亲水性非织造布推动高端产业用市场发展

　　随着物质的丰富和生活水平的提高，人们对非织造产品在数量和品质上的要求也越来越高，同时，新技术以及新生产方式也在不断满足甚至推动这种需要，亲水性非织造布在此背景下快速发展。

　　非织造布在服装、室内用品、医疗、卫生、保健用品以及产业用产品方面的应用不断增加，亲水性非织造布产品也在这些领域得到更广泛应用，且必将会以更快的速度在高端产业用领域得到发展。例如，国内目前许多水刺厂家用水刺布制作的旅游用压缩毛巾若能实现瞬时吸水，在极短时间内吸水膨胀而展开成为湿毛巾，使用更加方便。与此相对应，亲水性能指标及测试手段，如瞬时吸水、吸水均匀性、保水率、保湿性、导水性、透湿性等，也会成为评价亲水性非织造布的性能指标或技术含量的体现。从长远的角度来看，我国应在加速开发各种特殊功能的纤维（包括高吸水纤维、超吸收性纤维等品种）的同时，改进现有的亲水后整理方法，以适应国际发展和人民的需要，使亲水性非织造布应用更广泛、普遍。

　纤维的亲水性能包含吸湿性和吸水性两方面含义，因此纤维的亲水性机理也涉及吸湿和吸水两个方面。吸湿、吸水甚至高吸水非织造布作为一次性用品，具有传统纺织品无法比拟的经济和性能优势。对于纺粘法非织造布，作为原料的聚丙烯是非极性结构，结晶度较高且无亲水基，因此纺粘法非织布吸湿性差，用作卫生材料时必须进行整理以改善其吸湿性。亲水整理时赋予各类非织造布功能性的一种方法，是研制新产品和满足市场对功能性要求的一个途径。

　　1 两种亲水整理方法改善非织造布表面润湿性能

　　亲水整理的目的是使疏水化的纤维表面产生亲水的效果，只有当接触角小于90℃时，液体（这里主要是水）才能够湿润固体的表面，进而完全铺展在固体表面。所谓润湿，就是固体表面吸附的气体为液体所取代的现象。

　　纤维表面的润湿性以及吸水性主要决定于纤维大分子的化学结构和结晶状态，即大分子上是否存在亲水性基团及亲水性基团的数量。纤维的吸水性则主要取决于纤维内微孔、缝隙和纤维之间的毛细孔隙。事实上，改善非织造布纤维表面润湿性能的方法有很多种，大体上可以分为两类，一类是通过纺丝阶段纤维改性获得吸湿、润湿性能；第二类是通过后整理的方法对纤维的表面进行改性，从而获得吸湿润湿性能。

　　纺丝阶段纤维改性

　　纺丝改性是在合成纤维制造过程中是使纤维具有亲水性能。纤维改性后一般都会有良好的亲水性能，而且效果均匀持久，应用方便。但有时会对纤维的物理性能产生影响，改变纺丝的工艺过程，加大纺丝的难度。

　　1.聚合物分子结构亲水化法。此方法可能会导致纤维的结构发生变化，共聚强力削弱了聚丙烯的结晶能力，对纤维的物理机械性能有不良影响。所以亲水性单体的加入要适量，此种方法对纤维吸湿量的提高也是十分有限的。

　　2.与亲水化单体接枝共聚法。选择具有亲水性的单体或聚合物作为直链，在纤维大分子上接枝，可赋予非织造纤维亲水性能。例如丙纶经电子辐射后，与丙烯酸接枝，而聚丙烯分子煮练的化学结构没有发生显著变化，纤维变细，扩大了比表面积，吸水性大幅度提高。辐照接枝法工艺简单、节约能源、无污染、可实现非液相低温加工。也常采用过氧化苯甲酰胺乳液引发丙烯酸或甲基丙烯酸，接枝到聚丙烯上，导入亲水性单体，提高织物润湿性。

　　3.与亲水性聚合物复合纺丝。在纺丝之前，把亲水性物质添加到高聚物熔体中，然后按常规纺丝方法进行纺丝，得到亲水性纤维。例如，可以讲聚丙烯酸酯类进行衍生物、聚乙二醇衍生物等与丙烯共混，也可以将聚丙烯与某些改性聚丙烯共混，得到亲水性纤维。

