废旧服装纤维的植被修复材料性能研究*

2014-09-04

产业用纺织品 2014年6期

(南通大学纺织服装学院，南通，226007)

植被修复是恢复建筑及道桥施工对生态环境破坏的重要手段，这项技术已被广泛应用于堤坝绿化、公路护坡生态防护[1]。目前普遍将经过抗紫外线处理的聚丙烯(PP)纤维非织造材料作为公路护坡植被修复材料，既增加了成本，又不利于环保。

服装用材料主要是化学纤维和天然纤维，一件化学纤维服装需要消耗一定的石油，一件纯棉服装也消耗了棉花种植、施肥、收割、纺织和印染等各环节的资源和能源，如果废旧服装不能再循环利用，那就意味着资源和能源的巨大浪费[2]。日本东京一家服装制造商Onward Kashiyama 公司将回收售出的服装产品重新做成纱线，然后生产手套和地毯[3]。本文借鉴相关技术，获取废旧服装中的棉纤维，并与PP纤维、麻纤维混合，开发植被修复材料，研究不同结构对材料梯度降解性能和植被修复性能的影响，获得结构稳定、性能符合要求且能梯度降解的环境友好型植被修复材料。

1 试验部分

1.1 试验原料

废棉：来自废旧棉服装开花的再生纤维，纤维主体长度8～9 mm。

PP：纤维长度64 mm，线密度3.3 dtex，断裂强度4.5 cN/dtex。PP纤维是实现制品高强低伸力学性能、轻量化特性及梯度降解性能的主要成分。

黄麻：纤维切断长度100 mm左右[4],回潮率12.6%，断裂强度2.7 cN/dtex，断裂伸长率3.1%。黄麻纤维是实现制品高强低伸力学性能、抗虫害性能及梯度降解性能的重要成分。

1.2 试样制备

以一定质量分数的棉/麻/PP纤维为原料，采用不同的铺网结构制备面密度为270(1±5%) g/m2的针刺毡试样。铺网结构包括一层结构、二层结构和三层结构。一层结构是将棉、黄麻、PP纤维按配比一起混合开松，再梳理成网，利用针刺加固方法，对纤维网进行加固，制成针刺毡；二层结构是将麻纤维单独开松成网，棉和PP纤维混合开松成网，然后将两者层叠针刺制成针刺毡；三层结构是将棉、黄麻、PP纤维按总体质量要求分别开松梳理成网，然后再按黄麻在表层、PP在中层、棉在底层的次序层叠针刺制成针刺毡。

1.3 降解试验

以土埋法进行降解试验，试样掩埋深度5～10 cm，时间节点为0、24、48、72、96 d，到预定的时间取样、清洗、干燥，经调温调湿处理，测试试样的质量损失、强力损失。采用KYKY 2800-B型扫描电子显微镜(SEM)表征植被修复材料表层、中层、底层的表观形态[5]。

1.4 植被修复试验

植被修复试验是在相同自然环境下，将植被种子种植在不同试验箱内。1号、2号、3号试验箱分别覆盖一层结构、二层结构和三层结构试样，4号试验箱不覆盖试样，观察比较同一时间段内植被生长情况，以草籽发芽时间及植被生长高度来表征。

2 结果与讨论

2.1 材料的降解性能

取棉/麻/PP纤维的质量比为2∶3∶5，针刺密度为325刺/cm2，面密度为270(1±5%)g/m2的三种铺网结构试样，对试样进行降解试验。不同结构植被修复材料的质量损失及拉伸强力随时间的变化关系如表1、表2和表3所示。

表1 试验周期内植被修复材料的质量损失

表2 试验周期内植被修复材料的纵向强力损失

表3 试验周期内植被修复材料的横向强力损失

由表1可知，在0～48 d时间段内，试样的质量变化较小；在48～72 d时间段内，试样质量损失快速增加；在72～96 d时间段内，试样质量损失较小。这是因为在0～72 d的时间范围内降解的主要是棉纤维，其间只有部分麻纤维降解；在72～96 d内棉纤维已基本完成降解，而麻的降解速度较慢，所以试样的质量损失较小，符合梯度降解的要求。其中三层结构材料质量损失更大，降解更彻底。

由表2和表3可知，三种不同复合结构植被修复材料初期强力损失较小，24 d后强力迅速降低。因为棉/麻/PP试样始终处在弱酸性湿润土壤包覆中，随着降解时间延长，棉、麻纤维吸湿水解，纤维表面被刻蚀，加之土壤中微生物等因素的影响，棉、麻纤维降解断裂，试样强力下降。

2.2 降解前后试样的微观状态

由图1可见，植被修复材料在土埋96 d后，棉纤维基本完成降解，电镜下已经找不到具有天然卷曲的扁平带状棉纤维；PP纤维表面只有少量凹槽刻蚀，降解不明显；麻纤维表面出现了明显的结构松散及裂痕凹槽，即表现出部分降解。三层结构针刺植被修复材料中PP处于黄麻纤维下方，避免了材料使用初期日光对PP纤维的直射，在植被形成过程中表面麻纤维降解后PP纤维再降解，符合梯度降解设计要求。棉纤维处于底层既有利于与基面贴合，也有利于植被生长初期的营养物质补充。针刺作用使纤维之间互相缠结穿透，形成具有稳定结构及性能的制品，针刺结构留下的特殊空隙结构还有利于雨水渗透。

图1 三层结构不同纤维层降解的SEM照片

2.3 材料的植被修复性能

植被修复试验的前22 d的平均气温为11 ℃，平均湿度为51%，试验箱置于室内的阳面平台上。各试验箱中种子发芽及生长情况如表4及图2所示。

表4 试验箱中植被发芽情况

图2 植被生长情况

结果表明，1、2、3号试验箱覆盖了植被修复材料，植被发芽时间分别为第16、18和17天，而未覆盖植被修复材料的4号箱中植被发芽时间为第22天，植被发芽时间明显滞后。这是由于试验期间气温偏低，覆盖植被修复材料有利于试验箱保温，从而有助于植被发芽。1、2、3号试验箱的植被生长平均高度均大于未覆盖植被修复材料的4号箱，即制品梯度降解过程向土壤提供了有机质补充，促进了植物生长。1、2、3号箱中植被生长情况也存在差异，说明材料结构对植被修复性能有一定影响，但三类材料均有利于植被修复。