Lyocell短切纖維在濕法成網(wǎng)水刺非織造布中的應(yīng)用

S. Schlager， T. Maier， S. Jary， S. Rahbaran， S. Kulka

蘭精集團(tuán)(奧地利)

濕巾類非織造產(chǎn)品不僅在醫(yī)療、衛(wèi)生和化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用日益增長，同時(shí)還拓寬至工業(yè)領(lǐng)域。濕巾生產(chǎn)工藝具有多樣性，從而豐富了織物面料的種類和功能，提高了不同類型產(chǎn)品在市場中的競爭力。利用濕法成網(wǎng)工藝，再分別通過水力糾纏或水刺加固處理，可生產(chǎn)不同種類的濕巾產(chǎn)品。對含有紙漿和纖維素纖維等可完全生物降解材料的非織造材料來說，濕法成網(wǎng)工藝是一種非常具有優(yōu)勢的成網(wǎng)方法，尤其是滿足了可持續(xù)性發(fā)展的要求。紙漿和纖維素纖維(如黏膠短切纖維)的混合物，通常被用于制造高端產(chǎn)品。然而，這些材料的拉伸強(qiáng)度較低，或需要通過添加大量的黏膠短切纖維來彌補(bǔ)材料在性能上的不足。通過在這些非織造布的生產(chǎn)過程中使用Lenzing Lyocell短切纖維，在較低黏膠短切纖維添加量下即可提高產(chǎn)品的干、濕拉伸強(qiáng)度，而不需要添加任何合成纖維或化學(xué)濕強(qiáng)添加劑。由于在產(chǎn)品制造過程中只使用這類植物纖維，從而保證了產(chǎn)品具有生物降解性和高性能，從而擴(kuò)寬了水刺非織造布產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。

如今，非織造產(chǎn)品的需求量日益增加，這不僅是因?yàn)槿藗儗Ω奖?、更高端的身體和美容護(hù)理產(chǎn)品的需求量越來越大，也由于人們逐漸增強(qiáng)的衛(wèi)生意識。非織造布產(chǎn)品廣泛，涵蓋了如嬰兒濕巾、濕廁紙、洗臉濕巾、家用和工業(yè)濕巾等單一用途產(chǎn)品和一次性用品。在當(dāng)今社會，人們在可持續(xù)發(fā)展、廢棄物管理和回收利用方面的意識不斷提高，使得生產(chǎn)商需要對非織造產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)并再設(shè)計(jì)。除了要求非織造布生產(chǎn)線具有良好的可加工性外并滿足可持續(xù)性發(fā)展的要求，還要滿足客戶對產(chǎn)品性能的要求，這使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有了極高的難度，也是產(chǎn)品生產(chǎn)所經(jīng)歷最多的挑戰(zhàn)。

高端非織造產(chǎn)品的一項(xiàng)要求是拉伸強(qiáng)度。為了提高纖維間的纏結(jié)從而提高織物的強(qiáng)度，許多產(chǎn)品都使用了切斷長度在30 mm或更長的合成纖維和短纖維。使用如聚酯類合成纖維是當(dāng)前的討論熱點(diǎn)。眾所周知，這種纖維是不可生物降解的，若直接丟棄則不符合廢棄物管理要求，且含有該短纖維的非織造織物的拉伸強(qiáng)度通常很高，這些纖維在產(chǎn)品使用后會抑制其進(jìn)一步分解，因而被禁止丟棄于馬桶中。合成纖維材料的處理已成為非常有爭議的問題，像“海洋垃圾”和“微塑料”等已成為近年來全社會討論最多的話題?，F(xiàn)在，這些合成纖維也有了可替代品。

產(chǎn)品的生物可降解特性可通過使用具有專門成分的植物原料來獲得。此外，通過將材料的拉伸強(qiáng)度適當(dāng)降低而使用更短的短切纖維，可使材料易分解從而更利于處理。在濕法成網(wǎng)水刺非織造布生產(chǎn)過程中使用Lenzing Lyocell短切纖維，能很容易地使產(chǎn)品保持易降解和高強(qiáng)度兩種特性。Lenzing Lyocell短切纖維是一種纖維素纖維，其原料來源于可再生木材材料，因此該纖維具有良好的生物降解特性。即使使用長度在12 mm以下的短切纖維也可對其進(jìn)行濕法成網(wǎng)水刺加工，同時(shí)確保制成品的生物降解特性。

