非织造布复合植生材料的研究与应用分析

王中珍，周 镭，丁 帅，杨 琳

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

非织造布复合植生材料的研究与应用分析

王中珍1，2，周 镭1，2，丁 帅1，2，杨 琳1，2

(1.山东省纺织科学研究院, 山东 青岛 266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室, 山东 青岛 266032)

文章介绍了非织造布复合植生材料的研究及应用方式，通过测试分析，证明该非织造布复合植生材料的性能及结构适合植物栽培的需要，可用于城市园林绿化、边坡绿化和水土保持，满足现代农业生态环保的要求。

非织造布；复合；植生；材料

1 前言

随着人们在现代农业生产中对环境保护和资源节约的重视及纺织技术的不断进步，农用纺织品将会向着绿色化、高性能化的方向发展。在国外农业生产过程中，使用农业先进设施已非常普遍。优质农用纺织品在生产中的辅助作用越来越大。但我国目前的农业用纺织品现状不容乐观。农业用纺织品一直以来应用在防渗土工布、遮阳网及种植大棚的保温材料等领域，属于农用设施的改善范畴，无论是应用范围还是应用数量都很有限。国内在农业上应用的纺织品相对较少，生产企业也不多见。我国是农业大国，而我国农业用地逐年减少，因此农用非织造布的开发、应用机遇巨大。可降解型非织造布的开发利用关系到人类在地球上是否能安全、舒适地生存。

农用非织造布是一类产业用纺织品，是在研究解决农用传统材料功能性缺陷及其所致的环境污染等问题的基础上发展起来的新型农用改良材料。非织造材料具有形状保持性好，透气，吸水、保水性好，不易沾染影响植物生长的细菌、病毒等优点。全球农业用非织造布的生产总值2005年为0.75亿美元，2010年达到1.06亿美元，而2015年将达到1.58亿美元，年平均增长率7.8%。在经济较发达国家农用非织造布用量已达全部产品用量的10%～15%。而我国农用纺织品的潜在市场高达50亿m2，但目前用量仅占目标市场的1%～2%。从长远来看，随着经济的逐步发展，农用非织造布将有很好的发展前景。因此，开发环保化、生态化的农用非织造布植生材料是当务之急。我们选取可生物降解纤维，进行立体夹层复合植生材料的研究开发。开发由三层非织造布材料组成的复合植生材料。每层各开发两种产品。

