聚乳酸纺黏非织造布的性能测试和分析*

孟 猛 严小庆 钱 程 蒋继红 沈 杰

(1.嘉兴学院材料与纺织工程学院，嘉兴，314001;2.杭州可靠护理用品股份有限公司，杭州，311300)

聚乳酸(PLA)是一种环保型生物质材料，它以玉米淀粉为原料，经过发酵、缩合和聚合等一系列反应制成［1-2］。PLA制品的废弃物在土壤或海水中经微生物作用可降解为二氧化碳和水，经植物光合作用可再次生成淀粉，达到完全循环再利用的目的，是一种可完全生物降解的材料［3］。

PLA纤维可以采用溶液和熔融两种纺丝方法加工，由于熔融纺丝法流程短、无溶剂污染问题，因而目前商业化的PLA纤维均为熔融纺丝方法所获得［4］。PLA纺黏非织造布是将PLA切片首先经过干燥工序，然后经过熔融挤压、冷却、牵伸、分丝成网和热轧加固过程而制成的PLA长丝纤维网。由于PLA的熔点为160～170℃，其组成单元L-乳酸在高温熔融状态下极易分解，因而除纺丝前的干燥脱水外，还需要对纺丝温度进行严格控制［5-6］。国内外对PLA纺黏非织造布的制备进行了较多的研究［7-9］，但对其应用性能的研究未见报道。本文将PLA与普通聚丙烯(PP)和聚酯(PET)纺黏非织造布的性能进行了测试和对比分析，以期为PLA非织造布的加工和应用提供指导。为了使测试结果更准确，选用了布面均匀度较好的60和90 g/m2两种PLA纺黏非织造布作为测试样品。

1 试验部分

1.1 试验材料

PLA纺黏非织造布：60和90 g/m2两种;PET纺黏非织造布：60和90 g/m2两种;PP纺黏非织造布：60 g/m2(100%新料)、90 g/m2(100%新料)、62 g/m2(65%新料)和90 g/m2(65%新料)四种。

1.2 仪器设备和试验方法

采用YG(B)141N型数字式织物厚度仪测试厚度;断裂强力采用YG(B)026H型电子织物强力机，按照标准GB/T3923.1—1997进行测试;透气性采用YG461E型织物透气性试验仪，按照标准GB/T5453—1997测试;透湿性采用Lck-131型透湿量测定仪，按照标准GB/T12704.2—2009测试;表面接触角采用JC2000C1型接触角测量仪，按照标准ASTM D724进行测试;耐热性采用YG605型熨烫/升华色牢度仪进行测试，将样品裁剪成尺寸为10 cm×5 cm的规格，放入仪器的两夹板中加热，两个夹板温度可以独立控制，30 s后取出样品，观察并测量尺寸;采用MP511型pH计按照标准GB/T7573—2009测试pH值。

2 结果与讨论

2.1 强伸性能

PLA、PET和PP纺黏非织造布的力学性能测试结果见表1。

表1 PLA、PET和PP纺黏非织造布的强伸性能

由表1可知，对于60和90 g/㎡两种不同的面密度，四种纺黏非织造布的断裂强力从大到小排列的顺序为：PET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料)。由于强力是表示非织造布坚牢耐用程度的重要指标，表明 PLA相对于 PET和 PP(100%新料)纺黏非织造布来说，其承受外界机械力作用的能力相对弱一些，但要好于添加回料的PP纺黏非织造布。表1还显示，无论是100%新料还是添加了部分回料的PP纺黏布，都具有较高的断裂伸长率，而PLA和PET纺黏布的断裂伸长率相对较低。由于断裂伸长率反映了非织造布的柔韧性，在合理范围内其值越大，所制成的非织造布的手感越柔韧，说明PP纺黏布具有较好的柔韧性。另外，断裂功也是衡量非织造布韧性的指标，断裂功大的非织造布承受冲击破坏的能力强。表1中显示出四种纺黏非织造布的断裂功从大到小排列的顺序为：PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET＞PLA，表明PLA纺黏非织造布承受冲击破坏的能力要差一些。

2.2 透气和透湿性能

表2为PLA、PET和PP纺黏非织造布的透气和透湿性能测试结果。

表2 PLA、PET和PP纺黏非织造布的透气和透湿性能

由表2可知，四种纺黏非织造布的透气性从大到小的排列顺序为：PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PLA＞PET。透气性表示单位时间内通过单位面积的空气量，其大小取决于非织造布中纤网孔隙的大小和多少，这取决于纤维性状、生产方法、厚度等因素［10］。相同面密度条件下，布的厚度越小，集合体中纤维间的孔隙越少，密度越大，产生的气阻大，从而透气性差。PLA纺黏非织造布的透气性介于PET和PP之间，这与表2中的厚度数据相吻合。

