淺談濕法非織造技術(shù)

梁曉菲龍 柱

（1.江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院造紙研究室, 江蘇 無錫 214122；

2.江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 無錫 214122）

淺談濕法非織造技術(shù)

梁曉菲11,,22龍 柱11,,22

（1.江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院造紙研究室, 江蘇 無錫 214122；

2.江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 無錫 214122）

簡要介紹濕法非織造技術(shù)所用原料、生產(chǎn)工藝及相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，并對我國濕法非織造工業(yè)的前景作了初步展望。

濕法非織造 造紙 化學(xué)纖維 功能材料 應(yīng)用

0 前 言

近些年來，濕法非織造這一名詞越來越頻繁地出現(xiàn)在人們的視野中，濕法非織造技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。濕法非織造技術(shù)是非織造布生產(chǎn)方式的一種。它與其他非織造技術(shù)不同之處在于它的成型方式是濕法工藝。濕法非織造技術(shù)是以造紙工藝為基礎(chǔ)即以水為載體，使纖維在水中均勻分散，經(jīng)過網(wǎng)部、干燥后形成均勻的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在經(jīng)過固化等一系列后處理抄造出符合某些要求的非織造布[1]。因此，此種方法制得的非織造布也通常被叫做特種紙或功能紙。我國在20 世紀(jì)50年代由浙江省造紙行業(yè)科技人員首創(chuàng)了側(cè)流式圓網(wǎng)造紙機(jī)，解決了韌皮長纖維機(jī)械抄造的難題，為研究與發(fā)展?jié)穹ǚ强椩觳牧咸峁┝藯l件[2]。隨著科技的發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤笤絹碓礁?，也?dǎo)致了用于造出濕法非織造材料的原料種類越來越多，濕法非織造技術(shù)逐漸提高。

1 用于濕法非織造的纖維原料

近幾年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用于濕法非織造的纖維原料的種類已經(jīng)不僅僅局限于傳統(tǒng)的植物纖維，如木材纖維、棉、麻等常用于造紙和紡織行業(yè)中的原料。如今的原料包括植物纖維和動物纖維這類天然纖維外，還包括化學(xué)纖維。

濕法非織造的化學(xué)纖維原料種類越來越多，主要分以下幾大類：有機(jī)類和無機(jī)類兩大種類的纖維。有機(jī)類又包含聚酯纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯晴纖維、聚乙烯醇纖維等合成纖維和粘膠纖維、碳纖維這一類合成纖維以及生物纖維。無機(jī)類有玻璃纖維、陶瓷纖維、粉煤灰纖維、高爐干渣纖維、玄武巖纖維等[3]。在眾多的纖維原料中化學(xué)纖維占著較大的比重，用于紡織行業(yè)中的化學(xué)纖維如聚酯纖維、芳香族聚酰胺纖維、碳纖維、Lyocell纖維和氨綸、尼龍、聚烯烴纖維、粘膠短纖維、丙烯腈系纖維等都可以作為濕法非織造的原料纖維[4]。化學(xué)纖維的市場比重很大，是濕法非織造原料比較充分的來源。在這里值得提出的是功能化學(xué)纖維。這類纖維的研究已成為了近幾年研究的熱點(diǎn)。所謂功能性纖維，就是通過添加某些特殊材料、特殊功能，如導(dǎo)電、阻燃、殺菌、抗輻射等功能[5]。 EMS公司下屬的一個單位Ems—Griltech研發(fā)的Grilon特種纖維，這種纖維是由共聚酰胺生產(chǎn)的雙組分纖維或由高黏度聚酰胺生產(chǎn)的纖維。Grilon纖維的應(yīng)用領(lǐng)域有：電池隔離層、過濾層、文件紙、復(fù)合材料[6]。以PPTA（對苯二甲酰對苯二胺）為原料的濕法非織造布可以作為鋰離子電池的隔板[7]。SWP 纖維（synthetic wood pulp fiber），即合成木漿纖維。它是聚乙烯或聚丙烯以及它們的共聚物聚合后直接紡絲而得。所得到的纖維在長度、結(jié)構(gòu)乃至枝化構(gòu)型上都與精制的木漿相似，所以稱為合成木漿。用于濕法成網(wǎng)的SWP一般長度0.75～1.5 mm，而且是高度原纖化的。它們在含有大約50%水分的情況下被壓縮成片，提供給后面的加工。它們在一般造紙所用的設(shè)備中，就能非常容易地分散在水中。在比較高的溫度下，很快能與木漿或其他纖維混合[8]。

