孟 猛 嚴(yán)小慶 錢 程 蔣繼紅 沈 杰

(1.嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，嘉興，314001;2.杭州可靠護(hù)理用品股份有限公司，杭州，311300)

聚乳酸(PLA)是一種環(huán)保型生物質(zhì)材料，它以玉米淀粉為原料，經(jīng)過發(fā)酵、縮合和聚合等一系列反應(yīng)制成［1-2］。PLA制品的廢棄物在土壤或海水中經(jīng)微生物作用可降解為二氧化碳和水，經(jīng)植物光合作用可再次生成淀粉，達(dá)到完全循環(huán)再利用的目的，是一種可完全生物降解的材料［3］。

PLA纖維可以采用溶液和熔融兩種紡絲方法加工，由于熔融紡絲法流程短、無溶劑污染問題，因而目前商業(yè)化的PLA纖維均為熔融紡絲方法所獲得［4］。PLA紡黏非織造布是將PLA切片首先經(jīng)過干燥工序，然后經(jīng)過熔融擠壓、冷卻、牽伸、分絲成網(wǎng)和熱軋加固過程而制成的PLA長(zhǎng)絲纖維網(wǎng)。由于PLA的熔點(diǎn)為160～170℃，其組成單元L-乳酸在高溫熔融狀態(tài)下極易分解，因而除紡絲前的干燥脫水外，還需要對(duì)紡絲溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制［5-6］。國(guó)內(nèi)外對(duì)PLA紡黏非織造布的制備進(jìn)行了較多的研究［7-9］，但對(duì)其應(yīng)用性能的研究未見報(bào)道。本文將PLA與普通聚丙烯(PP)和聚酯(PET)紡黏非織造布的性能進(jìn)行了測(cè)試和對(duì)比分析，以期為PLA非織造布的加工和應(yīng)用提供指導(dǎo)。為了使測(cè)試結(jié)果更準(zhǔn)確，選用了布面均勻度較好的60和90 g/m2兩種PLA紡黏非織造布作為測(cè)試樣品。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

PLA紡黏非織造布：60和90 g/m2兩種;PET紡黏非織造布：60和90 g/m2兩種;PP紡黏非織造布：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)四種。

1.2 儀器設(shè)備和試驗(yàn)方法

采用YG(B)141N型數(shù)字式織物厚度儀測(cè)試厚度;斷裂強(qiáng)力采用YG(B)026H型電子織物強(qiáng)力機(jī)，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T3923.1—1997進(jìn)行測(cè)試;透氣性采用YG461E型織物透氣性試驗(yàn)儀，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T5453—1997測(cè)試;透濕性采用Lck-131型透濕量測(cè)定儀，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T12704.2—2009測(cè)試;表面接觸角采用JC2000C1型接觸角測(cè)量?jī)x，按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D724進(jìn)行測(cè)試;耐熱性采用YG605型熨燙/升華色牢度儀進(jìn)行測(cè)試，將樣品裁剪成尺寸為10 cm×5 cm的規(guī)格，放入儀器的兩夾板中加熱，兩個(gè)夾板溫度可以獨(dú)立控制，30 s后取出樣品，觀察并測(cè)量尺寸;采用MP511型pH計(jì)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T7573—2009測(cè)試pH值。

2 結(jié)果與討論

2.1 強(qiáng)伸性能

PLA、PET和PP紡黏非織造布的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 PLA、PET和PP紡黏非織造布的強(qiáng)伸性能

