可冲散性湿巾基材生产工艺技术研究

高居义 吴海波

(东华大学纺织学院，上海，201620)

可冲散性湿巾基材生产工艺技术研究

高居义 吴海波

(东华大学纺织学院，上海，201620)

粘胶纤维与木浆纸复合水刺非织造材料用作可冲散性湿巾基材，研究水刺纤维原料及其各组分含量、成网方式以及水刺材料面密度对材料性能的影响。对比分析复合水刺材料的的干湿强度、吸水性、可冲散性。结果表明，水刺材料纤维面密度为30～60 g/m2、木浆纸质量分数65% ～75%、机械梳理成网、扁平截面粘胶纤维与木浆纸复合水刺材料适合用作可冲散性湿巾基材。

扁平截面粘胶纤维;木浆;机械梳理成网;可冲散性湿巾

湿巾类产品使现代生活发生了变革，给人类生活带来极大方便，这类制品通常比较便宜，卫生且便捷。然而，对这些制品 (特别是厕用湿巾类)的用后处置日益成为问题，填埋和焚烧则加重了城市负担。研究一种可冲散且可降解、对环境友好的湿巾材料即可冲散性产品湿巾显得十分迫切。可冲散性/型厕用湿巾的定义是：指在产品的预期使用条件下，能够保持抽水马桶和排水管道系统的畅通;与现有的污水输送、处理、再利用和处置等系统相容;在合理的时间内，废弃物变得不可识别，并且对环境友好［1］。可冲散性产品要求纤维原料可降解，故可选用纤维素纤维作为主要原料。木浆纤维在水环境下其纤维间的氢键打开，缠结结构破坏;粘胶纤维的湿强度比干强度小很多，为研究可冲散性材料提供了便利。

本研究主要探讨水刺纤维原料及其各组分含量、成网方式及水刺材料总体纤维面密度对水刺材料性能的影响。根据相关标准测试材料干湿强度、吸水性能和冲散性能，选择出可行的工艺。为保证产品质量，以湿巾国家标准GB/T20808—2006作为参考，偏差要求±10%，含液量1.5～5.0倍，横向湿抗张强度≥0.03 kN/m。

1 实验

1.1 实验材料

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

(2)扁平截面粘胶纤维：规格2.4 dtex×38 mm;德国Kelhein公司生产。

(3)木浆纸：规格180 mm×110 mm，单层定量15 g/m2和18 g/m2，江苏苏州金红叶公司生产。

1.2 实验设备

XQ-1型纤维强伸度仪，JSM25600LV型扫描电子显微镜，YG028-500型织物强力仪，T6610型Fleissner水刺系统，JB50-G磁力搅拌器，FA2004电子天平，秒表等。

1.3 实验方法

1.3.1 粘胶纤维与木浆纸复合水刺工艺流程 (见图1)条状。

图1 粘胶纤维与木浆纸复合水刺工艺流程图

5级——100 s内布样完全分散成块状。

2 结果与讨论

2.1 原料选择

采用XQ-1纤维强伸度仪测试两种粘胶纤维的拉伸性能如表1所示。采用扫描电子显微镜观察纤维纵截面，如图2所示。

1.3.2 水刺材料性能测试

1.3.2.1 干湿强度测试：按照GB/T24328.4—2009卫生纸及其制品，第4部分抗张强度的规定进行测定。

1.3.2.2 吸水率：按照FZ/T64012.2—2001的规定进行测定。

1.3.2.3 可冲散性：按照JISP8135—1998中提到水解性的无纺布检测步骤［2］进行测定，具体如下：

(1)裁取100 mm×100 mm的试样，投入装有300 mL去离子水的烧杯中，利用磁力搅拌仪进行搅拌，转子转速为600 r/min，定时用目视法观察非织造布的分散状态，据此测定该非织造布达到分散时所需要的时间。