目前，濕法成網(wǎng)水刺非織造布的拉伸強(qiáng)度，尤其是濕態(tài)拉伸強(qiáng)度還有待提升，其在潤濕狀態(tài)下的產(chǎn)品性能，與短纖維梳理成網(wǎng)等其他工藝成網(wǎng)非織造布相比還存在差距。本文采用濕法成網(wǎng)水刺工藝和Lenzing Lyocell纖維，可制備具有中等到高等濕態(tài)拉伸強(qiáng)度，并能生物降解的高性能非織造布。探索了以Lenzing Lyocell短切纖維為原料，利用濕法成網(wǎng)和水刺加固處理技術(shù)，從而制備具有高拉伸強(qiáng)度和生物可降解性能等較多優(yōu)異性能的非織造產(chǎn)品的技術(shù)。

濕法成網(wǎng)水刺非織造產(chǎn)品在產(chǎn)品的各項(xiàng)性能要求有矛盾時(shí)能提供折中的方案。濕廁紙就是一個(gè)例子，它的儲存和使用需要高濕強(qiáng)度，但在沖洗后，又必須確保材料能被快速分解并生物降解。因此，必須平衡材料的拉伸強(qiáng)度和分解率。另一個(gè)例子則是包括一次性濕巾在內(nèi)的周轉(zhuǎn)率高的工業(yè)非織造布。這類產(chǎn)品要求價(jià)廉，同時(shí)要求對環(huán)境影響小、可生物降解。此外，這些產(chǎn)品還要求具有高面密度和高強(qiáng)度，以提高實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的擦拭性能。

基于這些不同種類的非織造布，下面將展示如何通過改變Lenzing Lyocell纖維組合和濕法成網(wǎng)水刺工藝來調(diào)整材料的性能。

1 研究

在這項(xiàng)關(guān)于濕法成網(wǎng)水刺纖維素濕巾的研究中，重點(diǎn)研究了該濕巾在要求完全不同的兩個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的性能表現(xiàn)。研究的第一部分涉及濕廁紙或可沖洗濕巾領(lǐng)域。這種濕巾的使用要求是具備適度的面密度和較為均衡的濕拉伸強(qiáng)度，同時(shí)確保此類織物在處理和沖洗時(shí)能夠被快速分解并生物降解。較高的濕拉伸強(qiáng)度和沖洗后的快速分解是兩種相互矛盾的特性，尤其難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)?？蓻_洗濕巾存在的另一個(gè)問題則是確保其可生物降解，因?yàn)樵跊_洗過程的最后一步要求濕巾材料必須能被污水處理廠污泥中的微生物降解掉。Lenzing Lyocell纖維是木質(zhì)纖維素纖維，本身具備良好的生物可降解特性，因此這些纖維是制備可沖洗濕巾的理想材料。為了獲得高濕強(qiáng)度且具有可沖洗性的高性能材料，在制備原料中加入少量這種短纖維就足以提高材料的性能。濕法成網(wǎng)水刺可沖洗濕巾的最佳共混材料是木漿。圖1分別比較了不同共混比例的木漿與Lenzing Lyocell短切纖維和木漿與黏膠短切纖維濕巾的強(qiáng)度。結(jié)果表明：與黏膠纖維相比，Lenzing Lyocell纖維在纖維含量較低的情況下，可獲得相同甚至更高的濕強(qiáng)度。與此同時(shí)，Lenzing Lyocell纖維共混物不僅具備很高的拉伸強(qiáng)度，還可保證實(shí)現(xiàn)共混物在模擬沖洗晃蕩盒中30 min分解率達(dá)100%，遠(yuǎn)優(yōu)于Edana GD4沖洗率指南中要求的60 min濕巾分解率達(dá)60%的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 不同比例纖維素纖維混紡濕廁紙(MTT)的濕強(qiáng)度(縱向)及分解率

Lenzing Lyocell纖維除了在上述性能方面具有與黏膠等其他纖維素纖維相媲美的優(yōu)良性能外，還可通過纖維切斷長度和線密度對其拉伸強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2和圖3描述了通過改變Lenzing Lyocell短切纖維長度、纖維線密度和纖維含量來控制混紡非織造材料的濕拉伸強(qiáng)度。從圖中可知，在潮濕狀態(tài)下，混紡材料的濕拉伸強(qiáng)度從最小值4 N/(5 cm)開始，具有非常寬的可調(diào)節(jié)范圍。除了現(xiàn)有的線密度為1.40和1.70 dtex的短切纖維外，Lenzing Lyocell還將纖維組合拓展到線密度更低的1.15 dtex的短切纖維，從而拓寬了水刺材料的特性范圍。即便通過使用1.15 dtex的纖維將材料的濕拉伸強(qiáng)度提高到13 N/(5 cm)，甚至更高，材料依舊可以保持其降解性和可沖洗性。

