PP/木漿復合擦拭材料及性能研究

李偉岸，劉 諾，聶 渡，李素英

（1.江蘇金三發(fā)衛(wèi)生材料科技有限公司，江蘇 南通 226114；2.南通大學，江蘇 南通 226019）

近年來，市場對擦拭布消耗品的需求進一步增大，有待開發(fā)綠色、安全性能更加優(yōu)異的新材料，而采用一種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品往往因功能單一或存在某些缺陷等而受到應用上的限制，為彌補不足，需要對產(chǎn)品進行復合加工[1]。天然纖維與合成纖維的結(jié)合賦予了非織造布產(chǎn)品多樣化、木漿價低且吸濕性好、紡粘縱橫向強力高的優(yōu)勢，水刺復合非織造布的研制方興未艾[2-4]。本研究以光降解PP/木漿為原料，利用紡粘成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)和水刺工藝，制備非織造復合擦拭材料，實現(xiàn)了工藝融合和優(yōu)化，同時具有經(jīng)濟和環(huán)保意義。

1 實驗

1.1 原料及設備

原料：PP光降解母粒，北木木漿漿粕（白色，84.0 cm×82.0 cm×0.1 cm）。

設備：試樣制備采用江蘇金三發(fā)濕法水刺及紡粘設備，試樣性能測試分別采用YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀、BSA224S-CW電子分析天平、YG065C電子織物強力儀。

1.2 試樣制備

PP/木漿配比為20∶80，濕紙頁經(jīng)濕法成網(wǎng)預水刺加固成形，與PP紡粘纖網(wǎng)經(jīng)五道水刺復合制得不同規(guī)格的非織造復合材料，水刺壓力分別為15、25、50、50、60 MPa，具體工藝如圖1所示。

圖1 PP/木漿復合材料工藝流程

2 性能測試及數(shù)據(jù)分析

2.1 試樣外觀形貌

非織造技術(shù)作為一種靈活高效的工藝技術(shù)，將木漿濕紙頁和PP紡粘網(wǎng)水刺復合成形（圖2～3）。從圖2中的宏觀外觀形貌可以看出，材料均勻性好，外觀平整；從圖3（a）可以看出，將較短的木漿纖維在水針柔性力作用下均勻緊密地植入紡粘長絲的孔隙間，并且牢固地纏結(jié)在其周圍，不易在外力作用下浮動，從而脫離纖網(wǎng)出現(xiàn)掉屑現(xiàn)象；從圖3（b）可以看出，部分PP纖維在水刺力作用下，也發(fā)生了位置遷移，更提高了木漿纖維與PP纖維抱合的有效性。復合材料不僅擁有較強的容塵能力，又能保持紡粘長絲的高強度和濕法水刺材料的柔軟光潔、高吸收性能，同時，整個工藝過程無需化學黏合劑，安全環(huán)保。

圖2 PP/木漿復合材料宏觀外觀形貌

圖3 PP/木漿復合材料SEM圖

2.2 均勻性及結(jié)果分析

材料規(guī)格見表1，其中，面密度和干態(tài)厚度的關(guān)系如圖4所示。

表1 材料規(guī)格

圖4 PP/木漿復合材料

由表1可以得知，PP/木漿復合材料的實際面密度在41.30～66.20 g/m2，PP紡粘網(wǎng)面密度在8.26～13.24 g/m2，木漿濕紙頁面密度在33.04～59.96 g/m2，干態(tài)厚度在0.24～0.34 mm。從圖4可以明顯看到，隨著材料面密度的增大，干態(tài)厚度幾乎呈線性增長。盡管在水刺復合過程中，水流會帶走極少部分木漿，但總體上材料面密度均勻性及厚度均勻性良好。