濕法非織造對原料纖維的主要要求是其能否在水中均勻分散,不易絮凝和成團(tuán)，在整個輸漿和成網(wǎng)中都應(yīng)良好懸浮。為保證纖維在水中均勻分散，濕法非織造布所用纖維的長細(xì)比應(yīng)小，長度分布應(yīng)窄，濕模量應(yīng)高。其中，纖維的長細(xì)度一般控制在：長度（mm）=5×線密度（d）[9]。另外，當(dāng)纖維的吸濕性強(qiáng)、卷曲度小時(shí)，也有利于纖維的分散[10]。

2 濕法非織造技術(shù)的發(fā)展

濕法非織造技術(shù)起源于造紙技術(shù)，但所用原料不同，它與傳統(tǒng)的造紙技術(shù)又有所區(qū)別。EDANA（歐洲非織造布協(xié)會）強(qiáng)調(diào)了濕法成形非織造布與濕法紙的區(qū)別：其纖維狀成分中，有大于50%重量的是長徑比大于300的纖維（經(jīng)過化學(xué)品蒸煮過的植物纖維不算）。其他也可以定義為非織造布的織物有：其纖維狀成分中有大于30%重量的是長徑比大于300 的纖維（經(jīng)過化學(xué)品蒸煮過的植物纖維不算），其密度小于0.40 g/m3。這一說法成為了ISO 9092/1988和EN 29092標(biāo)準(zhǔn)[8]。濕法成形非織造技術(shù)的一個特殊目的就是使非織造布具有紡織品的一些性能，如透氣、靈活、張力較強(qiáng)等，這與造紙也有很大的不同。

濕法非織造技術(shù)所用纖維原料多樣，就導(dǎo)致了它對工藝技術(shù)及設(shè)備的要求比造紙要高。濕法非織造的基本工藝流程為：纖維準(zhǔn)備（纖維原料的離解、分散、加添化學(xué)藥品及凈化等）→濕法成形→粘合成網(wǎng)（化學(xué)或熱）→后整理（烘干、軋光、軋花、涂層、疊色、染色 及印花等）[1]。

濕法非織造中纖維的分散比造紙中的纖維分散困難，所以在進(jìn)行機(jī)械分散時(shí)要注意剪切力的大小及攪拌時(shí)間，不同的纖維原料所需要的分散時(shí)間不同；有試驗(yàn)表明纖維的長度和細(xì)度增加，纖維的破壞和分散時(shí)間都會減少[11]。另外纖維在分散過程中需要加入一些分散劑，這是因?yàn)榛瘜W(xué)纖維中的合成纖維是疏水性的，游離度高且纖維長度較長，大部分合成纖維不能細(xì)纖維化，就導(dǎo)致了纖維均勻成網(wǎng)困難，容易產(chǎn)生絮聚。加入分散劑可以增加漿液的黏度減少流動性，減少纖維間的接觸從而減少了纖維的絮聚。常用的分散劑有刺梧桐(karaya)，瓜爾膠(guar)等天然樹脂膠或多聚磷酸鈉、高分子量的聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺等合成聚合物溶液或羧甲基纖維素、聚丙烯酸鈉等，具體的分散助劑要視不同的纖維而定[1]。此外，水溶液黏度的增加，也使得纖維具有良好的懸浮性，不至于過快地沉降，以獲得均勻的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚氧化乙烯(PEO)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種分散劑，加入少量就能起到良好的分散作用[12]。

