原料长度及配比对可冲散性湿巾基材性能的影响

2014-01-15吴海波东华大学纺织学院上海201620

产业用纺织品 2014年1期

钟翠吴海波 (东华大学纺织学院，上海，201620)

在卫生产品中，湿巾的消费量年增长率高达两位数，仅次于婴儿纸尿裤［1］。湿巾的广泛使用提高了人们的生活质量，但也不可避免地带来了环境问题，如用后的填埋和焚烧增加了粉尘的排放量和对环境的污染。因此，迫切需要开发出既具有一定的湿强度以满足正常的擦拭要求，又具有水可分散性，使用后可直接丢弃到马桶中而不会堵塞马桶和污水处理系统的湿巾产品。市场上现有的几款厕可冲湿巾虽然可以达到水可分散的目的，但普遍采用了降低强度或添加特种黏合剂(即暂时性湿强剂)的方法，对生产设备要求高，并会降低产品的使用性能，不利于产品推广和消费者长期使用。本研究以黏胶纤维和木浆为原料，采用气流成网和水刺工艺制备可冲散性湿巾基材。基材在生产的过程中不添加任何黏合剂，通过纤维间的纯物理缠结赋予其一定的湿强度，废弃后在污水处理系统中可完全分散。

1 试验部分

1.1 材料

(1)圆形截面黏胶纤维：规格1.6 dtex×38 mm，江苏南京兰精公司生产。

(2) 木浆：长度2.56～4.08 mm，宽度 40.9～54.9 mm，上海博烨纸业有限公司提供。

1.2 仪器及设备

Rando气流成网机，YG-SD强力仪，FleissnerT6610水刺系统，FA2004电子天平，500 mL量筒，秒表等。

1.3 试验方法

1.3.1 小样制作工艺流程

本试验样品的制作工艺如下：

1.3.2 水刺材料性能测试

(1)湿强度测试：根据标准GB/T12914—2008《纸和纸板抗张强度的测定》进行测试;

(2)吸水率：按照标准FZ/T64012.2—2001《水刺法非织造布第2部分：卫生用卷材》中的有关规定进行测试;

(3)面密度：参照标准GB/T24218.1—2009《纺织品非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定》进行测试;

(4)可冲散性：采用量筒旋转法进行可冲散性实验。具体方法如下：选择500 mL的定制量筒(上端平齐，配备木塞)，将规格为100 mm×100 mm的试样放入量筒中，并加入300 mL水，塞紧木塞;将量筒放置在可以旋转的测试仪上，旋转180°后停止，然后再将量筒转回，此为一个循环，旋转和静止的时间均为1 s;经过50次循环后停止实验，判断样品的分散性。用目测法观察非织造布的分散状态，根据实验终止后布面的完整情况分为0、1、2、3、4、5 级，共六个分散等级［2］。

0级：50个循环后未分散，布面完整;

1级：50个循环后开始分散，边部出现裂缝或缺口;

2级：50个循环后小部分分散，布面出现少量孔洞;

3级：50个循环后部分分散，布面破碎成较大块状或纤维缠结成绳索状;

4级：50个循环后大部分分散，布面破碎成无数小块状;

5级：50个循环后全部分散，样品完全分散成单纤维状。

(5)分散剩余率：可冲散性实验结束后，将量筒中的液体倒在过滤筛网上，收集筛网上的残留物，并进行烘干调湿。分散剩余率计算公式如下：

材料的分散性由分散剩余率和分散等级综合判断。为保证产品的质量和使用性能，以标准GB/T27728—2011《湿巾》作为参考，要求产品的含液率≥1.7倍，横向湿抗张强度≥4 N/(50 mm)。

2 结果与讨论

2.1 原料长度的选择

将长38 mm的黏胶纤维进行切断处理，切断后纤维的长度分别为8、11和15 mm。分别称取各长度的黏胶纤维与木浆混合并进行气流成网，其中黏胶纤维的质量分数为60%，纤网面密度设计为60 g/m2。将纤网进行两道水刺加固，制得所需的水刺材料。水刺材料的各项性能见表1。

在水刺加固过程中，纤网上表面的部分纤维在水针的作用下发生位移，向下运动并穿插进入纤网底部，当水针穿透纤网后，受到托网帘或转鼓动表面的阻挡，形成水流反射，造成纤网底部的部分纤维向上穿插运动，有的回到纤网表面形成闭合回路［3］。因此，在黏胶/木浆混合水刺材料中，纤维之间的缠结情况复杂，可大致分为三种类型：“H型”缠结［4］、“闭环式”缠结和“捆绑式”缠结。纤维缠结的简化模型见图1。