由表1可知，對(duì)于60和90 g/㎡兩種不同的面密度，四種紡黏非織造布的斷裂強(qiáng)力從大到小排列的順序?yàn)椋篜ET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料)。由于強(qiáng)力是表示非織造布堅(jiān)牢耐用程度的重要指標(biāo)，表明 PLA相對(duì)于 PET和 PP(100%新料)紡黏非織造布來說，其承受外界機(jī)械力作用的能力相對(duì)弱一些，但要好于添加回料的PP紡黏非織造布。表1還顯示，無論是100%新料還是添加了部分回料的PP紡黏布，都具有較高的斷裂伸長(zhǎng)率，而PLA和PET紡黏布的斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)較低。由于斷裂伸長(zhǎng)率反映了非織造布的柔韌性，在合理范圍內(nèi)其值越大，所制成的非織造布的手感越柔韌，說明PP紡黏布具有較好的柔韌性。另外，斷裂功也是衡量非織造布韌性的指標(biāo)，斷裂功大的非織造布承受沖擊破壞的能力強(qiáng)。表1中顯示出四種紡黏非織造布的斷裂功從大到小排列的順序?yàn)椋篜P(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET＞PLA，表明PLA紡黏非織造布承受沖擊破壞的能力要差一些。

2.2 透氣和透濕性能

表2為PLA、PET和PP紡黏非織造布的透氣和透濕性能測(cè)試結(jié)果。

表2 PLA、PET和PP紡黏非織造布的透氣和透濕性能

由表2可知，四種紡黏非織造布的透氣性從大到小的排列順序?yàn)椋篜P(100%新料)＞PP(65%新料)＞PLA＞PET。透氣性表示單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的空氣量，其大小取決于非織造布中纖網(wǎng)孔隙的大小和多少，這取決于纖維性狀、生產(chǎn)方法、厚度等因素［10］。相同面密度條件下，布的厚度越小，集合體中纖維間的孔隙越少，密度越大，產(chǎn)生的氣阻大，從而透氣性差。PLA紡黏非織造布的透氣性介于PET和PP之間，這與表2中的厚度數(shù)據(jù)相吻合。

由表2可知，四種紡黏非織造布的透濕性從大到小的排列順序?yàn)椋篜LA＞PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET。透濕是指在一定的相對(duì)濕度梯度下，濕氣通過纖維間孔隙轉(zhuǎn)移到非織造布的外層并蒸發(fā)、散逸的過程，透濕性主要與纖維自身的吸濕和導(dǎo)濕能力、非織造布結(jié)構(gòu)、后整理加工等因素有關(guān)［11］。由于四種材料均為紡黏長(zhǎng)絲的熱軋結(jié)構(gòu)，沒有經(jīng)過任何后整理加工，且PLA、PET和PP均屬于不吸水類纖維，驗(yàn)證了PLA纖維具有非常好的導(dǎo)濕性［12］，表明PLA紡黏非織造布具有極好的導(dǎo)濕性。

2.3 表面接觸角、熱穩(wěn)定性、pH值和硬挺性

對(duì)面密度為60 g/m2的PLA、PET和PP紡黏非織造布的表面接觸角、熱穩(wěn)定性、pH值和硬挺性分別進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。

2.3.1 表面接觸角

從表3可以看出，四種紡黏非織造布的表面接觸角均大于90°。表面接觸角是表征水對(duì)非織造布的相對(duì)浸潤(rùn)性能指標(biāo)，當(dāng)接觸角θ=0°時(shí)，液體完全浸潤(rùn)到布的表面;當(dāng)接觸角0°＜θ＜90°時(shí)，液體可浸潤(rùn)到布的表面;當(dāng)接觸角90°＜θ＜180°時(shí)，液體不可浸潤(rùn)到布的表面。測(cè)試表明，PLA、PET和PP紡黏非織造布具有疏水效應(yīng)，其中PLA紡黏非織造布的接觸角為96.8°，數(shù)值最小，疏水效應(yīng)最差。

表3 四種紡黏非織造布的表面接觸角、熱穩(wěn)定性、pH值和硬挺性能

2.3.2 熱穩(wěn)定性

由表3可知，初始產(chǎn)生熱變形的溫度和完全熔融時(shí)的溫度從大到小的順序均為：PET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料)。其中PLA紡黏非織造布的初始變形溫度為135℃，完全產(chǎn)生熔融時(shí)的溫度為163℃，與PP紡黏非織造布的熱變形溫度最為接近，表明作為一種新型材料，PLA非織造布可以參照PP非織造布的熱加工溫度進(jìn)行操作。

