PP/木浆复合擦拭材料及性能研究

李伟岸，刘 诺，聂 渡，李素英

（1.江苏金三发卫生材料科技有限公司，江苏 南通 226114；2.南通大学，江苏 南通 226019）

近年来，市场对擦拭布消耗品的需求进一步增大，有待开发绿色、安全性能更加优异的新材料，而采用一种工艺生产的产品往往因功能单一或存在某些缺陷等而受到应用上的限制，为弥补不足，需要对产品进行复合加工[1]。天然纤维与合成纤维的结合赋予了非织造布产品多样化、木浆价低且吸湿性好、纺粘纵横向强力高的优势，水刺复合非织造布的研制方兴未艾[2-4]。本研究以光降解PP/木浆为原料，利用纺粘成网、湿法成网和水刺工艺，制备非织造复合擦拭材料，实现了工艺融合和优化，同时具有经济和环保意义。

1 实验

1.1 原料及设备

原料：PP光降解母粒，北木木浆浆粕（白色，84.0 cm×82.0 cm×0.1 cm）。

设备：试样制备采用江苏金三发湿法水刺及纺粘设备，试样性能测试分别采用YG（B）141D数字式织物厚度仪、BSA224S-CW电子分析天平、YG065C电子织物强力仪。

1.2 试样制备

PP/木浆配比为20∶80，湿纸页经湿法成网预水刺加固成形，与PP纺粘纤网经五道水刺复合制得不同规格的非织造复合材料，水刺压力分别为15、25、50、50、60 MPa，具体工艺如图1所示。

图1 PP/木浆复合材料工艺流程

2 性能测试及数据分析

2.1 试样外观形貌

非织造技术作为一种灵活高效的工艺技术，将木浆湿纸页和PP纺粘网水刺复合成形（图2～3）。从图2中的宏观外观形貌可以看出，材料均匀性好，外观平整；从图3（a）可以看出，将较短的木浆纤维在水针柔性力作用下均匀紧密地植入纺粘长丝的孔隙间，并且牢固地缠结在其周围，不易在外力作用下浮动，从而脱离纤网出现掉屑现象；从图3（b）可以看出，部分PP纤维在水刺力作用下，也发生了位置迁移，更提高了木浆纤维与PP纤维抱合的有效性。复合材料不仅拥有较强的容尘能力，又能保持纺粘长丝的高强度和湿法水刺材料的柔软光洁、高吸收性能，同时，整个工艺过程无需化学黏合剂，安全环保。

图2 PP/木浆复合材料宏观外观形貌

图3 PP/木浆复合材料SEM图

2.2 均匀性及结果分析

材料规格见表1，其中，面密度和干态厚度的关系如图4所示。

表1 材料规格

图4 PP/木浆复合材料

由表1可以得知，PP/木浆复合材料的实际面密度在41.30～66.20 g/m2，PP纺粘网面密度在8.26～13.24 g/m2，木浆湿纸页面密度在33.04～59.96 g/m2，干态厚度在0.24～0.34 mm。从图4可以明显看到，随着材料面密度的增大，干态厚度几乎呈线性增长。尽管在水刺复合过程中，水流会带走极少部分木浆，但总体上材料面密度均匀性及厚度均匀性良好。

2.3 力学性能及结果分析

PP/木浆复合材料强度由两部分组成：其一是PP纺粘长丝本身具有的高强度，在水刺柔性缠结下，纤维高度穿插具有各项良好的力学性能；其二是木浆粕在湿法及水刺力作用下形成的强力，湿纸页通过纤维素分子间结合的氢键作用加固，水刺后不仅自身缠结，而且牢牢地穿插在纺粘长丝间，使材料整体结合在一起，强度得到进一步提升。材料横向干态抗张强度在16.2～28.0 N/5 cm，纵向干态抗张强度在42.8～61.8 N/5 cm；横向湿态抗张强度在11.5～18.4 N/5 cm，纵向湿态抗张强度在31.1～43.8 N/5 cm（图5～6）。

图5 PP/木浆复合材料纵横向抗张强度对比

图6 PP/木浆复合材料干湿态抗张强度对比

由图5可知，材料纵横向抗张强度差距较大，横向抗张强度不及纵向抗张强度的1/2。这是因为材料强度主要来源于PP纺粘长丝，在铺网时沿纵向排列，尽管在后续的水刺缠结中改变了部分纤维方向，也有沿着各方向的木浆纤维，但大体上PP还是在纵向上受力。

由图6可知，PP/木浆复合材料在干湿态条件下的抗张强度有一定差距，干态强度较大，湿态强度较小。这是因为木浆湿纸页的干态强力是通过氢键作用加固的，经水刺复合后，纤维与纤维之间通过分子间的作用力和纠缠力紧密连接，材料干态强度大；在湿态下，氢键作用被水和纤维间的键合取代，纤维间的结合力减弱，材料湿态强度也随之减弱，但在晾干后，木浆纤维之间仍会以氢键的形式紧密结合，使材料具有较高的强力。

另外，材料抗张强度在低面密度下差异不大，随着面密度的增大略有减小，但在高面密度下随着面密度的增大而增大，尤其是在湿态下更为明显。当材料面密度较小时，厚度也较小，纤维更容易受到水刺压力作用，缠结稳定；材料面密度增大，厚度也有所增大，此时内部有部分纤维纠缠不充分，导致抗张强度有所下降；材料面密度继续增大，PP长丝和木浆纤维的含量也在增加，提高了材料的抗张强度。

2.4 吸液性能及结果分析

PP/木浆复合材料吸水倍率如图7所示。

图7 PP/木浆复合材料吸水倍率

由图7可知，PP/木浆复合材料的吸水倍率大于500%，具有较好的吸液能力，有利于擦拭。材料的吸液性能主要来源于木浆纤维，分子中含有大量亲水基团，随着面密度的增大，木浆纤维含量增加，材料的吸液量也随之增加，吸水倍率几乎保持不变。同时，由于木浆纤维吸水膨胀，在材料复合过程中受水针作用动能大、效率高、缠结稳定，并形成更多孔隙结构，增强了材料的吸液和擦拭性能。

3 结语

（1）木浆湿纸页、光降解PP纺粘网在水刺加固技术下高效复合，复合非织造材料既具有柔软、高吸收、防静电特性，又具备良好的抗张强度，无需化学粘合，成本低且绿色环保，可在擦拭材料等领域广泛应用。

（2）在水刺复合中，水流会带走极少部分木浆，但总体上材料面密度均匀性及厚度均匀性良好。

（3）复合材料纵向抗张强度大于横向抗张强度，干态抗张强度普遍大于湿态抗张强度，这分别与纺粘纤网沿纵向排列、木浆在干态下氢键作用增强有关。

（4）当面密度较小时，复合材料的抗张强度差异不大，随着面密度的增大略有减小，但其随着面密度的进一步增大而增大，尤其是在湿态下更为明显。

（5）木浆纤维独特的吸液能力赋予了复合材料较好的吸液性能。