图1 黏胶/木浆混合水刺材料中纤维的缠结结构［4］

“捆绑式”和“闭环式”模型为长纤维与长纤维之间的缠结模型。长纤维与长纤维之间缠结较为稳定且形式复杂，例如“捆绑式”中纵向分布的长纤维可以与第一根横向纤维逆时针缠结，接着又可以顺时针缠结;“闭环式”中纵向纤维与横向纤维缠结后又返回再次缠结，使纤维间的作用大大增强，解缠困难。“H型”缠结为长短纤维缠结，缠结结构简单，虽然缠结点较多，但纤维缠结结构存在较多弱节，在水中很容易解缠。

表1 黏胶纤维长度与水刺材料性能的关系

由表1可知：

(1)随着黏胶纤维长度的增加，黏胶/木浆混合水刺材料的纵横向湿强度均呈增大趋势，且纵向湿强度略大于横向湿强度;当黏胶纤维长度为8 mm时，材料的横向湿强度最低［6.02 N/(50 mm)］，此时纵向湿强度为8.31 N/(50 mm)，两者的差值最大。

水刺材料的强力与原料纤维的种类、规格以及缠结效果有关。随着黏胶纤维长度的增加，水刺纤网中长纤维之间的缠结数量增加，缠结牢度增大;长纤维之间抱合力的增大也使得缠结效果增强，纤维强力的利用程度提高，因此强度逐渐升高［5］。在气流成网的纤网中，纤维混杂排列，呈三维空间分布，材料在物理性能上基本显示各向同性的特点，纵横向强力基本相同。经水刺加固后，纤网中的部分纤维沿纤网前进方向取向排列，因而纵向强力略大于横向强力。纵向强力高有利于后续的加工生产和卷装，横向强力低有利于材料的分散。

(2)随着黏胶纤维长度的增加，材料的分散剩余率逐渐提高，分散程度下降;当黏胶纤维长度为8 mm时，分散剩余率最小，分散等级为2级，材料的分散性能最好。

当材料受到水流冲散力的作用时，长纤维间的缠结点不易破坏，解缠困难，所以分散能力随着长度的增加而降低。长纤维从材料中分离出来后分散于水中，容易相互聚集缠绕形成绳索状纤维团，在过滤时长纤维易堵塞滤网孔，造成本来可以通过的短纤维无法通过滤网。因此，随着纤维长度的增加，材料的分散剩余率呈上升趋势。

(3)随着黏胶纤维长度的增加，黏胶/木浆混合水刺材料的吸水率先升高后降低。木浆纸的吸水率为600%～800%，纯黏胶水刺材料的吸水率达1 000%以上。随着黏胶纤维长度的增加，纤网在水刺的过程中纤维的流失率降低，黏胶纤维的实际含量增加，因此材料的吸水率有上升趋势;而当黏胶纤维长度增加到一定程度时，缠结系数迅速增大，纤网内部的自由体积减小，含有的毛细水减少，吸水率反而下降。

综合考虑材料的生产使用要求及其分散性能、吸水性能，本试验选用8～11 mm长度的黏胶纤维。

2.2 木浆比例的选择

在纯黏胶纤维中添加木浆有利于降低材料的湿强度，获得良好的分散性;但过高的木浆比例会使纤网水刺困难，在水刺的过程中木浆飞溅形成布面孔洞或浆斑，还有一部分木浆会进入水循环过滤系统，影响产品的质量和连续化生产。因此，黏胶/木浆混合水刺材料中的木浆比例至关重要，直接影响生产工艺参数的设置和产品的使用性能。表2示出了木浆比例与水刺材料性能的关系。

由表2可知：

(1)随着木浆比例的升高，黏胶/木浆混合水刺材料的纵横向湿强度均呈下降趋势，材料的分散等级提高，分散剩余率降低。随着木浆含量的增加，纤网中长纤维与短纤维之间的缠结比例增大，即“H型”缠结点数增多，缠结力弱，容易解缠。当木浆质量分数为60%时，材料的横向湿强度为4.10 N/(50 mm)，此时纵向湿强度为5.12 N/(50 mm)，满足湿巾标准中最低使用横向湿强度4 N/(50 mm)的要求，但在产品的实际生产过程中要求材料具有较高的纵向湿强度，防止在张力的作用下意外牵伸造成产品变形或无法连续生产。因此，本试验选择木浆的质量分数为50%，此时材料的纵向湿强度提高到6.96 N/(50 mm)，分散等级仍为3级，材料具有良好的分散性。

表2 木浆比例与水刺材料性能的关系

(2)随着木浆比例的增加，黏胶/木浆混合水刺材料的吸水率先升高后下降。由于木浆纤维较短，在纤网中起着支撑作用。当木浆比例较低时，随着木浆含量的提高，填充并支撑纤网的木浆数增多，纤网内部的空隙率增大，可容纳更多的毛细水，宏观表现为材料的吸水性能变好;但木浆比例增大到一定程度后，材料的紧密度增大，纤维间的孔隙减小，吸水性能反而变差。当木浆质量分数为50%时，材料的吸水倍率最大，为9.76倍。

综合以上测试结果，本试验推荐将木浆质量分数确定为50%～60%。