聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的制備與性能研究*

張榮波 鄒漢濤 吳 倩 牛瑞琴

(武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，430200)

?

聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的制備與性能研究*

張榮波 鄒漢濤 吳 倩 牛瑞琴

(武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，武漢，430200)

將不同比例的負(fù)離子母粒與聚丙烯切片共混，制備了聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布，并研究了負(fù)離子母粒含量對(duì)非織造布性能的影響。結(jié)果表明：隨著負(fù)離子母粒含量的增加，熔噴非織造布的厚度、面密度和抗靜電性能變化不大，透氣性和力學(xué)性能下降，抗紫外性能提高。

聚丙烯熔噴非織造布，負(fù)離子，制備，性能

隨著社會(huì)工業(yè)化程度的日益提高,空氣的污染越來(lái)越嚴(yán)重,而科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展又增強(qiáng)了人們的保健意識(shí)。近年來(lái)，隨著研究人員的探索，發(fā)現(xiàn)電氣石還具有產(chǎn)生負(fù)離子、輻射遠(yuǎn)紅外線、抗菌、除臭等功能[1]。太陽(yáng)輻射為空氣中各種電離反應(yīng)提供能量，其中負(fù)離子即來(lái)源于電離反應(yīng)，因此空氣中的負(fù)離子濃度與太陽(yáng)輻射呈正比[2]。德國(guó)物理學(xué)家菲利普·萊昂納博士的研究成果向世人證明了負(fù)離子對(duì)人體的功效，負(fù)離子紡織品對(duì)人體健康的貢獻(xiàn)也已得到證實(shí)[3]，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者和相關(guān)單位紛紛進(jìn)行了負(fù)離子紡織品和其他功能產(chǎn)品的開發(fā)[4]。

日本廣泛采用后整理技術(shù)開發(fā)負(fù)離子紡織品，如 Komatsu Seiren 公司推出的以 Verbano冠名的負(fù)離子整理織物,東麗工業(yè)公司開發(fā)的新型后整理技術(shù) aquaheal 等[5]。

我國(guó)也已開發(fā)了多種負(fù)離子產(chǎn)品。浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院采用純棉紗作經(jīng)紗，染色棉或漂白棉與負(fù)離子黏膠纖維混紡紗作緯紗開發(fā)了寬幅色織細(xì)特高密負(fù)離子功能性系列床上用品套件[6]。燕山大學(xué)運(yùn)用獨(dú)特工藝，橡膠與瀝青按等比例混合，成功開發(fā)了負(fù)離子橡膠改性瀝青混合料[7]。韓山師范學(xué)院廣東省陶瓷職業(yè)技術(shù)學(xué)校將負(fù)離子粉按比例添加到陶瓷坯釉中制作陶瓷制品，獲得某些特殊功效。如用負(fù)離子陶瓷杯子斟的白開水、茶水或紅酒，其口感會(huì)比普通陶瓷杯子斟的要甘醇些；用負(fù)離子陶瓷花瓶插的康乃馨花，比普通陶瓷花瓶插的花提前開放，花期延長(zhǎng)，花枝、花葉挺硬，且插花水不臭[8]。江蘇波波熊紡織品有限公司也發(fā)明了一種負(fù)離子遠(yuǎn)紅外功能性絨布面料，其負(fù)離子遠(yuǎn)紅外功能持久，不會(huì)影響布料本身的花型和手感、穿著的舒適性以及色牢度，加工工序簡(jiǎn)單[9]。研究表明，空氣負(fù)離子濃度達(dá)到700個(gè)/cm3以上時(shí)有益于人體健康，濃度達(dá)到10 000個(gè)/cm3以上時(shí)才能治病[10]。燕山大學(xué)李青山教授主持研發(fā)的新型負(fù)離子口罩是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的以負(fù)離子主動(dòng)凈化空氣與原生態(tài)保健原理抗擊PM2.5的防護(hù)口罩。該口罩以天然礦物納米材料為主要原料，同時(shí)添加了多種非金屬礦物質(zhì)及植物材料，口罩具備永久釋放羥基負(fù)離子800個(gè)/cm3以上的能力，對(duì)主動(dòng)吸附正離子有較強(qiáng)作用[11]。

