聚合物纺粘法非织造布的新型原料及发展趋势

赵 博

(中原工学院,河南 郑州 450007)

聚合物纺粘法非织造布的新型原料及发展趋势

赵 博

(中原工学院,河南 郑州 450007)

简要介绍了几种纺粘法非织造布新型原料的特点,指出新型纺粘原料加工的产品具有质量优和性能独特等优点,并展望了纺粘非织造布新型原料的发展方向和应用前景。

纺粘法;非织造布;新原料;性能;发展

纺粘法也就是熔融纺丝成网法,它是利用化学纤维纺丝原理的方法,在聚合物纺丝成形过程中通过骤冷的空气对挤出的熔体细丝进行冷却,使细丝在冷却过程中受到拉伸气流的拉伸作用,形成连续长丝,然后在凝网帘上成网,并铺放在成网帘上,再经固结装置处理后形成纺粘法非织布。该方法是一种一步法成布非织造技术。纺粘法非织造布技术不仅在工艺路线和设备结构等方面有独特之处,而且加工的产品也各有其特点。近年来,由于纺粘法非织造布技术生产流程短、生产效率高、产品性能优良和应用范围广,迎合了当今世界非织造布产品向高性能、薄型化发展的方向,所以在工艺、设备、产品质量和生产成本等方面都得到了极大的进步和提高。随着科学技术的不断发展,必将更大程度地推动纺粘法非织造布技术的广泛应用和迅速发展。笔者仅就纺粘法非织造中的原料和产品开发等作一综述和回顾。

1 纺粘法非织造布常用的原料

纺粘法非织造布采用的原料主要有聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA等,由于纺丝速度高,细纤维的结晶度和取向度也较高,故纤维具有良好的热收缩性和耐热性。

聚丙烯 PP是纺粘生产中应用最多的一种树脂,它具有熔点低、强力高、化学性好和价格低等特点,适合加工卫生巾、尿布和包装材料等等。聚酯PET是纺粘生产中应用仅次于聚丙烯 PP的一种树脂,它具有强度高、耐气候性强和综合性能好等特点。根据加固方式的不同,切片原料可以采用均聚物和共聚物,它适合加工农业、包装材料、建筑和屋顶材料等。聚酰胺 (PA6)和 (PA66)具有吸湿性好、染色性好和耐磨等优点,但是由于价格较高,所以使用较少。美国和欧洲利用MET30-35聚丙烯切片,用于纺粘法非织造布生产,纺粘温度控制在 235～240℃;神户制钢公司利用均聚物纺粘法能改善聚丙烯纺粘法的生产能力。

目前以复合产品和双组分纤维为原料生产的纺粘法非织造布已发展为纺粘技术的主流。

2 纺粘非织造布产品的特点

2.1 纺粘产品差别化、功能化[1]

利用芳香型纤维、阻燃纤维、远红外纤维、防臭抗菌纤维、高吸湿纤维等加工纺粘产品,有良好的保健功能,舒适性好;利用硼和锂化合物粉末与聚乙烯或聚丙烯共混纺丝,加工的纺粘产品具有防中子辐射的功能;利用抗静电母粒,生产的纺粘非织造布具有良好的抗静电性。

德国 Freuderberg公司在纺粘设备上,采用裂片型双组分纺丝的喷丝板,纤维使用 PET/PA双组分纤维纺丝,分离成的单纤维为 0.1 dtex,这些超细纺粘产品比表面积大,透气性好,屏蔽性好,能防止尘屑和螨虫的侵入,避免对人体产生过敏反应,适合做床上用品。

通过改进喷丝板孔径和孔型,可生产出粗旦纺粘产品。采用中空喷丝孔、Y型孔、十字形孔、五角星孔和三叶形喷丝孔,能生产新型的纺粘非织造布,这些产品透气性和透湿性好。

在聚合物中增加添加剂或做成纺粘产品后,再通过浸渍、喷淋等后整理,赋予产品一定的功能性,如阻燃性、防紫外线性、抗静电性、防污性、抗菌性等。在纺粘法生产线的热轧机和卷曲机之间增加一套浸水 (喷雾)与烘干机组,使纺粘布经热轧之后,在含有不同性质的药液中浸渍 (或喷雾)并烘干,然后再进行卷曲,从而使纺粘产品具有不同的功能性。在切片投料斗内加入功能性母粒,所生产的功能性纺粘非织造布作用持久,不会消失。

