國，1267757A［P］．2000-09-27．

［3］ 陳雪嬌，靳向煜．基于水可沖散性且生物可降解的濕態(tài)非織造布的成型與機理研究［J］．非織造布，2010(10)：12．

［4］ 張靜峰，靳向煜，饒劍輝．漿粕及木漿紙水刺非織造布的結(jié)構(gòu)與性能［J］．紡織學(xué)報，2005(3)：52.

Manufacture Technology of Flushable Material Used for Wet Wipes

GAO Ju-yi*WU Hai-bo
(Donghua University，Shanghai，201620)

Viscose fibers with flat cross section and circular section were respectively used together with wood pulp as raw material to manufacture spun-laced non-woven composite materials．The test results of wet strength，water absorption，flushable performance of the product indicated that viscose fibers with flat cross section and wood pulp can be used to make flushable nonwoven．The optimum content of wood pulp is 65% ～75%and the basis weight of the product is 30～60 g/m2．

flat viscose fiber;wood pulp;machinery carding;flushable

TS75

A

0254-508X(2012)02-0015-04

高居義先生，在讀碩士研究生;研究方向為可沖散性濕巾材料。

(*E-mail：gaojuyi@mail．dhu．edu．cn)

2011-09-25(修改稿)

(責(zé)任編輯：常 青)