由于熔噴非織造布具有表面積和孔隙度大，柔軟性和吸附性能優(yōu)良的特點(diǎn)[12]，因此本研究是將負(fù)離子母粒與聚丙烯切片共混，通過(guò)熔噴法制備聚丙烯負(fù)離子非織造布，并測(cè)試了非織造布的相關(guān)性能，以期聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布在空調(diào)過(guò)濾、醫(yī)用口罩、地毯、家具裝飾、汽車坐墊及車內(nèi)裝飾等方面有廣闊的發(fā)展空間。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

負(fù)離子母粒，熔融指數(shù)800；聚丙烯，熔融指數(shù)800。

1.2 設(shè)備與儀器

HDF-6D型熔噴非織造布試驗(yàn)機(jī)，煙臺(tái)華大科技有限公司；

YG (B) 461-D-Ⅱ數(shù)字式織物透氣儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

AL204電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；

YG(B)342D型織物感應(yīng)式靜電測(cè)定儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

YG141L織物厚度儀，萊州市電子儀器有限公司；

YG(B)026-250型電子織物強(qiáng)力儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司；

HD902C防紫外線透過(guò)測(cè)試系統(tǒng)，南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

TENSOR-27傅里葉紅外光譜儀，德國(guó)布魯克有限公司。

1.3 樣品制備

將負(fù)離子母粒按照不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0%、5%、10%、15%、20%)分別與聚丙烯共混，采用熔噴法制得非織造布。為利于試驗(yàn)順利進(jìn)行，每組試樣均添加1%聚丙烯降溫母粒。各試驗(yàn)組的組分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1。

表1 各試驗(yàn)組的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù) (單位：%)

制備樣品的各部件工藝參數(shù)：

紡絲組件溫度 270 ℃

轉(zhuǎn)換箱溫度 270 ℃

一區(qū)溫度 270 ℃

二區(qū)溫度 270 ℃

三區(qū)溫度 260 ℃

四區(qū)溫度 260 ℃

光輥溫度 100 ℃

花輥溫度 100 ℃

計(jì)量泵電機(jī)頻率 5.0 Hz

熱空氣一溫度 240 ℃

熱空氣二溫度 240 ℃

網(wǎng)下吸風(fēng)電機(jī)頻率 9.0 Hz

鋪網(wǎng)電機(jī)頻率 6.0 Hz

熱壓機(jī)電機(jī)頻率 6.5 Hz

1.4 樣品表征

1.4.1 厚度

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品在織物厚度儀上按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3820—1997測(cè)試厚度，每個(gè)試樣測(cè)試10組，取平均值。

1.4.2 面密度

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品剪裁成面積為100 cm2的圓形試樣，在電子天平上依次測(cè)量各組樣品的質(zhì)量，測(cè)試10組，取平均值，然后計(jì)算面密度。

1.4.3 透氣性

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品在織物透氣儀上測(cè)試透氣性。采用7號(hào)噴嘴，試樣面積20 cm2，氣壓差100 Pa，測(cè)試10組，取平均值。

1.4.4 力學(xué)性能

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品按照實(shí)驗(yàn)要求在電子織物強(qiáng)力儀上測(cè)試?yán)鞌嗔褟?qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，試樣尺寸20 cm×5 cm，測(cè)試10組，取平均值。

1.4.5 抗靜電性能

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品在織物感應(yīng)式靜電測(cè)定儀上測(cè)試抗靜電性能。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間15 s、加壓時(shí)間30 s、放電針距離20 mm、靜電電壓10 000 V、探頭距離15 mm、試樣尺寸40 mm×45 mm，測(cè)試10組，取平均值。

1.4.6 防紫外線性能

將各組聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布樣品用防紫外線透過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試紫外線防護(hù)系數(shù)UPF以及近紫外波段(UVA)、中紫外波段(UVB)、遠(yuǎn)紫外波段(UVC)的透射比T(UVA)、T(UVB)、T(UVC)，分辨率0.01%。試樣面積50 cm2，波長(zhǎng)范圍280～400 nm，波長(zhǎng)分辨率 1 nm。測(cè)試10組，取平均值。

1.4.7 紅外光譜

使用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)進(jìn)行紅外光譜分析。分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)126，掃描范圍4 000～400 cm-1。

1.4.8 負(fù)離子濃度

使用數(shù)字式空氣負(fù)離子測(cè)定儀，分辨率為10個(gè)/cm3。首先用儀器測(cè)量本地環(huán)境空氣負(fù)離子濃度Db，然后測(cè)量樣品的負(fù)離子濃度Da，共測(cè)量5次，測(cè)量結(jié)果取較大值。樣品有效負(fù)離子濃度D=Da-Db。樣品距測(cè)定儀進(jìn)風(fēng)口約2 cm，在抖動(dòng)或摩擦狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