2.2 采用新型聚合物

采用新型聚合物[2]用于纤维纺丝也是纺粘技术的一个新发展。所使用的新型聚合物包括共聚酯、共聚酰胺、可熔融仿弹性体、PLA、PTT等等,在纺粘产品中存在的形式可以是双组分纤维的皮层或均聚物纤维。

美国杜邦公司开发了可生物降解的 Sorona纤维纺粘产品,美国 Ason和 Eastman公司开发了可生物降解的聚酯纺粘产品。美国 Eastman公司开发了PCT、PBT聚酯纺粘产品,Toray公司开发了能控制污染的 PPS纺粘产品,它可以做过滤介质。美国埃克森公司开发了全同立构聚合物,用于纺粘生产,可加工高强度、轻型的纺粘产品,产品手感柔软,用于卫生用品、医院服装和特殊过滤材料。日本东洋公司开发了聚酯弹性纤维纺粘产品,产品伸缩性好;开发的 PBT纤维纺粘产品,柔软性和成型好,用于汽车车顶材料。

日本可乐丽公司采用 ExcevalT M的可溶性树脂,与 PP(PE、PA)在纺粘设备上加工双组分纤维,喷丝板是裂片型的,加工的产品吸水性好,克重轻,强力大,可用于农业、美容面膜、过滤材料等。

美国阿松公司采用可生物降解的 Eastar bio聚酯纤维加工纺粘产品。美国的 Eastman公司采用PCT和 PBT聚酯纤维加工纺粘法非织造布产品。其它新型聚合物还包括共聚酯、共聚酰胺和可熔融仿弹性体及聚乙烯等等,它们在纺粘产品中存在的形式可以是双组分纤维的皮层或均聚物纤维,赋予纺粘产品以更新和更优异的性能。纽马格公司采用其它生物可降解聚合物、PU、CO-PP、PEPET、COPET、PLA、其它尼龙聚合物和其它特种聚合物,加工的产品种类多,性能好。

2.3 复合产品和双组分纤维[3]

以复合产品和双组分纤维为原料生产的纺粘法非织造布已成为纺粘技术的主流。双组分纺粘技术是将复合纺丝的成纤技术和纺粘法的成网、成布技术相结合的一种最新非织造布生产技术。最大优点是可以采用不同原料,通过不同的复合形式,生产出不同性能的产品。双组分纤维由两种不同的聚合物组成,目前最常用的结构形式是皮芯型、并列型、剥离型。皮芯型双组分纤维一般指的是单芯,可分成同芯型和偏芯型。并列型是利用两种热湿收缩性能不同的聚合物,经热处理后形成的。剥离型双组分纤维是生产超细纤维的常用方法,它利用两种非粘合性高聚物,以一定的形式组合,纺制成单根纤维,其横截面上各组分以不同形状分布,然后用物理或化学剥离方法,使纤维中的各组分相互分离。加工双组分纤维不仅能赋予产品较高的强度、柔软性和亲水性,而且还能降低成本,提高生产速度。

皮芯层纤维是最为普遍的双组分复合纺粘法非织造布的形式,其皮芯结构长丝的外层是一种低熔点的聚合物,皮芯的比例从 10/90到 50/50,典型的皮芯主要是 PE/PP、PP/PET、PE/PET、COPET/PET等。皮芯型双组分非织造布有很多优点,一是皮层的低熔融温度有牢固的粘合力,能提高生产速度,降低生产成本;二是粘合温度不影响芯层聚合物的取向,加工的产品强力大;三是皮层聚合物赋予非织造布的柔软性不影响非织造布的其他性质;四是由于高成本的添加剂只是同皮层聚合物混合,成本低。

第二种形式的双组分纤维是剥离型纤维,如采用中空橘瓣型纤维,纤维细度达到 0.11dtex,加工的纺粘产品的手感接近细旦纤维加工。

第三种形式是采用可溶性聚合物,如 EVOH或可用热水洗掉的水解 PET,2.2 dtex的海岛纤维通过洗去海的组分后,就能得到 2μm纤维组成的纺粘产品。

其它的复合产品还有日本尤尼吉卡公司的 PE/PET皮芯复合产品 Eleves,该产品具有强力高,耐温性好,对紫外线或射线稳定的性能。如德国 Freuderberg公司的 PA/PE橘瓣型复合产品 TEvolon,Neumag公司的 PP/PE皮芯双组分复合纺粘法非织造布等。

3 纺粘法非织造布发展趋势

3.1 纺丝纤维趋于细旦化[4～5]