圖2 Lenzing Lyocell短切纖維長度對材料的濕拉伸強(qiáng)度(縱向)的影響

此外，還對現(xiàn)有短切纖維混合濕法成網(wǎng)織物工藝設(shè)置進(jìn)行了大量研究。下面是濕法成網(wǎng)水刺非織造布的全方位研究，該研究結(jié)論不僅適用于需要平衡拉伸強(qiáng)度和分解率的可沖洗濕巾，而且適用于韌性要求更高，可用于個(gè)人護(hù)理、家庭護(hù)理和工業(yè)領(lǐng)域的其他種類的濕巾。使用Lenzing Lyocell全系列短切纖維，可使?jié)穹ǔ删W(wǎng)和水刺加固工藝適用性增強(qiáng)，從而擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。除改變材料的面密度外，還可根據(jù)所用纖維的種類和目標(biāo)屬性調(diào)整輸入的水刺能量。水刺能量可通過輸入的高壓水束壓力和成網(wǎng)傳輸速度來調(diào)節(jié)。對于新開發(fā)的線密度為1.15 dtex、長度為10 mm的Lenzing Lyocell短切纖維，以其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%與木漿混合制備可沖洗濕巾，通過改變水刺能量可使其濕拉伸強(qiáng)度從4 N/(5 cm)逐漸提高，如圖4所示。

圖4 水刺能量對材料濕拉伸強(qiáng)度(縱向)及分解率的影響

通過將短切纖維與不同的生物可降解高性能纖維組合，同時(shí)結(jié)合濕法成網(wǎng)和水刺法的可調(diào)節(jié)技術(shù)，可使生產(chǎn)的非織造產(chǎn)品具有一些獨(dú)特的特性，從而使非織造產(chǎn)品從一次性產(chǎn)品轉(zhuǎn)向高性能產(chǎn)品具有可能性。

圖5顯示了另一種制備濕法水刺非織造產(chǎn)品的方法。由圖可見，采用同種線密度(1.4 dtex)和長度(10 mm)的Lenzing Lyocell短切纖維與木漿的共混物所制備的材料同樣具有高拉伸強(qiáng)度。通過調(diào)整材料面密度和水刺能量，可獲得拉伸強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)要求還要高的可沖洗濕巾。

圖5 水刺能量及材料面密度對材料干拉伸強(qiáng)度的影響

除了改變纖維線密度和纖維長度外，增加水流壓力以增大水力糾纏能力并增加水刺能量輸入，是在不添加任何化學(xué)濕強(qiáng)助劑的情況下提高濕法成網(wǎng)材料強(qiáng)度的關(guān)鍵因素。通過調(diào)整纖維類型、共混比例、材料面密度以及水刺能量等參數(shù)，可制備種類繁多并可適用于多種領(lǐng)域的產(chǎn)品。

2 結(jié)論

含Lenzing Lyocell短切纖維的濕法成網(wǎng)水刺材料可廣泛用于各種非織造布應(yīng)用領(lǐng)域。材料的性能既可以通過設(shè)置水刺工藝和能量輸入來調(diào)整，也可以通過調(diào)整面密度、纖維線密度和切斷長度等參數(shù)來進(jìn)行調(diào)控。通過上述方法，可制備出具備適當(dāng)拉伸強(qiáng)度的一次性非織造材料。一方面該材料在沖洗時(shí)能迅速分解，另一方面也具有更高拉伸強(qiáng)度和更堅(jiān)固耐用的性能。用這些短纖維與木漿混合制備而成的材料具有生物可降解性，能滿足可持續(xù)發(fā)展要求。此外，與黏膠纖維等其他有競爭力的纖維相比，在共混中使用少量的Lenzing Lyocell纖維，也可使混合材料在濕態(tài)下能夠保持高拉伸強(qiáng)度。Lenzing Lyocell纖維具有較好的生物降解性能，可作為合成纖維的替代品，符合近年來一直討論的“無塑料”理念。結(jié)合水刺加固技術(shù)，所制備的產(chǎn)品性能可以滿足各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。

Lenzing Lyocell為注冊商標(biāo)