傳統(tǒng)造紙與濕法非織造的成型器雖然都有圓網(wǎng)與長網(wǎng)之分，但濕法非織造布原料的長度和疏水性，決定了上網(wǎng)濃度比傳統(tǒng)造紙要低，在網(wǎng)部結(jié)構(gòu)上有很大區(qū)別。在國產(chǎn)造紙?jiān)O(shè)備中，我國特有的側(cè)流式圓網(wǎng)槽結(jié)構(gòu)和長網(wǎng)的側(cè)浪式網(wǎng)前箱都是以滿足長纖維造紙?jiān)O(shè)計(jì)的，也能用于濕法非織造布的生產(chǎn)。國外采用帶真空箱的圓網(wǎng)籠，而長網(wǎng)則是傾斜的[13]。斜網(wǎng)紙機(jī)的特點(diǎn)是上網(wǎng)濃度低，只有0.02%～0.08%，能夠使長纖維有足夠的空間保持其懸浮狀態(tài)，防止絮聚；紙機(jī)車速一般較低，為紙幅提供足夠的成形時(shí)間，保證成紙的勻度和透氣性；整個抄造過程都沒有過分地給紙幅施加壓力，保證紙頁的松厚[14]。這樣可以保證纖維在較低的漿濃下均勻分散在網(wǎng)上且脫水緩慢也保證了產(chǎn)品所需的透氣性。由于化學(xué)纖維除黏膠纖維外在打漿機(jī)中切斷困難，因此在備料時(shí)要預(yù)先將纖維切成所需的長度。

Andritz Küsters（安德里茲寇司德）公司研發(fā)的neXformer wetlaid濕法成形機(jī)是市場上較為先進(jìn)的濕法成型機(jī)，并且有其比較成熟的生產(chǎn)工藝（圖1、圖2）[15]。此濕法成型機(jī)系統(tǒng)可以控制內(nèi)部的漿料狀態(tài)，建立內(nèi)壓以控制網(wǎng)部上的懸浮液供應(yīng)；并且可以用于兩層漿料的雙流漿箱系統(tǒng)。這套系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不同材料或混合材料可以層疊交織，使得纖維夾層之間可以相互交織而無需助劑。

圖1 濕法成型非織造技術(shù)的生產(chǎn)工藝

圖2 neXformer wetlaid 濕法成型技術(shù)的主要流程

3 濕法非織造布的應(yīng)用

濕法非織造布因其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。濕法非織造功能材料可以按應(yīng)用的領(lǐng)域來分類，如工業(yè)用、農(nóng)業(yè)用、醫(yī)療衛(wèi)生用、食品用、建材用等；也可以按功能特性來分類，如導(dǎo)電、絕緣、過濾、隔熱保溫、吸附、屏蔽、發(fā)熱、導(dǎo)熱等 。作為高新技術(shù)和應(yīng)用于高新技術(shù)領(lǐng)域的濕法非織造功能材料產(chǎn)品主要有: 電池隔膜材料和近年用作燃料電池電極材料的碳紙，用作結(jié)構(gòu)材料和絕緣材料的芳綸紙，高性能的高溫和低溫隔熱保溫材料，抗菌、消臭、吸附紙及生活用特種功能材料，吸附有害物質(zhì)的濕法非織造材料及制品等。國內(nèi)外對功能材料的研究相當(dāng)重視[2]。我國對濕法非織造功能材料的開發(fā)主要有選用或添加金屬纖維、碳纖維、經(jīng)電鍍處理的纖維、金屬粉末、碳粉等制成的導(dǎo)電材料。如國際能源界研究熱點(diǎn)之一的質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)；應(yīng)用無機(jī)纖維和化學(xué)纖維制成的隔熱保溫材料；食品和醫(yī)療衛(wèi)生及產(chǎn)業(yè)用的過濾材料；以合成纖維等生產(chǎn)的各類電池隔膜材料、芳綸紙、電機(jī)槽絕緣材料；農(nóng)用材料、擦拭材料及音響材料等[16]。