(2)若达到分散的时间在150 s以下，则视为水可分散。优选值为100 s以下。

为方便结果评价，根据分散时间与搅拌后布面的完整性分级为0、1、2、3、4、5共6个级别。

0级——150 s后未分散，布面完整。

1级——100 s后未分散，150 s后布面边部发生分散，但整体布面完整。

2级——100 s后开始分散，150 s后少部分分散，布面少量孔洞。

3级——100 s后开始分散，150 s后大部分分散，布面大量孔洞。

4级——100 s后部分分散，150 s后布样分散成

图2 3种纤维纵截面SEM照片

表1 粘胶纤维的拉伸性能

从表1可知，两种粘胶纤维的断裂强力与断裂伸长率相差不大，扁平截面粘胶纤维线密度较大，故扁平截面粘胶纤维的断裂强度要小于圆形截面粘胶纤维。从图2的SEM照片中可以看出，扁平截面粘胶纤维具有类似矩形的扁平横截面，弯曲刚度比较低［3］。

两种粘胶纤维经成网得到面密度为24 g/m2的纤维网，复合两层定量为18 g/m2的木浆纸，加固得到水刺材料，材料纤维面密度为60 g/m2，水刺材料各项性能及可冲散性能如图3和图4所示。其中A1为纯圆形截面粘胶纤维水刺材料，A2为纯扁平截面粘胶纤维水刺材料，A3为木浆纸 (未经水刺)，A4为圆形截面粘胶纤维质量分数40%与木浆纸质量分数60%的复合水刺材料，A5为扁平截面粘胶纤维质量分数40%与木浆纸质量分数60%的复合水刺材料。

A1、A2为单一纤维机械梳理水刺材料，扁平截面粘胶纤维水刺得到的非织造布的纵横强力较大。纤维性质对成品的性质有很大的决定性因素，扁平截面粘胶纤维初始模量较高，且扁平结构的纤维弯曲刚度小，在相同的水刺工艺条件下，纤维缠结效果好，外部表征为产品强度大。A3为木浆纤维未经水刺材料，由于木浆纤维是依靠纤维之间的氢键结合，充分与水接触时，氢键水解，纤维之间的连接被打断，外部表征为产品水解，这也是卫生纸能够可冲散的机理。

因此设想以粘胶纤维为骨架，添加木浆纤维水刺复合，降低水刺材料的强度，满足可冲散产品的低强度要求。A4、A5为添加40%的木浆纤维水刺材料，与A1相比，A4横向湿抗张强度增加，从图5可以看出，木浆纤维较多的穿透纤维网并与圆形截面粘胶纤维缠结。当碎解时，木浆纤维之间的连接被打开，但会与粘胶纤维充分的缠结，形成包缠结构。A5与A2比较横向湿抗张强度有明显降低，从图6的照片中看出，只有少部分木浆纤维穿透了粘胶纤维网。当木浆纸碎解时，木浆纤维不能够与扁平截面粘胶纤维形成缠结结构而流失，从而使产品的湿强度降低。

单一的粘胶纤维所制得的非织造材料是很难被冲散的，添加一部分木浆纤维能够改善冲散性能。从图4中可以看出，木浆纤维的吸收性能比粘胶纤维差，但A1～A5的吸水率都在800%以上，能够满足湿巾的要求。故实验选择扁平截面粘胶纤维与木浆纤维作为主要原料。

图6 扁平截面粘胶纤维与木浆纸复合水刺材料的SEM照片

2.2 成网方式

机械梳理成网材料的纵横向强度差异较大;气流成网材料的纵横向强度差异较小。以扁平截面粘胶纤维采用不同成网方式得到面密度为24 g/m2的纤维网，复合两层定量为18 g/m2的木浆纸，加固得到水刺材料，水刺材料面密度为60 g/m2，水刺材料各项性能及可冲散性如图7和图8所示，其中B1为机械梳理扁平截面粘胶纤维水刺材料，B2为气流成网扁平截面粘胶纤维水刺材料，B3为机械梳理扁平截面粘胶纤维质量分数40%与木浆纸质量分数60%的复合水刺材料，B4为气流成网扁平截面粘胶纤维质量分数40%与木浆纸质量分数60%的复合水刺材料。

图7 不同成网方式的水刺材料性能对比

单一纤维气流成网水刺材料的横向湿抗张强度要大于机械梳理成网水刺材料。添加40%木浆纸所得到的水刺材料的横向湿强差异比较小，可冲散性能差异很小。考虑到生产实际中卷装的要求，纵向强度要求较大。随着木浆纸含量的增加，气流成网粘胶纤维与木浆纸复合水刺材料的纵向强度也会有很大降低，明显小于机械梳理得到的水刺材料，不利于生产的正常进行。故实验拟选用机械梳理粘胶纤维与木浆纸复合水刺工艺。成网方式对水刺材料的吸水性影响不大，材料吸水率相差不多。