纺粘法最先进的技术是趋向于纺丝细旦化和微细旦化。采用细旦纤维,可以使纺粘产品的表面均匀性和丰满性得到很大程度的改善。目前,细旦纤维纤度能达到 0.78 dtex,日本神户制钢公司的 PP可纺到 0.55 dtex,PET可纺到 1.0 dtex,日本 Kobelco公司的 PET可纺到 0.5～0.7 dtex,加工的产品柔软、拉伸强度高、产品均匀性好。

牵伸器性能、喷丝板孔径和冷却条件是加工细旦和微细旦纤维的关键。美国阿松 Ason公司采用高压窄缝牵伸工艺,可以生产 0.7 dtex的丙纶纤维和 0.5 dtex的涤纶纤维。在 Ason公司的纺粘技术中,最高的纺丝速度达 8 km/min,甚至达 10 km/min,该公司利用MFR是 700的聚丙烯切片,在纺丝速度 6 km/min下,进行纺粘法生产,可加工出 0.2旦的长丝或更细的长丝,而且强度较高,它完全可以代替熔喷产品,这对于纺粘非织造布产品来说,不仅是一个新思路,而且也是一个革命性的突破。

德国的 Reifenhauser公司的 Reicofil-3型设备PP纺到 0.78 dtex,PET纺到 1.0 dtex。德国的 Reifenhauser公司生产的 Reicofil- IV型设备 PP纺到 0.5 dtex,PET纺到 0.7 dtex。

3.2 设备多功能化

设备不但能生产熔喷、纺粘和复合产品等,而且可以生产厚型和薄型纺粘法非织造布。意大利的摩登公司采用双套喷丝板和可升降的牵伸器,可生产聚丙烯 PP和聚酯 PET纺粘产品。德国莱芬豪舍公司可生产熔喷和纺粘复合产品。日本神户公司可以生产聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA6、PA66等等。德国 EMS公司采用高速吸气系统,可以使用原料有聚丙烯 PP、聚酯 PET和聚酰胺 PA等,产品范围广,在加工薄型产品时,不但纤网均匀度好,而且能耗低。

目前,德国有 Freudenberg公司、Phonix公司和HydroSpun公司能生产双组分纺粘—水刺复合超细纤维非织造布产品,Phonix公司能生产短纤和长丝纺粘—水刺复合超细纤维非织造布。产品不仅可加工擦拭布等,而且可加工沙发面料、防晒床帘和汽车防晒布等。

美国诺信 (Nordson)公司开发的 Microfil设备,采用整板正压牵伸,利用 Hills技术生产复合产品和双组分纤维纺粘产品,包括 PET、PE、PLA纺粘产品,克重最轻达 10 g/m2,纤维细度最细达 0.72 dtex。

原美国 Ason公司 (已被纽马格公司兼并)生产的设备,采用正压牵伸,能加工涤纶、锦纶、丙纶等双组分纺粘法非织造布产品。荷兰的阿克苏 (Akzo)公司可生产皮芯锦涤复合纺粘生产线,产品被广泛应用。美国希尔 (Hills)公司生产的设备,喷丝板设计独特,能生产涤纶、锦纶、丙纶等各种组分的复合纤维。

德国的 Reifenhauser公司、荷兰的阿克苏(Akzo)公司、美国诺信 (Nordson)公司、美国 Ason公司(已被 Neumag纽马格公司兼并)生产的设备、美国希尔 (Hills)公司都提供双组分纺粘法技术。

德国 Freuderberg公司在纺粘设备上,采用裂片型双组分纺丝的喷丝板,纤维使用 PET/PA双组分纤维纺丝,分离成的单纤维为 0.1 dtex。这些超细纺粘产品,比表面积大,透气性好,屏蔽性好,能防止尘屑和螨虫的侵入,避免对人体产生过敏反应,适合做床上用品。

3.3 纺粘与其它非织造布技术结合

3.3.1 纺粘与水刺非织造布技术结合

利用水刺的水流穿刺方法来固结纺粘布,产品强力高,成网均匀,产品很接近机织布的质量,适合做外衣和装饰布。对长丝进行水刺时,长丝受损的几率很小,由于没有强压点和强压风,产品手感柔软,吸湿性和透气性好;不用或少用粘合剂,对生态无害;由于生产中纤网成形和纤网缠结速度高,生产成本低,产量高,并节约纤维成本;水刺工艺能够压紧和缠结多层纤网,生产具有理想性能的复合新材料;水刺工艺可以分裂并缠结多组分纤维,生产柔软而有强力的纤网。利用水刺固结纺粘网,是纺粘法发展的一个方向。目前,Rieter-Perfojet公司利用水刺对纺粘法非织造布固结和整理,Fleissner公司利用水刺固结裂片型和海岛型的纺粘网。

