可持续性棉非织造布的高效生产

B. Heetderks

特吕茨施勒非织造公司(德国)

聚丙烯(PP)和聚酯(PET)等聚合物已成为非织造布的主要原材料，全球50%以上的非织造布由水刺或熔喷材料制成。PET和PP纤维也常用于卷装网状材料的生产，主要产品包括湿纸巾、卫生用品及工业用产品，如土工布，汽车用品和过滤纺织品。仅有不足20%的非织造布采用天然纤维或黏胶等可再生原料制成。除了棉毛鞋垫外，棉纤维基本不用于非织造制品的生产。

然而，诸多迹象表明，在非织造行业大量使用聚合物而非可再生原材料的状况将发生改变。面对漂浮在海洋中的塑料岛屿的图片，世界各地的消费者都感到担忧，这些塑料岛屿的大小堪比一个小国。此外，在鱼类、蜂蜜、啤酒等许多食物和自来水中都能发现微塑料，这令消费者不悦。

对一次性聚合物产品的质疑越来越多，在某些情况下，这些一次性聚合物产品甚至被禁止使用。欧盟于2018年秋通过一项法令，禁止使用塑料吸管及类似的一次性产品。传统的水刺法制备的一次性湿巾含有PP或PET纤维，其在陆地上或海中会缓慢降解成微小颗粒，即微塑料。因此，工业界有必要考虑生态型的替代方案。

1 使用天然纤维生产非织造布遇到的困难和挑战

消费者青睐各种擦拭巾，尤其是湿巾，同时对湿巾的天然触感、柔软性和对皮肤亲和性的要求也越来越高。目前研究人员正在研制不含添加剂(如甘油、苯甲酸钠、香料等)的非织造产品。“更天然”的非织造产品的市场需求明显增加。

除东南亚外，在水刺湿巾和卫生用品中很少使用棉纤维，此类产品允许使用棉的添加量需控制在15%以内。这是因为棉的短绒纤维易产生棉结，难以梳理。

自20世纪80年代中期起，人们对非织造布产品的需求不断增长。其“纵向(MD)/横向(CD)比”至今仍是非织造布商家关注的焦点。同时，非织造布生产中的动力学与气动梳理成网过程的相互关系也得以充分研究。目前，基于高效使用棉纤维的非织造布梳理工艺已得到优化。

棉花的品质因地而异。纤维平均长度为13～15 mm，短纤维含量为50%～70%(按Uster AFIS法测试)的棉纤维主要用于漂白类产品。亚洲生产商也加工纤维长度为17～24 mm的棉产品，其短纤维含量相对较低(图1)。

图1 漂白精梳落棉与漂白原棉的差异

除了纤维长度，纤维非正常聚集时产生的棉结是采用棉纤维制备非织造布的另一挑战。即使在传统棉纺工艺中，纤维棉结和缠结也是有区别的。纤维受机械作用，纤维的棉结数增加，梳理技术的应用对控制棉结非常重要，其目的在于使用可靠的处理技术控制纤维棉结的数量。

2 纤网成形专用梳棉机

图2 盖板式梳棉机对棉结的处理

在盖板式梳棉机上对棉纤维进行梳理可减少棉结数(图2)。然而，盖板式梳棉机只适用于工作幅宽较小的情况，这是非织造布生产中的一个限制因素。此外，传统的罗拉梳棉机在成网过程中要求纤维高度混合，而纤维的反复混合将增加棉纤维的棉结数。因此，该工艺不再适合棉纤维成网的高效加工。

采用德国特吕茨施勒公司的带机械拨棉网单元(NCR)的随机成网技术和气动式NCA空气层滚筒式梳棉技术，可优化棉纤维梳理的加工工艺。该技术在处理100%的漂白棉和黏胶纤维共混物时，产量高，且产品只含少量棉结 (图3)。

图3 各式梳棉机对棉结的处理

3 安装配置和技术应用价值

德国特吕茨施勒公司的NCR随机铺网型梳棉机已在市场上使用了较长时间，易与空气层滚筒式梳棉技术相结合，如NCA。这些技术是经济有效地制造高度创新的多层非织造产品的基础。德国特吕茨施勒公司水刺非织造布的生产流程如图4所示。

图4 德国特吕茨施勒公司水刺非织造布的生产流程

图4中Aquajet水刺设备、干燥机及卷绕机工作不受纤维的长度和类型限制。Aquajet的过滤系统已被设计用于可处理棉短纤(根据Uster AFIS，纤维长度小于12.7 mm)，并且具有极高的适用性。使用天然纤维前只需要调整过滤系统的级别、数量和类型。

4 棉纤纺非织造布

本文调查了34种商用婴儿湿巾和体用湿巾，并对其进行了检测作为参照。以100%精梳棉和100%原棉为原料生产的非织造布与市售婴儿湿巾和体用湿巾的性能比较如图5和图6所示。调查结果显示，随机样本的平均面密度为49 g/m2， 试样横向平均强度为20 N/5 cm(图5和图6中的红点)。

图5 以100%精梳棉为原料生产的非织造布与市售婴儿湿巾和体用湿巾的性能比较

特吕茨施勒公司非织造布技术中心对其已经出品的非织造布机器和大量试用系列非织造机器的性能进行了研究。采用100%精梳棉制成面密度为49 g/m2的棉网，其达到的强度水平测试结果如下：

——MD/CD比可达1.8～2.5；

——MD绝对强度大于35 N/5 cm；

——CD绝对强度大于16 N/5 cm；

——与PET基非织造布相比，棉非织造布的横向伸长率明显较低；

——由漂白原棉制成的非织造布的横向强度约比用精梳棉制成的产品高10%～15%(图6)。

图6 以100%原棉为原料生产的非织造布与市售婴儿湿巾和体用湿巾的性能比较