2 产品规格

2.1 1#产品

该产品由麻、粘胶混合针刺非织造布与椰壳纤维、麻网布复合而成。单位面积质量约480g/m2，厚度：6.5 mm，幅宽：1100 mm。

2.2 2#产品

该产品为黄麻、麻网布复合针刺非织造布，单位面积质量约960 g/m2，厚度6.5 mm，幅宽1600 mm。

2.3 3#产品

该产品为椰壳纤维格室，由椰壳纤维针刺非织造布经超声波高频振荡焊接制成。

2.3.1 坯布规格

单位面积质量：约610g/m2，厚度：7 mm，幅宽：2 200 mm。

2.3.2 格室规格

高度：100 mm或150 mm，连接间距 400 mm。

2.4 4#产品

该产品为粘胶纤维针刺非织造布，单位面积质量为65g/m2；厚度：1 mm；幅宽：2 600 mm。

2.5 5#产品

该产品为黄麻非织造布格室，由黄麻纤维湿法非织造布经模具折痕后，粘合而成。

2.5.1 湿法非织造布规格

(1)A：单位面积质量：150 g/m2，厚度：0.5 mm，幅宽：1 500 mm；

(2)B：单位面积质量：130 g/m2，中间夹纱网，厚度：0.4 mm，幅宽：1 500 mm。

2.5.2 格室规格

(1)坯布A格室：长方体单体尺寸：95×95×100 mm；50×50×90 mm；

(2)坯布B格室：六棱体单体尺寸：边长22 mm，高40 mm；边长42 mm，高70 mm。

2.6 6#产品

该产品为聚乳酸膜，单位面积质量为17 g/m2；厚度：0.02 mm；幅宽：1 100 mm。

3 应用方式

栽培育苗时，可先将1#或2#产品作为底层固定在栽培场地，再将3#或4#产品的立体网状结构格室拼接放置其上。将无土栽培基质、营养剂、保湿剂等放置在网状格室中，表面撒播种子，然后将5#或6#非织造布作为表层覆盖在上面，待种子发芽后，表层非织造布自然降解，与中间夹层的营养基质合为一体，化作植物肥料。待植物根系发育成形后，中间立体网状结构格室非织造材料自然降解成植物的营养基质。底层的非织造布植生材料根据需要回收或降解。各层产品皆为完整成品，可根据栽植环境及品种要求任意组合，也可作为植生材料单独使用，以适应不同植物、不同地域、不同设施档次栽培技术的需要，待植物长成后均可自然降解成植物的营养基质，生态环保。

4 性能测试及分析

4.1 方法标准

山东省纺织产品质量监督检验测试中心对复合植生材料的物理性能指标进行测试，测试依据标准GB/T 24218.3—2010《纺织品非织造布试验方法第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》、GB/T 13763—2010《土工合成材料梯形法撕破强力的测定》、GB/T 14800—2010《土工合成材料静态顶破试验(CBR法)》、GB/T 21655.1—2008《纺织品吸湿速干性的评定第1部分：单项组合试验法》、GB/T 24218.1—2009 《纺织品非织造布试验方法第1部分：单位面积质量的测定》、GB/T 24218.2—2009 《纺织品非织造布试验方法第2部分：厚度的测定》、FZ/T 01057.3—2007《纺织纤维鉴别试验方法显微镜法》、FZ/T 01057.4—2007《纺织纤维鉴别试验方法溶解法》、GB/T 19979.1—2005《土木合成材料防渗性能第1部分: 耐静水压的测定》。

4.2 孔隙率计算

非织造布的孔隙大小直接影响织物的透通性、导水性和阻止微粒通过的能力。孔隙率指孔隙体积对总体积的比值, 它是衡量孔隙体积大小的一个指标。一般孔隙率愈大, 则所含孔隙体积愈多, 渗透系数愈大, 透通性愈好。因而孔隙率的数值对材料的渗透、反滤性能有极大的影响。目前孔隙率的确定一般不直接进行试验, 而是按下面公式计算得到:

n = 1 -〔M/(ρ×δ)〕×100

式中n——土工织物孔隙率, %；

M ——单位面积质量, g/m2；

ρ——土工织物的原材料密度, g/m3；

δ——织物厚度, m[1]。

4.3 保水率计算

保水率(%)用公式[(mk-mk-1)/mk-1]×100计算，其中mk为试样在水中浸泡80h达到吸水饱和时的质量，mk-1为试样原重[2]。

4.4 1#2#3#产品试验结果及分析

由于1#、2#、3#产品皆为厚型针刺产品，因此将这三种产品一起进行物理性能指标测试。

4.4.1 物理性能测试结果(见表1)

4.4.2 产品性能分析

由表1测试结果可知，1#及2#产品的吸水率、保水率较大，可保水、保湿；芯吸高度很低，利于水分保蓄，隔离和过滤性能好；孔隙率高，保水通气能力强，能很好地满足植物生长。该两种产品的纵横向断裂强力、撕破强力较低，利于植物根系发育成形后自然破裂分解，转化为植物的营养基质，并可改良土壤。长成后的植物根系与自然降解的纤维、基质牢固地结合在一起，锚固于岩土层上，形成一层坚固的绿色复合保护层。

由表1可知，3#产品椰壳纤维针刺非织造布吸水率适中、保水率小，孔隙率大，30min内芯吸高度为零，透水性好，水及营养剂可在格室间自然流动。椰壳纤维非织造布纵横向断裂强力、撕破强力较低，植物根系发育成形后可自由伸展，植株间自然交连，椰壳纤维分解后转化为植物的营养基质，使泥土活化，改善土质，利于植物生长。

4.5 4#产品试验结果及分析

4.5.1 物理性能测试结果(见表2)

表1 1# 2# 3# 产品的物理性能测试指标

表2 4#产品非织造布的的物理性能测试指标

4.5.2 产品性能分析

由表2测试结果可知，粘胶纤维针刺非织造布的吸水率、保水率、孔隙率较大，芯吸高度较高，显示出非常好的保水及吸水性能。其断裂强力、撕破强力、顶破强力较低，因此植物长成后，粘胶非织造布容易破裂，自然降解。