3.3.2 纺粘与熔喷非织造布技术结合

生产熔喷非织造布的聚合物[6]主要有聚酯、聚乙烯、尼龙等聚合物,目前生产熔喷法双组分非织造布的聚合物主要包括以下产品:

a)皮芯层的聚合物。这种类型可以是同心、偏心和异形的,一般情况下廉价材料做芯,具有特殊性能的聚合物做外皮层。例如芯层为聚丙烯,外皮为可粘接用的低熔点聚乙烯或改性聚丙烯等。

b)末端型的聚合物。该类型是具有三叶形或十字形的末梢复合另一种聚合物,例如做导湿和导电纤维时,可以在顶尖上复合上导电聚合物,这样不仅具有导湿导电和抗静电的功能,而且还可以节省导电聚合物用量,降低生产成本,提高经济效益。

c)微细旦型的聚合物。该类型不仅可以是呈加桔瓣形、条形剥离型组件,而且也可以是海岛型纤维,用这两种不相容的聚合物剥离不仅做成超细纤维网,也可以做成纳米纤维网。

d)混合型的聚合物。该类型的特点是将不同材料、不同颜色、不同纤维和不同截面形状混合,甚至和皮芯并列纤维混合的既有共混,又有双组分纤维的纤维网,这样就可以使纤维网具有所需要的各种性能。

3.4 采用聚氨酯弹性纤维

日本钟纺公司又在熔喷法非织造布技术的基础上,开发了具有弹性的热缩性聚氨基甲酸酯纺粘非织造布。均聚聚氨基甲酸酯并不具有弹性,但是其嵌段共聚物中,由低相对分子质量的聚酯和聚醚组成软链段,并在常温下处于高弹态,在应力作用下,很容易发生变形,从而赋予纤维被拉伸变形的性能。由二异氰酸酯构成硬链段,由于其容易结晶,并可产生横向交联,在应力作用下不发生变形,防止分子间的滑移,而赋予纤维足够的回弹性。常用的物理交联是通过硬链段间的紧密敛集产生结晶,而使大分子间发生横向的连接和化学交联,即通过硬链段间发生化学反应而实现分子间的连接。一般聚氨酯根据分子链结构中的软链段是聚酯或聚醚而分为聚酯型和聚醚型。线性聚氨酯嵌段共聚物的合成分为两步,第一步是预聚合,第二步是低相对分子质量的含有活泼氢原子的双官能团化合物做链增长剂,与预聚物继续反应,生成线性聚氨酯嵌段共聚物。一般情况下,氨纶的分子结构中,软链段部分的相对分子质量越大,纤维的伸长弹性和回弹性越高,化学交联型聚氨酯弹性纤维的回弹能力比物理交联型的更好。聚醚型氨纶比聚酯型氨纶弹性伸长、回弹性高。

4 结 语

面对 21世纪非织造布行业的激烈竞争形势,新一代纺粘新技术必将以新的姿态不断开拓新的应用领域,与其它非织造布工艺相结合,不断开发新的产品,拓展发展方向,跨入一个崭新的里程。

1 CarolB.Webster,纺粘法和非织造布复合过滤材料[C],中国国际非织造布会议论文集,2005.234～239

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3 宣志强.双组分纺粘法非织造布介绍[J].非织造布,2007,1:5～7

4 邹荣华.纺粘法非织造布生产技术现状及发展趋势[J].纺织导报,2005,9:29～34

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6 SanjivR,Malkan.An overview of spunbonding and meltblowing technologies.Tappi,2004,78(60):185～189

7 V K Kothari.Development&recent trends in spunbonding[J].The Indian Textile Journal,2004,12:17～23

New materials and development trend of polymer spunbonding nonwoven

Zhao Bo
(Zhongyuan university of technology,Henan,zhengzhou,450007)

This paper briefly describes several new materials characteristica of spunbonding nonwoven fabrics.It is pointed that the new spunbonding nonwoven product made from new materials have good quality and unique features and perfor mance etc.,and the development direction of spunbonding nonwoven fabrics and new materials application have good prospects.

spunbonding;nonwoven fabrics;new materials;performance;development

TS174

A

1006-334X(2010)02-0033-04

2010-05-18

赵博 (1966-),男,河南南阳人,硕士,主要从事非织造布技术的研究和产品开发工作。