2.3 力學性能及結(jié)果分析

PP/木漿復合材料強度由兩部分組成：其一是PP紡粘長絲本身具有的高強度，在水刺柔性纏結(jié)下，纖維高度穿插具有各項良好的力學性能；其二是木漿粕在濕法及水刺力作用下形成的強力，濕紙頁通過纖維素分子間結(jié)合的氫鍵作用加固，水刺后不僅自身纏結(jié)，而且牢牢地穿插在紡粘長絲間，使材料整體結(jié)合在一起，強度得到進一步提升。材料橫向干態(tài)抗張強度在16.2～28.0 N/5 cm，縱向干態(tài)抗張強度在42.8～61.8 N/5 cm；橫向濕態(tài)抗張強度在11.5～18.4 N/5 cm，縱向濕態(tài)抗張強度在31.1～43.8 N/5 cm（圖5～6）。

圖5 PP/木漿復合材料縱橫向抗張強度對比

圖6 PP/木漿復合材料干濕態(tài)抗張強度對比

由圖5可知，材料縱橫向抗張強度差距較大，橫向抗張強度不及縱向抗張強度的1/2。這是因為材料強度主要來源于PP紡粘長絲，在鋪網(wǎng)時沿縱向排列，盡管在后續(xù)的水刺纏結(jié)中改變了部分纖維方向，也有沿著各方向的木漿纖維，但大體上PP還是在縱向上受力。

由圖6可知，PP/木漿復合材料在干濕態(tài)條件下的抗張強度有一定差距，干態(tài)強度較大，濕態(tài)強度較小。這是因為木漿濕紙頁的干態(tài)強力是通過氫鍵作用加固的，經(jīng)水刺復合后，纖維與纖維之間通過分子間的作用力和糾纏力緊密連接，材料干態(tài)強度大；在濕態(tài)下，氫鍵作用被水和纖維間的鍵合取代，纖維間的結(jié)合力減弱，材料濕態(tài)強度也隨之減弱，但在晾干后，木漿纖維之間仍會以氫鍵的形式緊密結(jié)合，使材料具有較高的強力。

另外，材料抗張強度在低面密度下差異不大，隨著面密度的增大略有減小，但在高面密度下隨著面密度的增大而增大，尤其是在濕態(tài)下更為明顯。當材料面密度較小時，厚度也較小，纖維更容易受到水刺壓力作用，纏結(jié)穩(wěn)定；材料面密度增大，厚度也有所增大，此時內(nèi)部有部分纖維糾纏不充分，導致抗張強度有所下降；材料面密度繼續(xù)增大，PP長絲和木漿纖維的含量也在增加，提高了材料的抗張強度。

2.4 吸液性能及結(jié)果分析

PP/木漿復合材料吸水倍率如圖7所示。

圖7 PP/木漿復合材料吸水倍率

由圖7可知，PP/木漿復合材料的吸水倍率大于500%，具有較好的吸液能力，有利于擦拭。材料的吸液性能主要來源于木漿纖維，分子中含有大量親水基團，隨著面密度的增大，木漿纖維含量增加，材料的吸液量也隨之增加，吸水倍率幾乎保持不變。同時，由于木漿纖維吸水膨脹，在材料復合過程中受水針作用動能大、效率高、纏結(jié)穩(wěn)定，并形成更多孔隙結(jié)構(gòu)，增強了材料的吸液和擦拭性能。

3 結(jié)語

（1）木漿濕紙頁、光降解PP紡粘網(wǎng)在水刺加固技術(shù)下高效復合，復合非織造材料既具有柔軟、高吸收、防靜電特性，又具備良好的抗張強度，無需化學粘合，成本低且綠色環(huán)保，可在擦拭材料等領域廣泛應用。

（2）在水刺復合中，水流會帶走極少部分木漿，但總體上材料面密度均勻性及厚度均勻性良好。

（3）復合材料縱向抗張強度大于橫向抗張強度，干態(tài)抗張強度普遍大于濕態(tài)抗張強度，這分別與紡粘纖網(wǎng)沿縱向排列、木漿在干態(tài)下氫鍵作用增強有關(guān)。

（4）當面密度較小時，復合材料的抗張強度差異不大，隨著面密度的增大略有減小，但其隨著面密度的進一步增大而增大，尤其是在濕態(tài)下更為明顯。

（5）木漿纖維獨特的吸液能力賦予了復合材料較好的吸液性能。