各組樣品性能測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 各組樣品性能測(cè)試結(jié)果

2.1 厚度

由表2可知，負(fù)離子母粒含量不同，非織造布樣品的厚度有細(xì)微的變化，但變化不大，基本保持在比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。在本試驗(yàn)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布制備中，鋪網(wǎng)速度等試驗(yàn)參數(shù)并沒有改變，所以負(fù)離子母粒含量不同的聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的厚度基本不變。

2.2 面密度

由表2可以看出，添加負(fù)離子母粒的非織造布其面密度變化并不明顯，整體比較均衡，最大值與最小值相差不大。負(fù)離子母粒含量不同的實(shí)質(zhì)是電氣石含量不同，但負(fù)離子母粒本身電氣石含量極低，相對(duì)于鋪網(wǎng)、纖網(wǎng)排列等工藝因素對(duì)非織造布面密度帶來(lái)的影響，電氣石含量對(duì)非織造布面密度的影響微乎其微。因此，添加負(fù)離子母粒對(duì)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的面密度基本無(wú)影響。

2.3 透氣性

從表2可以看出，隨著負(fù)離子母粒含量的增加，非織造布的透氣性逐漸降低，差別較大。負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，透氣率最小，僅為不含負(fù)離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布透氣率的75%。由此可見，隨著非織造布中負(fù)離子母粒含量的增加，透氣性會(huì)逐步降低。

2.4 力學(xué)性能

由表2可以看出：聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的整體強(qiáng)力值較低，且隨著負(fù)離子母粒含量的增加，非織造布的強(qiáng)力以比較小的幅度逐漸降低；隨著非織造布中負(fù)離子母粒含量的增加，非織造布的斷裂伸長(zhǎng)率也呈下降趨勢(shì)，負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，伸長(zhǎng)率最小，僅為不含負(fù)離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布伸長(zhǎng)率的52%。這可能是由于負(fù)離子母粒的凝聚顆粒分散在纖網(wǎng)間隙或單根纖維局部，使部分纖維間的黏合作用減弱，因而使非織造布的整體強(qiáng)力下降。

2.5 抗靜電性能

由表2可以得知，在加入負(fù)離子母粒后，非織造布的靜電電壓并沒有表現(xiàn)出與負(fù)離子母粒含量相對(duì)應(yīng)的變化規(guī)律，靜電電壓基本保持不變。

2.6 抗紫外線性能

從表2可知，添加負(fù)離子母粒對(duì)非織造布的抗紫外線性能影響很大。純聚丙烯熔噴非織造布的UPF最低，隨著負(fù)離子母粒含量的增大，UPF依次增加了35%、153%、204%和320%；而純聚丙烯熔噴非織造布各波段的透射比均最大，負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，T(UVA)、T(UVB)和T(UVC)比純聚丙烯熔噴非織造布分別下降了66%、83%和70%。這是因?yàn)殡姎馐瘜儆谧贤饩€屏蔽劑滑石粉類物質(zhì)，能夠有效地吸收紫外線并進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，將紫外線變成低能量的熱能或波長(zhǎng)較短的電磁波，從而達(dá)到防紫外線輻射的目的。

2.7 紅外光譜

圖1為純聚丙烯非織造布和聚丙烯負(fù)離子非織造布的紅外光譜譜圖。在3 000～2 800 cm-1區(qū)域一般為飽和C—H伸縮振動(dòng)吸收，1 460 cm-1為飽和烴碳?xì)鋸澢駝?dòng)，1 362 cm-1歸為甲基顯。比較幾條譜線可以發(fā)現(xiàn)，含有負(fù)離子母粒的聚丙烯與純聚丙烯的峰形和峰位均大致相似，說(shuō)明負(fù)離子母粒整理對(duì)纖維的大分子結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。因此，可以認(rèn)為整理前后纖維的分子結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，即負(fù)離子母粒和聚丙烯之間未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。電氣石在400～500 cm-1有細(xì)小的銳峰，在負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%的紅外譜線上460 cm-1有一個(gè)特征吸收峰，應(yīng)是電氣石的吸收峰。

母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)：1——0%；2——5%；3——10%； 4——15%；5——20% 圖1 各組樣品紅外光譜譜圖

