优异的非织造材料

文/江南大学非织造技术中心、江南大学生态纺织教育部重点实验室 邓炳耀 邢剑

优异的非织造材料

文/江南大学非织造技术中心、江南大学生态纺织教育部重点实验室 邓炳耀 邢剑

生物基纤维的生态环保性，决定了其在非织造材料应用中的地位

“目前，我国纤维新材料产业的创新发展主要体现在功能性纤维材料开发与品质提升、生物基化学纤维的产业化、高性能纤维的产业化和产品系列化发展等方面。”在中国化纤科技大会上，中国纺织工业联合会副会长、中国化学纤维工业协会会长端小平，对我国纤维产业的发展方向进行分析，他指出产业化与产品系列化已成为我国纤维产业发展的目标。如今，绿色环保的发展理念早已广为熟知，大力发展生物基材料是走可持续发展的有效途径，而实现生物基材料的国产化、产品多样化更是国之夙愿。

国内外争相发展的新材料

非织造材料是介于传统纺织品、塑料、皮革和纸四大柔性材料之间的材料，具有结构、外观、性能的多样性。根据不同用途可对其结构、外观、性能选择相应的原料和加工方式。生物基纤维的生态环保性，决定了其在非织造材料应用中的地位。

目前，除了生物基原生纤维外，生物基再生纤维（再生纤维素纤维、再生蛋白纤维、海洋生物基纤维）和生物基合成纤维，在服装用非织造材料、农业用非织造材料、国防用非织造材料、医用卫生非织造材料、生物工程材料和保健纺织品等领域都具有广阔的应用前景。

生物基原生纤维应用

棉、麻、丝、毛是最常见的生物基原生纤维的原料，其取材广泛，并且原料来源环保，是最受消费者青睐的纤维种类。以生物基原生纤维为基料，通过水刺、针刺、粘合等非织造加工工艺，可生产满足日常用途和农业用途的非织造材料。如日本Asahi公司利用棉绒纤维开发生产的纤维素长丝纺粘非织造布，具有优异的吸液性和生物降解性，在农业用领域，可做无土栽培基质。

生物基原生纤维不仅可以通过单纺加工满足非织造材料上的应用，而且还可将两种或两种以上的生物基原生纤维进行混纺，其性能会更好，应用效果更佳。如将亚麻和蚕丝纤维的纺织下脚料利用湿法成网并添加适当的粘合剂，制备的麻/丝非织造布农用地膜，该地膜具有很好的保湿和保温作用，并且降解后可以提高土壤含氮量。

生物基再生纤维应用

（1）再生纤维素纤维

粘胶纤维、秸秆纤维、椰壳等是再生纤维素纤维在非织造材料中使用较多的纤维种类，来源丰富，并具有良好的生物可降解性。使用再生纤维素纤维制备的非织造材料，废弃后的处理简便易行，符合我国绿色环保的政策要求。再生纤维素纤维主要可通过针刺、水刺和热粘合的非织造工艺制备非织造材料，其产品主要应用于卫生护理材料、过滤材料、农业用等领域。

粘胶纤维是再生纤维素纤维最常用的一类纤维，该纤维具有良好的吸湿性、柔软性、生物安全性等性能。既可以单独成网用于非织造材料生产，也可以与其他纤维混合制备非织造材料。其中，粘胶纤维通过水刺工艺生产的非织造材料具有优良的悬垂性、极柔软的手感、良好的蓬松透气性、强力高、吸湿性好和不易起毛等特点。

在过滤材料领域。利用针刺工艺可以将粘胶纤维制备成过滤材料。粘胶纤维和麻纤维及PA6纳米纤维混合后针刺制备的多层非织造材料具有良好的吸油过滤性能，可应用于过滤领域。

在医用卫生领域。再生纤维素纤维与蚕丝纤维混合后，再利用水刺工艺加固，可制备用作卫生包覆材料的非织造材料；和聚酯纤维混合制备的水刺非织造材料经拒水处理后，可制成手术罩布；和壳聚糖纤维混合，通过针刺工艺制备的非织造材料具有优异的抗菌性能，可用于医用伤口敷料材料。

