棉短绒薄膜的浸渍施胶工艺研究*

裴要果 徐 红 叶 伟 贾珊珊 罗 军 李群华 胡文军 张艳杰

(1.新疆大学，乌鲁木齐，830046; 2.江南大学，无锡，214122)

棉短绒薄膜的浸渍施胶工艺研究*

裴要果1徐 红1叶 伟1贾珊珊1罗 军2李群华1胡文军1张艳杰2

(1.新疆大学，乌鲁木齐，830046; 2.江南大学，无锡，214122)

采用浸渍法对棉短绒纤网施胶，制备棉短绒农用薄膜。对三种施胶用的黏合剂进行了筛选，用正交试验法研究了浸渍施胶工艺参数(烘燥温度、胶液浓度和纤网面密度)对农用薄膜性能的影响。试验结果表明:棉短绒薄膜浸渍施胶的最佳黏合剂是聚乙烯醇(PVA)，最优工艺参数是烘燥温度100℃、胶液中PVA质量分数2%、纤网面密度35 g/m2，在此条件下可以制得性能指标符合使用要求的绿色环保型的棉短绒农用薄膜。

棉短绒农用薄膜，聚乙烯醇，浸渍法，工艺参数

塑料薄膜因具有提高农作物产量和可以让高寒地区提前育苗等作用，近20年来在农业中得到广泛的应用［1］，但同时其负面影响也日趋严重。例如:大量的废弃农膜无法降解，形成“白色污染”，严重破坏了农作物生长的土壤环境;塑料农膜含有Pb、Cd等稳定剂，长期使用不仅使土壤受到重金属的污染，影响农作物品质，而且可通过食物链危害到人体健康;塑料农膜的大量使用，也加剧了我国石油资源的紧缺状况。因此，发展绿色生态薄膜材料迫在眉睫。

新疆有丰富的棉花资源，棉纺厂生产中产生的落棉是一种可利用的资源。利用棉纺厂废弃的棉纤维制造农用地膜，在充分利用棉花资源、提高棉花产业链附加值的同时，还可有效地减少塑料地膜带来的污染。本文尝试采用多种黏合剂对棉短绒纤网进行浸渍施胶，对工艺参数进行优化，并对试样进行应用性能测试分析，以期为进一步开发绿色环保型农膜提供一定的参考。

1 试验条件

1.1 原料及药品

原料:棉纺厂的落棉。灰尘含量较多，长度不均，约在8 mm以下。

药品:液体石蜡，聚乙烯醇(PVA)粉末，改性骨胶(以环氧氯丙烷为交联剂，采用酸解、共聚交联法对骨胶进行化学改性的自制产物)，壳聚糖(脱乙酰胺率 ＞90.0%)，冰乙酸。

1.2 试样制备及工艺

1.2.1 纤网的制备

棉短绒经除杂、制浆、抄造、定型和 烘干等工序制成非织造纤网，其面密度分别为30、35和40 g/m2。

1.2.2 胶液的制备

(1)改性骨胶

改性骨胶的凝固点较低，在室温条件下呈液态，无需加热熔融可直接使用，加蒸馏水配制成不同浓度的胶液待用。

(2)PVA溶液

用电子天平取等量的PVA粉末，分别加入一定量的蒸馏水，按照不同浓度要求配制，将其放在水浴锅内加热至80℃左右，并不断搅拌直至完全溶解成透明溶液，待用。

(3)壳聚糖溶液

称取适量的壳聚糖粉末，加入到质量分数约为1%的冰乙酸溶液中，在90℃的温度下搅拌5 min至完全溶解，冷却备用。

1.2.3 试样制备

采用化学黏合成形法。将纤网浸渍在黏合剂胶液中，使黏合剂均匀地分布在纤网面上，通过在网中构成无数独立的黏合点，把纤维黏合在一起，让棉短绒薄膜达到一定的强度要求。纤网和黏合剂黏合的工艺流程是:将平整的纤网送入浸渍槽，上胶后的纤网经压辊挤压，将多余的胶液去除，再经烘干、整理制成非织造薄膜试样。为了提高制成薄膜的透明度，在浸渍施胶前可选用透明剂液体石蜡进行处理。

1.3 测试仪器及测试指标

1.3.1 强力

应用DC-KZ300C型电脑测控抗张试验机，按照《最新造纸工业测试方法与产品标准手册》中关于《纸和纸张抗张强度的测试方法》(GB/T 453—1989)测试不同条件下制得的样品的强力，每个样品进行10次平行试验。

1.3.2 透气性与透湿性

透气性通常以一定条件下样品的透气量来衡量，表示单位时间内透过试样单位面积的空气流量。采用 YG461E型数字式透气量仪，按照GB/T 5453—1997标准进行测试。

透湿性表示样品透过水蒸气的性能。应用YG601-Ⅱ电脑式织物透湿仪，按照 GB/T 12704.1—2009标准进行测试，每个样品进行10次平行试验。

1.3.3 厚度

采用J-HDY04纸厚度测定仪，测试不同样品的厚度。

2 三种黏合剂综合性能比较试验

分别用改性骨胶、壳聚糖和PVA配制成三种黏合剂胶液，对纤网进行浸渍施胶，并对其制得的试样进行性能测试。试验基本参数:纤网面密度35 g/m2，烘燥温度100℃，胶液中黏合剂质量分数2%。用三种不同黏合剂浸渍后的试样其性能测试结果见表1。