由表2可知，四种纺黏非织造布的透湿性从大到小的排列顺序为：PLA＞PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET。透湿是指在一定的相对湿度梯度下，湿气通过纤维间孔隙转移到非织造布的外层并蒸发、散逸的过程，透湿性主要与纤维自身的吸湿和导湿能力、非织造布结构、后整理加工等因素有关［11］。由于四种材料均为纺黏长丝的热轧结构，没有经过任何后整理加工，且PLA、PET和PP均属于不吸水类纤维，验证了PLA纤维具有非常好的导湿性［12］，表明PLA纺黏非织造布具有极好的导湿性。

2.3 表面接触角、热稳定性、pH值和硬挺性

对面密度为60 g/m2的PLA、PET和PP纺黏非织造布的表面接触角、热稳定性、pH值和硬挺性分别进行测试，结果见表3。

2.3.1 表面接触角

从表3可以看出，四种纺黏非织造布的表面接触角均大于90°。表面接触角是表征水对非织造布的相对浸润性能指标，当接触角θ=0°时，液体完全浸润到布的表面;当接触角0°＜θ＜90°时，液体可浸润到布的表面;当接触角90°＜θ＜180°时，液体不可浸润到布的表面。测试表明，PLA、PET和PP纺黏非织造布具有疏水效应，其中PLA纺黏非织造布的接触角为96.8°，数值最小，疏水效应最差。

表3 四种纺黏非织造布的表面接触角、热稳定性、pH值和硬挺性能

2.3.2 热稳定性

由表3可知，初始产生热变形的温度和完全熔融时的温度从大到小的顺序均为：PET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料)。其中PLA纺黏非织造布的初始变形温度为135℃，完全产生熔融时的温度为163℃，与PP纺黏非织造布的热变形温度最为接近，表明作为一种新型材料，PLA非织造布可以参照PP非织造布的热加工温度进行操作。

2.3.3 pH 值和硬挺性

从表3中的pH值测试结果来看，PET和PP纺黏非织造布的pH值均为7左右，呈中性;而PLA纺黏非织造布的pH值为6.086，呈弱酸性，可能的原因为PLA是由乳酸缩聚并经过纺丝而制成的，纤维表面偶有残留的PLA小分子，导致了布面成弱酸性。此外，表3中的挺度测试结果表明，PLA纺黏非织造布的硬挺性与PET相似，但小于PP纺黏非织造布。

3 结语

(1)PLA纺黏非织造布的断裂强力较低，四种纺黏非织造布的强力从大到小排列的顺序为：PET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料);断裂功从大到小排列的顺序为：PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET＞PLA。PLA纺黏非织造布的断裂伸长率相对较低，表明PLA纺黏非织造布承受冲击破坏的能力要差一些。

(2)四种纺黏非织造布的透气性从大到小排列的顺序为：PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PLA＞PET，PLA纺黏非织造布的透气性介于PET和PP纺黏非织造布之间。

(3)四种纺黏非织造布的透湿性从大到小排列的顺序为：PLA＞PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET，PLA纺黏非织造布具有很好的透湿性。

(4)四种纺黏非织造布均具有疏水效应，其中PLA纺黏非织造布的疏水效应最差。

(5)PLA纺黏非织造布的pH值为6.086，呈弱酸性。

(6)PLA纺黏非织造布的耐热稳定性与PP纺黏非织造布相近。

［1］耿琴玉，胡学梅.聚乳酸纤维的性能特征及其产品开发［J］.棉纺织技术，2004，32(4)：62-64.

［2］任元林，焦晓宁，程博闻，等.聚乳酸纤维及其非织造布的生产和应用［J］.产业用纺织品，2005，23(4)：9-12.

［3］钱程.聚乳酸生物质纤维的研发、产业化及发展建议［J］.产业用纺织品，2013，31(6)：1-4.

［4］任杰，董博.聚乳酸纤维制备的研究进展［J］.材料导报，2006，20(2)：82-85.

［5］薛敏敏，倪福夏.聚乳酸纤维及其应用［J］.合成纤维，2006，35(9)：46-49.

［6］魏淳，李光.聚乳酸纤维的发展过程及现状［J］.产业用纺织品，2005，23(7)：8-12.

［7］邹荣华.聚乳酸纺黏法非织造布设备及工艺技术研究［J］.纺织导报，2011(10)：132-134，136-137.

［8］章倩.Nature Works：纺黏用聚乳酸 PLA［J］.国际纺织导报，2011，39(3)：4.

［9］常杰，刘亚，程博闻，等.聚乳酸纺黏非织造布的研究进展［J］.天津工业大学学报，2013，32(4)：37-42.

［10］沈至珍.纤维素纤维织物透湿透气性能比较研究［J］.四川丝绸，2008(4)：12-13.

［11］刘亚，焦晓宁，张毅，等.水刺非织造布透湿性能的研究［J］.产业用纺织品，2004，22(10)：23-28.

［12］孔令芝.商业化生产的几种INGEOTM聚乳酸纤维［J］.产业用纺织品，2009，27(1)：26-28.