　　4.纤维表面粗糙、异形化。用这种工艺制得的多孔性微孔聚丙烯纤维的孔隙率较高，表面积较大，极大地提高了纤维的吸水性，也可以在聚丙烯纤维成型时，利用聚合物晶型变化过程中体积的缩小来产生微孔。美国杜邦公司的coolmax纤维就是一种横截面为三角形的异性聚酯纤维。

　　纤维表面后整理改性

　　纤维表面亲水改性后整理处理法是对纤维或织物的表面进行亲水性整理，处理的实质是要在纤维或织物表面加上一层亲水性化合物，在基本保持纤维原有特性的情况下，能够增加纤维的吸湿性和吸水性，达到提高纤维表面亲水性能的目的。目前经常使用的后整理方法主要包括亲水性整理剂的吸附固着成膜、亲水性单体的表面接枝聚合以及纤维表面的一些其他处理等。

　　1.亲水整理剂吸附固着成膜法。这是一种将亲水整理剂均匀而牢固的附着在纤维表面从而形成亲水性的整理方法，是近年来对合成纤维织物进行亲水性整理的主要加工方法。在这种方法中，一般是选择既含有亲水基团又含有交联反应官能团的整理剂进行整理，其中的亲水链段提供亲水性能，而交联反应官能团则在纤维表面形成薄膜，从而提高整理剂的耐久性能。

　　此外，也可以选择让含有亲水基团的水溶性聚合物与一个合适的交联剂组成一个体系，控制交联剂与水溶性高聚物的反应程度，从而使水溶性高聚物的一部分亲水基团保留在纤维表面，使纤维的亲水性得到改善。常用水溶性聚合物一般为聚丙烯酸、聚乙烯醇、水溶性纤维素、可溶性淀粉等。而交联剂则是一些能够与活泼性基团如氨基、羟基等发生反应而交联的物质，如2D树脂等。这种方法除了用于常规亲水整理外，更多的用于高吸水性产品的整理加工。

　　2.表面接枝聚合法。表面接枝共聚法利用各种方法使亲水性单体在合成纤维的表面进行接枝聚合，以改善合成纤维的亲水性。接枝聚合是利用引发剂或高能辐射（电子束、紫外线）照射，或用等离子体处理，使纤维表面产生游离基，然后使亲水性单体游离在游离基上进行接枝聚合，从而形成持久的具有吸水性和抗静电性能的新表面层。

　　2 充分结合加工过程敲定高吸水剂添加浓度

　　过去人们使用的吸水材料有纸、棉、麻等纤维制品，这类材料的吸水过程是依靠其毛细作用，吸水能力只有自重的10倍~20倍，且保水效果较差。而高吸水剂是由高分子电解质组成的离子网络，具有大量的亲水基团且适度交联而不溶于水。它不但吸水能力高，而且吸水后生成的凝胶即使加压，水也不会离析而去。

　　高吸水剂种类繁多，产品形态各异。分类方法也有很多，一般都是按照所用原料、亲水化方法、交联方法和产品形态四种方式进行分类。按原料来源可分为以下三类：改性淀粉类，改性淀粉类包括淀粉接枝丙烯腈水解物、淀粉接枝丙烯酸盐、淀粉接枝丙烯酰胺、淀粉羧甲基化合物等；改性纤维素类，主要包括纤维素接枝丙烯腈水解物、纤维素接枝丙烯酸盐、纤维素接枝丙烯酰胺、纤维素的羧甲基化合物；合成高聚物类，主要包括交联聚丙烯酸盐、交联聚丙烯酰胺、丙烯酸酯与醋酸乙烯共聚水解物、聚乙烯醇与酸酐交联共聚物等。

　　如果按亲水化方法分类，则可以分为亲水性单体的聚合，疏水性单体与亲水性单体的共聚、氰基和脂基的水解；按交联方法可分为交联剂交联、本体交联、辐射交联和向亲水性聚合物中导入疏水基团或结晶物结构；按产品形态可分为粉末状、纤维状、片状、薄膜装和泡沫状。

　　由于高吸水剂为交联型物质，故不能采用加热融化和溶剂溶解的加工方式。目前，多数国内外非织造企业采用的加工方式是先将高吸水剂研碎成粉末，然后均匀分布于基料表面，再用一层基料盖住，使高吸水剂夹在两层基料之间，例如尿布、卫生巾、医用垫子等产品采用的就是这种方式。但是该吸水剂只有阴离子和非离子两种类型，其中阴离子吸水剂的吸水倍数虽高，但耐盐性较差；而非离子型高吸水剂的吸水速度轻快，耐盐性也较好，但是吸水能力较低。因此，通过这两种方式生产的高吸水性能产品实际并非“高性能”。

