竹炭纖維非織造布的吸附性后整理

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048)

各行業(yè)對(duì)非織造布的性能提出了新的要求，功能性非織造布開(kāi)始進(jìn)入人們的視線，并且成為非織造布研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。功能性非織造布不僅保持了非織造布原有的物理機(jī)械性能，同時(shí)還具有各種不同的新功能，使其產(chǎn)品的價(jià)值大幅提高，廣泛應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)、民用和環(huán)保等領(lǐng)域。在功能性非織造產(chǎn)品中，除異味、吸附有害氣體的產(chǎn)品對(duì)人們的生活和健康具有重要的作用，它的市場(chǎng)需求量日益增大，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，具有很好的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景[1]。

抗菌除異味非織造布又稱為抗微生物非織造布，具有殺菌吸附異味的功效，是一種衛(wèi)生型非織造布。在此方面，日本、美國(guó)、英國(guó)的發(fā)展較為迅速，紛紛研制了很多性能優(yōu)良的抗菌吸附性纖維及非織造布[2-5]。而國(guó)內(nèi)大多采用后整理方法來(lái)賦予產(chǎn)品額外的功能，例如抗菌性、吸附性等，像北京潔爾爽高科技有限公司生產(chǎn)的SCJ-963抗菌整理織物,東華大學(xué)研制的抗微生物腈綸織物CHA[6]等。

1 竹炭纖維非織造布的制備工藝

工藝流程：和毛機(jī)(3遍)→開(kāi)松機(jī)(2遍)→給棉機(jī)(2遍)→梳理機(jī)→鋪網(wǎng)機(jī)→預(yù)針刺機(jī)→倒針刺機(jī)(2遍)。

竹炭纖維非織造布的規(guī)格見(jiàn)表1。

表1 針刺非織造布的規(guī)格

其中：針刺深度為預(yù)刺機(jī)針刺深度/倒刺機(jī)針刺深度；纖維混比為6.67 dtex×76 mm竹炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)/1.67 dtex×38 mm竹炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 整理劑的配制及后整理工藝

2.1 活性炭的吸附性能

活性炭是由石墨狀微晶和將其連接在一起的碳?xì)浠衔飿?gòu)成的,它具有很大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸附性能[7]，所以對(duì)于有害物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力，并且在物理、化學(xué)上具有一定的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防以及人們的日常生活之中。

2.2 整理劑的配制及后整理

膠炭整理液是吸附性非織造布的整理劑，通過(guò)使用黏合劑將所選用的椰殼活性炭粉粒黏合到竹炭纖維非織造布基布上，從而得到既具有抗菌性又具有高吸附性的功能性織物。因此，整理液性能的好壞非常重要，直接影響到非織造布的整理效果。

本試驗(yàn)采用十二烷基硫酸鈉作為分散劑。十二烷基硫酸鈉是一種無(wú)毒的陰離子親水基表面活性劑，具有良好的乳化、發(fā)泡滲透及分散性能，易溶于水，常用于洗滌劑和紡織工業(yè)。取適量的助劑(聚乙烯醇)、黏合劑(聚醋酸乙烯乳液)、活性炭、分散劑，由此制得膠炭整理液。

本試驗(yàn)采用非織造布上的載炭量作為評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)。

采取浸軋法對(duì)竹炭非織造布進(jìn)行后整理。浸軋法主要是將非織造布吸附一定濃度的整理液后迅速經(jīng)過(guò)壓輥擠軋，使整理液和非織造布內(nèi)的纖維發(fā)生物理和化學(xué)結(jié)合的過(guò)程。其具有代表性的整理方法是抗菌整理和拒水整理等。浸軋法能夠通過(guò)壓輥的作用使整理液均勻分布于非織造布中。

試驗(yàn)中浸漬織物為480刺/cm2的針刺竹炭纖維非織造布，浴比為1∶25。采用一浸二軋，浸軋后在100 ℃的烘箱中對(duì)其進(jìn)行干燥，然后再浸漬洗滌，最后進(jìn)行第二次干燥，即可獲得成品。