表1 用三种黏合剂浸渍后试样的性能测试结果

由表1可以看出:三种黏合剂中，用改性骨胶施胶的试样虽具有一定的透气性和透湿性，但干强和湿强均较低;用PVA施胶的试样在透气性和透湿性方面虽稍逊于用壳聚糖施胶的试样，但在干强、湿强和厚度方面的性能均优于后者;用壳聚糖施胶的试样成本是用PVA施胶的试样成本的近3倍，这在实际应用中大大增加了推广壳聚糖黏合剂的难度。综合考虑样品性能和农膜成本等因素，最终本试验确定PVA为理想的黏合剂，并对其黏合效果作进一步的研究和分析。

3 PVA施胶试验

3.1 试验方案

影响棉短绒农膜性能的主要因素是棉短绒薄膜的面密度、胶液的浓度和烘燥温度，通过预试验和参考有关资料，对三个因素的水平定量见表2。

表2 正交试验因素水平表

对经过施胶后的试样进行各项性能测试，且以透气性、透湿性、强力和试样厚度作为参考指标，正交试验结果见表3。

3.2 试验结果讨论

3.2.1 断裂强力

试样断裂强力的极差分析结果见表4。

由表4数据可知，胶液浓度对样品的干强和湿强影响最大。随着胶液浓度的增加，强力呈现先升高后降低的趋势;当胶液中PVA质量分数为2%时，干强和湿强最大。样品的强力主要靠纤维间的抱合和叠加作用实现。当胶液浸透了棉纤维之间的空隙后，纤网就成了膜体，纤维被牢牢黏合在一起。随着胶液浓度的增大，试样的断裂强力有明显的增加，但当胶液中PVA质量分数增大到3%时，断裂强力有所降低，手感变硬。这是因为当纤维表面的胶液量增加到一定程度时，纤维表面和纤维间隙中的胶液已处于饱和状态，再增加胶液浓度，胶液也很难再在纤维表面积累，此时的试样比较硬且脆，影响到断裂强力。

表3 以PVA为施胶液的正交试验结果

表4 断裂强力的极差分析

3.2.2 通透性能

试样通透性能的极差分析结果见表5。

表5 通透性能的极差分析

由表5数据可知，影响试样通透性的主要因素依次是烘燥温度、胶液浓度和纤网面密度。烘燥温度会直接影响胶膜的铺展，进而影响施胶效果。当烘燥温度为80℃时，试样表面有可见的孔隙及裸露的纤维，这表明在80℃的烘燥温度下胶液不能使试样中的纤维很好地黏合，其对试样的覆盖性较差;当烘燥温度达到120℃时，施胶膜铺展均匀，但是试样的颜色偏黄，手感变硬且脆，不适于实际应用;而当烘燥温度为100℃时，施胶液得到很好的浸透铺展，胶膜铺展均匀，覆盖较好，同时具有较好的通透性。

3.2.3 厚度

试样厚度的极差分析结果见表6。

表6 厚度的极差分析

由表6数据可知，三个因素对试样厚度的影响程度是纤网面密度＞胶液浓度＞烘燥温度，试样本身的面密度较大时，其厚度也相应变大。在保证试样各项性能的前提下，面密度以35 g/m2为最佳。

从试验结果还可得知:在纤网面密度一定的情况下，如果胶液浓度增加，薄膜厚度也有增大的趋势;烘燥温度直接影响胶膜的铺展，若温度过低，非织造纤网不易烘干，容易起毛且表面不平整，进而影响试样厚度的均匀性。

综上分析，较优的工艺组合为A2B2C2，即烘燥温度为100℃、胶液中PVA质量分数为2%，纤网面密度为35 g/m2。

4 结论

(1)在本研究所选用的改性骨胶、PVA和壳聚糖三种黏合剂中，对于制造农膜PVA是最为合适的黏合剂。

(2)用PVA胶液对纤网进行浸渍施胶，其最优工艺参数为:烘燥温度100℃，胶液中PVA质量分数2%，纤网面密度35 g/m2。在该条件下可以制得性能指标符合使用要求的绿色环保型的棉短绒农膜。

［1］吕江南，王朝云，易永健.日本农用地膜生产及应用现状考察报告［J］.中国麻业科学，2007，29(6):358-363.

［2］柯勤飞，靳向煜.非织造学［M］.上海:东华大学出版社，2004.

［3］盛伟，罗军.纸基棉短绒地膜的研制与表征［J］.产业用纺织品，2009，27(3):9-12.

［4］黄晨，韩晓建，方丽娜.浸渍粘合法制备棉丝非织造地膜及其表征［J］.纺织学报，2007，28(12):1-2.

［5］邱辉，李仲谨，朱雷，等.改性骨胶胶黏剂的制备与表征［J］.科研报告，2009，18(11):1-3.

Study on impregnation and sizing process to cotton linter film

Pei Yaoguo1，Xu Hong1，Ye Wei1，Jia Shanshan1，Luo Jun2，Li Qunhua1，Hu Wenjun1，Zhang Yanjie2
(1.Xinjiang University; 2.Jiangnan University)

Cotton linter film web was sized by impregnation treatment and prepared cotton linter film for agriculture.Three kinds of adhesives were selected and by orthogonal experiment influence of impregnation process parameters such as dry temperature and latex concentration as well as web area density on property of agriculture film were studied.The results indicated that the optimum adhesive used as impregnation latex was PVA，and the optimum process parameters were dry temperature of 100℃，PVA mass fraction of 2%in latex and web area density of 35 g/m2.Under the above process conditions environmental friendly cotton linter agriculture film with acceptable performance could be prepared.

cotton linter film for agriculture，PVA，impregnation，technique parameter

TS174.4

A

1004－7093(2012)07－0025－04

*新疆维吾尔自治区教育厅项目(XJEDU2008I36);新疆大学校院联合资助项目(07020423)

2011－09－26;修改稿:2012－02－20

裴要果，女，1987年生，在读硕士研究生。主要研究方向是新型纺织材料。