图8 不同成网方式材料的吸水率

2.3 木浆纸质量分数及水刺材料面密度的选择

水刺材料木浆纸质量含量及面密度对水刺材料性能有很大影响。水刺材料面密度：C1～C4为60 g/m2，C5为80 g/m2，水刺材料各项性能测试结果如图9和图10所示，其中C1为100%扁平截面粘胶纤维 (木浆纸含量为0)的水刺材料，C2为木浆纸质量分数为50%的复合水刺材料，C3为木浆纸质量分数为60%的复合水刺材料，C4为木浆纸质量分数为75%的复合水刺材料 (面密度为60 g/m2)，C5—木浆纸质量分数为75%的复合水刺材料 (面密度为80 g/m2)。

从图9和图10可看出，随着木浆纸含量的增加，横向湿抗张强度逐渐减小，纵向湿抗张强度先提高后降低，当木浆纸质量分数在50%时，干强度达到最大［4］。木浆纤维与粘胶纤维相比，纤维之间的缠结点少，外部表征为材料纵横强度都比较低。若过高增加木浆纸含量会给生产带来困难，在水刺加固过程中纤网所能承受冲击能力有限，木浆纸质量分数过高的纤网会被水流冲散而无法得到完整材料。经实验验证，当木浆纸含量为80%时，无法成形，故推荐的木浆纸质量分数为65%～75%。

水刺材料C5面密度为80 g/m2，与木浆纸含量相同的面密度为60 g/m2的水刺材料C4相比较，纵向湿抗张强度与横向湿抗张强度都有提高，且分散级数明显降低。说明产品的面密度对冲散性有较大的影响，在设计产品时要考虑面密度的影响，推荐水刺材料纤维面密度为30～60 g/m2。

3 结论

3.1 扁平截面粘胶纤维具有类似矩形的扁平截面，纤维弯曲刚度小，缠结效果好，若达到相同的缠结系数，需要的水针能量少。扁平截面粘胶纤维与木浆纸复合水刺后得到的材料横向湿强度小，分散效果好。3.2 机械梳理成网与气流成网复合水刺材料理论上都能够满足可冲散产品的要求，考虑到企业生产的正常生产，梳理成网水刺材料能提供较高的纵向强度，故选用机械梳理作为可冲散产品的成网方式。

3.3 木浆纸质量分数与水刺材料总体纤维面密度对水刺材料的可冲散性有影响。过高的木浆纸质量分数不利于得到完整的产品，推荐的木浆纸质量分数为65%～75%;材料面密度越大，产品分散越困难，较优的水刺材料纤维面密度选择为30～60 g/m2。

3.4 可冲散性测试只是一种主观的方法，需要进一步的标准化与定量化。

［1］ Jones R B，Boylan J R，Hobar B R，et al．用即弃产品的可冲散性、可分散性和生物降解性的测定［J］．生活用纸，2007(11)：41．

［2］ 竹内直人，小西孝义．含有不同纤维长度再生纤维素纤维的水解性无纺布：中国，1267757A［P］．2000-09-27．

［3］ 陈雪娇，靳向煜．基于水可冲散性且生物可降解的湿态非织造布的成型与机理研究［J］．非织造布，2010(10)：12．

［4］ 张静峰，靳向煜，饶剑辉．浆粕及木浆纸水刺非织造布的结构与性能［J］．纺织学报，2005(3)：52.

Manufacture Technology of Flushable Material Used for Wet Wipes

GAO Ju-yi*WU Hai-bo
(Donghua University，Shanghai，201620)

Viscose fibers with flat cross section and circular section were respectively used together with wood pulp as raw material to manufacture spun-laced non-woven composite materials．The test results of wet strength，water absorption，flushable performance of the product indicated that viscose fibers with flat cross section and wood pulp can be used to make flushable nonwoven．The optimum content of wood pulp is 65% ～75%and the basis weight of the product is 30～60 g/m2．

flat viscose fiber;wood pulp;machinery carding;flushable

TS75

A

0254-508X(2012)02-0015-04

高居义先生，在读硕士研究生;研究方向为可冲散性湿巾材料。

(*E-mail：gaojuyi@mail．dhu．edu．cn)

2011-09-25(修改稿)

(责任编辑：常 青)