在农业用领域。粘胶纤维和稻草秸秆纤维经预混开松后，利用气流成网并经针刺加固制备出的非织造材料可用作无土栽培基质，其具有良好的吸水性并含有大量的微孔，保水保肥效果优异，满足农作物对空气、水的需要，同时两种纤维均生物可降解，对生态环境无影响。

目前，国外一些企业在农业用无土栽培基质的应用方面比较成熟，如英国Fisons plc公司利用木质材料和肥料通过非织造工艺，生产的非织造材料被用作种子基质和生长基质材料。

再生纤维素纤维还可与蛋白纤维混纺，提高纤维的性能。通过将稻秸秆纤维与废蚕丝利用湿法成网，添加适当的粘合剂，制备的非织造材料可用作地膜，该地膜不仅可在自然状态下发生降解，同时可以改善土壤特性，提高土壤含氮量。

除了以上提到的再生纤维素纤维以外，作为一种新型环保型再生纤维纤维，Lyocell纤维在其生产过程中实现“零”污染，并且该纤维具有良好的生物可降解性、吸湿透气性、柔软性和穿着舒适性。通过将Lyocell纤维进行水刺、针刺和熔喷等非织造工艺制备的非织造材料，可用作生产过滤材料、面膜基材、生物组织工程材料等。

Lyocell纤维还可与壳聚糖纤维混合，并利用水刺工艺制备得到的非织造材料可用作美容面膜基材（CN 103161028A）。原纤化Lyocell纤维制成的纤网与化纤短纤制成的纤网进行复合，通过热粘合工艺制备的非织造材料可应用于过滤领域（JP 2014073432-A）。

（2）再生蛋白纤维

从天然牛乳或植物（花生、玉米、大豆等）中提炼出蛋白质溶液，通过与高聚物物理共混或化学接枝而纺丝制备得到再生蛋白纤维，其纤维具有良好的物理机械性能、耐酸碱性、柔软性和穿着舒适性。

以此纤维为基料，通过针刺、水刺等非织造工艺可制备非织造材料，同时其制备的非织造产品也具有良好的亲肤舒适性和人体相容性，在卫生护理材料和生物工程材料领域应用较为广泛。

胶原蛋白纤维是从废弃皮屑中提取胶原蛋白，并经纺丝制备得到亲肤性环保再生蛋白纤维。通过针刺工艺制备的非织造材料，在组成和纤维排列上与人体软骨组织高度相似，多用于制备医用软骨组织。此外，胶原蛋白纤维利用静电纺丝法还可制备胶原纳米纤维，可用于制备生物支架材料。

（3）海洋生物基纤维

海洋生物基纤维的原料来源于海洋中动植物(虾、蟹的外壳，藻类等)纤维，该类纤维具有良好的物理机械性能、生物相容性、生物可降解性、抑菌性和吸湿透气性等，除了在高档面料领域应用广泛，在生物工程材料领域也得到了高度的关注。

通过针刺、水刺等非织造工艺制备的海洋生物基非织造材料，其产品可应用于生物医用材料（医用敷料、药物缓释基材、口罩等）、个人卫生材料(面膜、纸尿裤等)和生物组织工程材料(人造皮肤、软骨组织、神经组织等)等领域。

上图：卫生护理材料。

下图：甲壳素水刺无纺布。

基于人体伤口的湿性愈合机理，以海藻纤维为原料，通过针刺工艺制备的非织造材料，具有高吸湿性、易去除性、高透氧性、凝胶阻塞性，可被用作医用敷料使用（CN 103074777A），起到高效止血、保护创面和促进愈合的作用。该工艺制备的非织造材料还具有抑菌、吸湿透湿、舒适健康的保健作用，在口罩领域也得到广泛应用(CN 203226301 U)。海藻纤维也可通过静电纺的方法制备组织工程复合支架，并且在生物环境下保持良好的稳定性。