2.3.3 pH 值和硬挺性

從表3中的pH值測(cè)試結(jié)果來看，PET和PP紡黏非織造布的pH值均為7左右，呈中性;而PLA紡黏非織造布的pH值為6.086，呈弱酸性，可能的原因?yàn)镻LA是由乳酸縮聚并經(jīng)過紡絲而制成的，纖維表面偶有殘留的PLA小分子，導(dǎo)致了布面成弱酸性。此外，表3中的挺度測(cè)試結(jié)果表明，PLA紡黏非織造布的硬挺性與PET相似，但小于PP紡黏非織造布。

3 結(jié)語

(1)PLA紡黏非織造布的斷裂強(qiáng)力較低，四種紡黏非織造布的強(qiáng)力從大到小排列的順序?yàn)椋篜ET＞PP(100%新料)＞PLA＞PP(65%新料);斷裂功從大到小排列的順序?yàn)椋篜P(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET＞PLA。PLA紡黏非織造布的斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)較低，表明PLA紡黏非織造布承受沖擊破壞的能力要差一些。

(2)四種紡黏非織造布的透氣性從大到小排列的順序?yàn)椋篜P(100%新料)＞PP(65%新料)＞PLA＞PET，PLA紡黏非織造布的透氣性介于PET和PP紡黏非織造布之間。

(3)四種紡黏非織造布的透濕性從大到小排列的順序?yàn)椋篜LA＞PP(100%新料)＞PP(65%新料)＞PET，PLA紡黏非織造布具有很好的透濕性。

(4)四種紡黏非織造布均具有疏水效應(yīng)，其中PLA紡黏非織造布的疏水效應(yīng)最差。

(5)PLA紡黏非織造布的pH值為6.086，呈弱酸性。

(6)PLA紡黏非織造布的耐熱穩(wěn)定性與PP紡黏非織造布相近。

［1］耿琴玉，胡學(xué)梅.聚乳酸纖維的性能特征及其產(chǎn)品開發(fā)［J］.棉紡織技術(shù)，2004，32(4)：62-64.

［2］任元林，焦曉寧，程博聞，等.聚乳酸纖維及其非織造布的生產(chǎn)和應(yīng)用［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2005，23(4)：9-12.

［3］錢程.聚乳酸生物質(zhì)纖維的研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化及發(fā)展建議［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2013，31(6)：1-4.

［4］任杰，董博.聚乳酸纖維制備的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2006，20(2)：82-85.

［5］薛敏敏，倪福夏.聚乳酸纖維及其應(yīng)用［J］.合成纖維，2006，35(9)：46-49.

［6］魏淳，李光.聚乳酸纖維的發(fā)展過程及現(xiàn)狀［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2005，23(7)：8-12.

［7］鄒榮華.聚乳酸紡黏法非織造布設(shè)備及工藝技術(shù)研究［J］.紡織導(dǎo)報(bào)，2011(10)：132-134，136-137.

［8］章倩.Nature Works：紡黏用聚乳酸 PLA［J］.國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2011，39(3)：4.

［9］常杰，劉亞，程博聞，等.聚乳酸紡黏非織造布的研究進(jìn)展［J］.天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32(4)：37-42.

［10］沈至珍.纖維素纖維織物透濕透氣性能比較研究［J］.四川絲綢，2008(4)：12-13.

［11］劉亞，焦曉寧，張毅，等.水刺非織造布透濕性能的研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2004，22(10)：23-28.

［12］孔令芝.商業(yè)化生產(chǎn)的幾種INGEOTM聚乳酸纖維［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2009，27(1)：26-28.