4.6 5#产品试验结果及分析

4.6.1 物理性能测试结果

5#产品物理性能测试结果见表3。

表3 5#产品非织造布的的物理性能测试指标

4.6.2 产品性能分析

由表3测试结果可知，A、B两种湿法非织造布的吸水率、保水率接近，芯吸高度接近，因此都具有较好的保水性，孔隙率、芯吸高度都较高，利于水分在格室间渗透。单位面积质量150g/m2黄麻非织造布较130g/m2黄麻夹纱网非织造布的断裂强力、顶破强力大，尤其干断裂强度差异明显，这是由于单位面积质量高的黄麻湿法非织造布的纤维含量高、纤维之间氢键紧密结合的缘故。两种湿法非织造布的湿断裂强力较干态下降较大，这是由于聚乙烯醇(PVA)水解，粘合力大幅降低造成的。两种湿法非织造布的湿断裂伸长率都略大于干断裂伸长率，这是由于水分子进入纤维内部结构，纤维吸湿后润涨，延伸性增强的缘故。由于单位面积质量130g/m2黄麻中间夹纱网，即使单位面积纤维含量较低，借助纱网夹筋作用，仍获得较单位面积质量150g/m2黄麻湿法非织造布更大的撕破强力。

4.7 6#产品试验结果及分析

4.7.1 物理性能测试结果

为比较聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的性能，将相近单位面积质量的聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的性能进行测试，测试结果如表4所示。

表4 聚乳酸共混膜与普通塑料地膜的物理性能测试指标

4.7.2 产品性能分析

由表4中测试数据可见，相近单位面积质量的聚乳酸膜较普通塑料地膜厚度更薄，断裂强力、断裂伸长、撕破强力、顶破强力低，因此出苗后，聚乳酸膜容易破裂。聚乳酸膜不透湿，因此可以保水保墒，对植物生长有积极的影响。聚乳酸膜既可自然降解也可堆肥降解，利用自然微生物三个月左右可100%进行分解，最后转化成水与二氧化碳，无环境污染现象，可帮助提高土壤质量，减少耕地损失。

5 结语

通过研究及试验证明，非织造布可生物降解复合植生材料的性能及结构适合植物栽培、城市园林绿化、边坡绿化和水土保持的需要，以满足现代农业环保化、生态化的技术要求。该复合植生材料在种植和输送过程中不破裂，运输方便，可直接应用于植物栽培、城市园林绿化、边坡绿化和水土保持，不受人为因素和水流冲刷的扰动，抗风沙、保温、保湿。该非织造布复合植生材料不但应用于塑料大棚、盐碱地、沙漠等地面平整的场合，还可铺设于屋顶、堤岸、斜坡等不同地理环境表面。既可应用于农业种植还可应用于园林绿化，而且非织造布复合植生材料可自然分解成为肥料，保护生态环境。

[1] 周蓉，汤燕伟，刘逸新.几种非织造基质及其草坪草生长性能实验研究[J]东华大学学报(自然科学版)，2005，31(2)：83—87.

[2] 沈兰萍，尉霞，明明. 无土栽培用废棉非织造布基质的设计开发[J]. 纺织学报，2007，28(1)：60—62.

Analysis on the Research and Application of Nonwovens Composite Plant Material

WangZhongzhen1,2，ZhouLei1,2，DingShuai1,2，YangLin1,2

(1.Shandong Textile Science& Research Institute ,Qingdao 266032，China；2.Shandong Province Key Laboratory of Special Textile Process Technology ,Qingdao 266032，China)

The research and application of nonwovens composite plant materials were introduced.Through test and analysis, the results show that the properties and the structure of nonwovens composite plant material is suitable for the need of plant cultivation, can be used in the urban landscape greening, slope greening and water and soil conservation, meet the requirements of modern agricultural ecological environmental protection.

nonwovens; composite; plant; materials

2016-02-26

山东省2013年度农业重大应用技术创新项目

王中珍(1970—)，女，湖北武汉人，高级工程师。

TS17

A

1009-3028(2016)02-0004-04