　　与此同时，高吸水非织造布的吸液性能除了与所选择的工艺路线、主体纤维配比有关外，与高吸水剂的浓度也有很大关系。从高吸水非织造布的性能来看，高吸水剂的浓度越高越好，但是碍于高吸水剂本身的性能及生产工艺的限制，高吸水剂的浓度不可能太高。因为浓度过高会使高吸水剂形成冻胶状，无法在生产工艺中使用，而且也会增加成本；浓度过低则达不到预期的目的，目前国内企业采用的高吸水剂的浓度多数在0.05%左右。

　　德国柏林工业大学的研究者宣布了一种新的方式——浸渍法。所谓的浸渍法即先将高吸水剂制成分散液，然后通过涂刷或者喷涂的方式涂在织物表面，或将织物放在这种分散液中浸渍，使高吸水剂固定在织物的空隙中。这一方式或将成为添加高吸水剂的最新、最权威的解决办法。

　　同时，还可以配合采用共聚和聚合体反应等方法，使亲水集团多样化，或通过混合和复合的方法，达到同时兼顾耐盐性、吸收速度和吸收倍数的目的。根据研究者公布的数据来看，可以采用这种方式的高吸水剂的原料主要有乙烯类的合成原料以及淀粉、纤维素等几类。

　　此外，如果将高吸水剂的制造过程和吸水性非织造产品的加工过程结合起来，应该也是一种方便、有效的加工方式。例如，淀粉接枝丙烯酸型高吸水剂在水解之后，可以比较容易涂到纤维类基质上，且烘干后不溶，因而可以采用类似于经纱上浆的浸渍加工方式。又如交联聚丙烯酸类高吸水剂，若在聚合时不加交联剂，而在浸渍、涂层加工时再加入交联剂和促化剂，然后在烘燥过程中进行化学反应完成交联。理论上讲，这种加工方式可省去分离、烘干、粉碎和制取分散液等工序，从而降低成本。

　　3 多项测试标准评定非织造织物亲水性能

　　经过亲水和高吸水整理之后，需要对整理效果进行评定。目前，评价亲水整理的方法和指标主要有毛细管效应、回潮率、水滴扩散时间和面积。评价高吸水整理的指标主要是吸水率和相对吸水率。下面介绍几种测试方法。

　　1.毛细管效应（简称毛效）的测试方法。将试样剪成经向为20cm、纬向为5cm的布条，在平均温度为10℃、平均相对湿度为80%的空气中平衡24小时后，再在毛细管效应测定装置上测试，毛细管效应以30分钟内水位上升的高度（mm）表示。

　　2.回潮率测定方法。将试样在平均温度为10℃、平均温度为80%的空气中平衡24小时，称重后置于烘箱中，110℃烘至恒重，计算出回潮率。

　　3.水滴扩散时间和面积测试。在平均温度为10℃、平均相对湿度为80%的条件下，将布平铺绷紧在一个烧杯上，在距布面约1cm处滴一滴水（0.05ml），开始计时，直到水滴在布面上扩散至无镜面反射时为止。该时间为水滴扩散时间，同时记录水滴扩散的面积。

　　4.吸水率及相对吸水率的测定方法。称取一小块制备好的质量为m1的非织造布，放入250ml烧杯中，加入100ml去离子水，10分钟后取出，用一定力挤压，排出吸附水，而后称其质量为m2，再称取同样大小质量为m3的非吸水性非织造布，使其充分吸水，取出后，用同样大小的力挤压，称其质量为m4。然后按照下列公式计算。相对吸水率=A-B【其中A=（m2-m1）/m1），B=（m4-m3）/m3，式中，A和B均为吸水率】。

　　5.保水性测试方法。织物具有高吸湿性，即人体一旦出汗，织物能很快吸收，使皮肤保持相对干燥。根据这一现象，许多学者认为，优良的织物应具有较高的保水率。测定保水量的方法如DIN53814。该方法是将纤维浸泡2小时以上，使之充分吸水后挤干，在离心机上以3500r/min的速度脱水10分钟，迅速称重记为W1，然后在105℃下干燥1小时，再称重记为W0。保水率=（W1-W0）/W0×100%。

　□ 刘建勇（本文作者系天津工业大学教授）