2.3 浸漬試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)查閱資料，確定適當(dāng)?shù)姆秶鷣?lái)配制整理液。在這個(gè)范圍內(nèi)，對(duì)規(guī)格為30 cm×30 cm 的竹炭非織造布進(jìn)行后整理,設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案(其中浸漬溫度為40 ℃、浸漬時(shí)間為30 min)，得到試驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)比較各組的載炭量大小來(lái)確定最佳整理方案，正交試驗(yàn)因素水平表及試驗(yàn)結(jié)果和分析見(jiàn)表2、表3和表4。

黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)A、活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)B、助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)C和分散劑與活性炭質(zhì)量比D這4個(gè)因素對(duì)載炭量的影響程度是不同的。通過(guò)對(duì)表4中極差的分析可知，其影響程度為黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹥活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹥助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹥分散劑與活性炭質(zhì)量比。

表2 正交試驗(yàn)因素及水平表

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析

根據(jù)以上分析確定優(yōu)化方案如下：

A因素，K21>K31>K41>K11；

B因素，K42>K12>K32>K22；

C因素，K33>K43>K23>K13；

D因素，K24>K14>K34>K44；

對(duì)后整理工藝來(lái)說(shuō)，載炭量越高越好。由以上分析可以確定最優(yōu)方案為A2B4C3D2，即黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%、活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%、分散劑與活性炭質(zhì)量比為0.15。

由此制得了載炭量較高的非織造布，活性炭?jī)?yōu)異的吸附性更賦予了竹炭纖維非織造布較好的吸附能力，該功能性非織造材料可用于吸附室內(nèi)墻紙和家具包覆材料的有害氣體以及清新器的過(guò)濾材料等。

3 竹炭纖維非織造吸附材料對(duì)甲醛的吸附研究

通過(guò)對(duì)密閉空間中吸附材料的甲醛含量測(cè)定來(lái)評(píng)價(jià)其吸附性能。由于在一定范圍內(nèi)甲醛的濃度與吸光度具有良好的線性關(guān)系,所以在吸附甲醛的過(guò)程中，可以通過(guò)測(cè)定吸光度來(lái)確定甲醛濃度的變化。試驗(yàn)中甲醛的初始濃度為0.5 mg/m3。

3.1 甲醛測(cè)試裝置

由于甲醛易揮發(fā)、有毒，因此試驗(yàn)在自制的密封實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)箱的規(guī)格為60 cm×30 cm×40 cm。試驗(yàn)臺(tái)由箱體、隔板、試樣夾、甲醛揮發(fā)臺(tái)等組成，如圖1所示。

圖1 甲醛測(cè)試裝置示意圖甲醛吸附率

3.2 甲醛吸附率測(cè)試結(jié)果

采用整理劑的最佳試驗(yàn)方案，活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，分散劑與活性炭質(zhì)量比為0.15，助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%,浸漬溫度為40 ℃，浸漬時(shí)間為30 min，浴比為1∶25，一浸二軋，對(duì)竹炭纖維非織造布進(jìn)行后整理。然后對(duì)整理前、后的織物進(jìn)行甲醛吸附性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，竹炭纖維非織造布經(jīng)活性炭整理劑處理后，對(duì)甲醛的吸附率有明顯的提高，說(shuō)明后整理提高了非織造布的吸附性能。

表5 活性炭整理劑處理前、后非織造布的甲醛吸附率

4 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)正交試驗(yàn)法，用非織造布的載炭量作為衡量指標(biāo)。在一定的試驗(yàn)條件下可以得到整理液的最優(yōu)方案，即黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%、活性炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%、助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%、分散劑與活性炭質(zhì)量比為0.15。

(2)經(jīng)過(guò)膠炭整理劑整理后的竹炭纖維非織造布的吸附率明顯提高，如果進(jìn)一步解決其耐洗滌性等問(wèn)題，那么該功能性織物的應(yīng)用范圍將越來(lái)越廣。

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