國外對運(yùn)用濕法非織造技術(shù)制得的無紡布的應(yīng)用研究有很多，如羧甲基纖維素（CMC） 是一種水溶性陰離子的線性聚合物，具有生物相容性，在醫(yī)學(xué)上可以作為防粘連膜[17]。在一些濕法非織造產(chǎn)品中應(yīng)用不同材料共同作為原料會得到單一原料所達(dá)不到效果。如一些研究發(fā)現(xiàn)聚乙醇酸無紡織物網(wǎng)適用于軟骨細(xì)胞的粘附，但是卻對其增殖有不良影響，而無論是透明質(zhì)酸、殼聚糖還是聚乙烯醇都無法增加軟骨細(xì)胞的粘附；但在聚乙醇酸濕法無紡織物網(wǎng)中加入PVA或者殼聚糖可以提高軟骨細(xì)胞（培養(yǎng)在試管中PGA基的復(fù)合物支架上）增殖[18]。使用濕法成網(wǎng)技術(shù)，以形成亞麻聚丙烯非織造布基底制成生態(tài)環(huán)境友好的復(fù)合材料 ，它是由天然纖維與化學(xué)纖維復(fù)合而成，是良好的綠色材料，能夠應(yīng)用于航天、建筑、汽車等方面[19]。日本帝人纖維株式會社研發(fā)的一種生物塑料，是由生物質(zhì)乙二醇組成的Bio-PET短切纖維通過濕法成型技術(shù)制成的生物塑料，既可以減少石化資源的消耗，又可以減少CO2的排放，并且具有與塑料相當(dāng)?shù)男阅?，被用于汽車裝飾上[20]。

4 濕法非織造的發(fā)展初步展望

濕法非織造技術(shù)在我國起步較晚，國內(nèi)在行業(yè)分類上，濕法非織造布生產(chǎn)目前還沒有十分明確的歸屬，大部分工廠都是以造紙廠名義，產(chǎn)品都叫特種紙或長纖維紙。但實(shí)際，它們是用化學(xué)纖維或者化學(xué)纖維與天然植物纖維混合生產(chǎn)的，用途比較特殊，主要應(yīng)用在食品包裝、氣體液體過濾、建筑裝飾、電池、汽車、電子、服裝、清潔用品、醫(yī)療等行業(yè)。浙江省是我國濕法非織造布的生產(chǎn)基地，其濕法非織造布產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的70% ～ 80%，而浙江省造紙研究所和杭州新華集團(tuán)有限公司（原杭州新華造紙廠）是我國濕法非織造 布的主要生產(chǎn)企業(yè)[21]。

濕法非織造布在全球有很大的市場，其原料來源廣，且能夠應(yīng)用于各個行業(yè)當(dāng)中，是一項(xiàng)具有良好發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)。圖3[22]為全球非織造布產(chǎn)量走勢，可以看出，相較于其他生產(chǎn)方法，濕法成網(wǎng)制得的非織造布產(chǎn)量較低并且增長緩慢，可以說明濕法非織造技術(shù)有很大的發(fā)展空間，但也存在許多問題。在我國，發(fā)展?jié)穹ǚ强椩爝€存在許多問題。從原料方面來看，雖然其原料來源較廣，但大多原料被用于紡織行業(yè)當(dāng)中，因此難以滿足濕法非織造布的大批量生產(chǎn)；從生產(chǎn)設(shè)備來看，我國缺少與國情相適應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備；從技術(shù)發(fā)展面來看，我國的生產(chǎn)技術(shù)還不夠成熟，且從事這一方面研究的專業(yè)人員較少。以上這些問題都是亟待解決的。只有把握好我國國情以及全球市場行情，有針對性地解決存在的問題，才能更好地發(fā)展?jié)穹ǚ强椩飚a(chǎn)業(yè)。

圖3 全球非織造布產(chǎn)量[22]

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A Brief Talk on Wet-laid Nonwoven Technology

LIANG Xiaofei1,2LONG Zhu1,2
(1. Laboratory of Papermaking, School of Textiles & Clothing, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;
2. Key Laboratory of Eco-textiles, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China.)

This paper briefly introduces the raw materials used in wet nonwoven technology, production technology and related technology development, and has made a preliminary outlook of the wet nonwoven industry in China.

wet nonwoven; papermaking; chemical fiber; functional materials; application

龍柱 博士 教授 博士生導(dǎo)師 主要研究方向?yàn)槔w維功能材料、造紙助劑和生物質(zhì)綜合利用，江蘇省無錫市蠡湖大道1800號江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，E-mail:longzhu@jiangnan．edu．cn

第一作者：梁曉菲 女 江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院在讀碩士生 主要研究方向?yàn)樵旒堉鷦?/p>