2.8 負(fù)離子濃度檢驗(yàn)報(bào)告

經(jīng)國(guó)家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn),純聚丙烯非織造布的負(fù)離子濃度為0，而負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的非織造布，其負(fù)離子濃度增加到1 550個(gè)/cm3。鄉(xiāng)村田野的負(fù)離子濃度范圍在1 000～5 000個(gè)/cm3，屬于空氣清新，空氣質(zhì)量1級(jí)。因此，負(fù)離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚丙烯熔噴非織造布達(dá)到了鄉(xiāng)村田野的標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本研究用負(fù)離子母粒與聚丙烯共混制成聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布，并對(duì)其性能進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

(1)負(fù)離子母粒的含量對(duì)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的厚度和面密度影響不大或基本無(wú)影響。

(2)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的透氣性隨著負(fù)離子母粒含量的增加逐步降低。負(fù)離子母粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，非織造布透氣性最小，僅為不含負(fù)離子母粒的純聚丙烯熔噴非織造布透氣性的75%。

(3)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率隨著負(fù)離子母粒含量的增加逐步降低。

(4)隨著負(fù)離子母粒含量的增加，熔噴非織造布的抗靜電性能并無(wú)明顯變化，即負(fù)離子母粒含量對(duì)聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的抗靜電性能影響不大。

(5)隨著負(fù)離子母粒含量的增加，聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的紫外線防護(hù)系數(shù)顯著增加，對(duì)各波段的透射比逐漸降低，即聚丙烯負(fù)離子熔噴非織造布的抗紫外輻射性能逐步提升。

[1] 康文杰，王秀峰，江紅濤.電氣石類負(fù)離子釋放功能材料研究進(jìn)展[J].硅酸鹽通報(bào)，2013，32(3):409-410.

[2] 常艾，劉敏，李常陵.探討空氣負(fù)離子濃度與氣象條件的關(guān)系[J].北京農(nóng)業(yè)，2015(6):117.

[3] 伏廣偉，閻 巖，楊萍.FCL織物負(fù)離子測(cè)試方法的研究[J]. 紡織導(dǎo)報(bào)，2010(2):88.

[4] 畢鵬宇，陳躍華，李汝勤.負(fù)離子紡織品及其應(yīng)用的研究[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2003，24(6): 607.

[5] 賀志鵬，伏廣偉，耿軼凡.負(fù)離子紡織品及其測(cè)試與評(píng)價(jià)[J]. 染整技術(shù)，2013，35(12): 7.

[6] 杜群.色紡負(fù)離子系列配套床上用品織物的設(shè)計(jì)[J].棉紡織技術(shù)，2011，39(8):533-534.

[7] 董久雷，李青山，馬帥，等.一種負(fù)離子橡膠改性瀝青的研究[J].黑龍江科技信息，2011，26:85.

[8] 詹益州.負(fù)離子粉在陶瓷中的應(yīng)用研究[J].佛山陶瓷，2013(2):27.

[9] 江蘇波波熊紡織品有限公司.一種負(fù)離子遠(yuǎn)紅外功能性絨布面料及其加工方法：中國(guó)，2014102302646[P].2014-09-10.

[10]新型“釋放負(fù)離子面料”用于防霾口罩[J].毛紡科技，2015(1):25.

[11]DURAN K, DURAN D, OYMAK G, et al. Investigation of the physical properties of meltblown nonwovens for air filtration[J]. Journal of Textile & Apparel/Tekstil ve Konfeksiyon，2013(2):136.

[12]張鳳金，陳龍清，陳恒彬.廈門植物園空氣負(fù)離子與PM2.5濃度分布特征[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015(2):39.

Preparation of polypropylene anion melt-blown nonwovens and its performance

ZhangRongbo,ZouHantao,WuQian,NiuRuiqin

(The Textile Institute of Science and Engineering, Wuhan Textile University)

The melt-blown nonwovens was prepared by blending the anion chips and polypropylene. The anion chips content on the properties of nonwovens was studied. The result showed that, with increase of the anion chips the permeability and mechanical property of melt-blown nonwovens were decreased, anti-ultraviolet transmittance was improved, thickness and gram weight per unit area were unchanged at the same time.

polypropylene melt-blown nonwovens, anion, preparation, performance

*國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目 (51303139)

2015-02-26

張榮波，男，1990年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。

TS176+.9

A

1004-7093(2015)07-0018-04