壳聚糖纤维主要是以虾、蟹、贝等壳类水生动物的外壳中提取甲壳素为原料制备得到的海洋生物基纤维。利用针刺工艺制备的壳聚糖非织造材料具有高吸湿性和高湿强度，同时还具有止血抗菌和促进愈合的作用，被广泛作为医用敷料使用(CN 202069768 U)。

通过水刺工艺制备的壳聚糖非织造材料具备良好的弹性、抗张力性、透湿性、抑菌和生物活性，可被作为人造皮肤在生物组织工程领域使用。同时还具有保湿、供氧、活化细胞的功能，被用作湿巾、美容面膜、化妆用布等。

通过湿法成网工艺制备而得的壳聚糖纤维非织造材料，具有优良的力学性能、吸附性和导电性，多被应用于生物医用、过滤和防护服等领域，同时也可用作废水废油的过滤材料。

通过将壳聚糖纤维和生物活性玻璃纤维混纺，可制备出三维有序多孔支架，并具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性，同时机械强度较高，力学性能良好，被用作骨修复部位的受力支撑部件。

在纤维的生产制备过程中加入功能性添加剂，可使纤维具有保健的功能，如远红外和负离子功能、抗菌防臭功能、防辐射功能等。意大利的Zegna Baruffa Lane Borgosesia纺丝公司开发的一种名为Thalassa的长丝，制备的纺织面料和服装，在保持和提高人体表面温度、抗过敏、减轻疲劳及改善失眠和抗紫外线方面，具有显著的功效。

生物基合成纤维应用

生物基合成纤维是指原料来源于生物质的化学纤维，其种类较多，具有较好的生物可降解性。生物基合成纤维一般可通过干法、纺粘法和熔喷法等工艺成网，然后再通过针刺、热粘合的工艺加固制备非织造材料，其在生物医疗、过滤材料、包装材料和农业用材料中应用广泛。

聚乳酸（PLA）纤维是以玉米、小麦、甜菜等含淀粉的农产品为原料，经发酵生成乳酸后，再经缩聚和熔融纺丝制成的生物基合成纤维。该纤维具有良好的生物可降解性、力学性能、热稳定性和耐候性，在服装、家用纺织品、生物医疗、农业园林（生物堆肥覆盖材料，防虫、防兽害盖布）、包装和过滤等领域得到广泛应用。

利用熔喷法制备的PLA非织造材料，通过抗菌整理后可被用作医疗卫生用品和过滤材料（如手术衣、手术覆盖布、口罩等）。PLA纤维和麻纤维混合并经过气流成网和热轧工艺制备的非织造材料可用作过滤材料。

利用静电纺制备的PLA纳米纤维分别直接复合在水刺非织造材料和熔喷非织造材料上，制成PLA纳米纤维非织造复合材料，其过滤性能将大幅度提高。聚己酸内酯（PCL）和聚乳酸（PLA）利用纺粘法制备的纺粘非织造材料能制成洗涤服、失禁垫和绷带。

节能降耗是生物基材料的发展趋势

生物基纤维具有优良的性能，尽管已经在多个领域得到了广泛的应用，但是在非织造材料领域的应用仍存在许多问题，如产品用途单一，应用范围窄，生物基纤维生产过程不完全绿色环保，其加工涉及领域较广，纤维生产难度大，非织造材料制备工艺单一受限等。

未来应着重通过实现技术升级，提高产品开发效率，建立科学的研究体系，使多重技术融合，发挥产业链整体优势，从而开发出一系列的差别化、功能化产品，实现产品的舒适性、功能性以及生态性。

此外，要充分发挥生物基材料可再生、可降解利用的优势，节能降耗是未来生物基纤维非织造材料的发展趋势。如以玉米淀粉、大豆油脂等农产品为主要原料来源，向非食物性木基纤维素等植物残体和农林废弃有机物基为主要原料来源的方向发展，以减少对农田的压力和降低原料成本。