新型防塵服填料丙綸熔噴非織造布的優(yōu)化研究

勞越明 張才前

（紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江 紹興312000）

人類通過勞動(dòng)得以生存和發(fā)展，勞動(dòng)是人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的重要手段，然而，在生產(chǎn)勞動(dòng)過程中，勞動(dòng)者經(jīng)常要在一些惡劣的環(huán)境條件下工作，甚至要與一些危及健康乃至生命的物理、化學(xué)、生物因素相接觸(如高溫、低溫、生產(chǎn)性粉塵、振動(dòng)、噪聲、油污、毒劑、細(xì)菌、病毒等)。據(jù)2012年國務(wù)院發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，稱PM2.5為“細(xì)微粒物”，即大氣中粒徑小于2.5μm的顆粒物。PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，對人體健康影響極大。尤其在水泥、建筑、采礦等行業(yè)粉塵大的場所，PM2.5對呼吸道、眼睛和耳朵將造成嚴(yán)重污染，更嚴(yán)重的，進(jìn)入內(nèi)層衣物后對服裝內(nèi)循環(huán)造成污染，也將對人體健康產(chǎn)生不良影響。

1 防塵服的國內(nèi)外現(xiàn)狀

人類很早就有了勞動(dòng)保護(hù)的意識(shí)，我國早在900多年以前就有“未石(即矽塵)”傷肺和利用“火烷布(即石棉布)”制作冶煉服裝的記載。但早期的防護(hù)服多采用勞動(dòng)布或其他混紡織物所制，隨著人類對衛(wèi)生、舒適、健康的需求日益提高和勞動(dòng)環(huán)境的復(fù)雜化、多樣化，這些簡單的工作服因?yàn)樗鼈儾痪邆涓玫姆雷o(hù)功能，如耐高溫、阻燃、防毒、防酸堿等，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足要求。

在防護(hù)服的更新?lián)Q代過程中，聚合物技術(shù)的發(fā)展與特殊纖維、紗線和織物生產(chǎn)工藝的不斷成熟起到了積極的推動(dòng)作用。例如在紡絲工藝方面，從以往的熔融法、濕／干紡絲法發(fā)展到雙組分紡絲和超細(xì)纖維紡絲法，為防護(hù)服產(chǎn)品的開發(fā)提供了更多的功能性選擇。如美國Arthur D Little公司設(shè)計(jì)的多層合成過冷防護(hù)服,采用聚四氟乙烯（PTFE）涂層整理的芳綸針織物作為外層，內(nèi)層是經(jīng)親水整理的滌綸絨毛內(nèi)衣，中間層是蓬松的滌綸絨毛隔熱層。這種服裝既能防水防風(fēng)、保持體溫，又能吸濕排汗。其主要采用的PTFE涂層技術(shù)產(chǎn)生每平方厘米內(nèi)分布著13億個(gè)直徑只有0.2 mm的微孔薄膜，可有效隔離水滴、灰塵和細(xì)菌。微孔的均勻分布還可使薄膜表面的水蒸氣迅速擴(kuò)散，保持織物表面的干爽。而對于吸濕透氣型面料，可以利用天然纖維、超細(xì)纖維表面的微細(xì)溝槽或異型斷面纖維的虹吸、擴(kuò)散和傳輸機(jī)理，通過混紡或組織變化等工藝生產(chǎn)。此類織物能迅速將肌膚表面的濕汽或汗液排出，帶走運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量，保持肌膚的干爽與清涼。代表性產(chǎn)品有杜邦公司的coolmax吸濕排汗纖維及產(chǎn)品；東麗公司的coolmagic則是具有獨(dú)特雙層布料結(jié)構(gòu)和吸濕快干功能的滌綸織物；日本Toyobo公司的D.D.D滌綸針織物是由扁形截面(1：5)改性滌綸長絲紗線制成，在三個(gè)方向上(水平、垂直與截面)迅速完成吸濕、透濕與風(fēng)干功能。

但目前研究較為成熟的防護(hù)材料主要集中在防彈、阻燃和熱輻射防護(hù)等領(lǐng)域，對于防塵工作服的研究應(yīng)用相對欠缺。曾經(jīng)在2000年發(fā)布的《GB 17956-2000防塵服》標(biāo)準(zhǔn)，也在2005年廢止后，尚無新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)。

2 丙綸熔噴非織造布的發(fā)展

丙綸熔噴法非織造布具有獨(dú)特的超細(xì)纖維(1-3um)，以及纖維在空間靠自身粘合和纏結(jié)形成的三維曲徑結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)織物和梳理成網(wǎng)非織造物中的纖維分布截然不同，使熔噴法非織造布具有更大的比表面積，更高的孔隙率(≥80%)，同時(shí)微孔結(jié)構(gòu)曲折，保液性能高，空隙也更細(xì)微(孔徑≤lum)。因此丙綸熔噴非織造布具有吸塵性好、過濾效率高、質(zhì)量輕、柔軟、自身纏結(jié)性好、手感好、柔韌性好和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

丙綸熔噴非織造布出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代，目前國內(nèi)已有多家公司生產(chǎn)，生產(chǎn)技術(shù)較為成熟，生產(chǎn)過程中沒有溶劑揮發(fā)污染環(huán)境，但其最早的應(yīng)用領(lǐng)域是作為過濾材料。天津泰達(dá)股份有限公司經(jīng)過多年的研究，開發(fā)出了用丙綸熔噴非織造布復(fù)合而成的中效、亞高效等濾材。其型號(hào)按效率級(jí)別分為MD45、65、85和95(相當(dāng)美國Ashrae45%、65%、85%和95%)四個(gè)級(jí)別。在國內(nèi)市場暢銷不衰，并開始步入東南亞及美歐國際市場。

河南理工大學(xué)的張燕等人研究使用大氣壓氮?dú)釪BD等離子體對丙綸熔噴無紡布進(jìn)行表面處理，使其表面出現(xiàn)脫氫現(xiàn)象的同時(shí)，在其表面引入大量含氧和含氮官能團(tuán)，主要為酰胺基、羧基羥基和銨鹽基團(tuán)，并且表面出現(xiàn)明顯的粘連、刻蝕、斷裂等物理過程，使得表面纖維的粗糙度增加，這些物理化學(xué)過程使得丙綸無紡布表面的親水性得到了改善。但在進(jìn)行等離子體處理時(shí)，如果處理時(shí)間一定，需要選擇一個(gè)合適的外加電壓，過小不能達(dá)到理想的效果，過大浪費(fèi)能源。本項(xiàng)目則通過運(yùn)用添加親水母粒的丙烯酸接枝工藝，進(jìn)一步提高丙綸熔噴填料親水性能，以獲得可服用的吸濕透氣性能優(yōu)良的丙綸熔噴填料。

3 丙綸熔噴非織造布的工藝優(yōu)化

本項(xiàng)目研究的防塵服用料包括三層，如圖1所示，其中內(nèi)外層可用普通織物，最關(guān)鍵的為中間填料層，選用高阻隔性丙綸熔噴非織造布，以實(shí)現(xiàn)防塵服防塵、過濾的良好性能。

圖1 防塵服用料示意圖

丙綸熔噴非織造布親水性能差，是影響其服用領(lǐng)域的開發(fā)的重要原因之一。因此本項(xiàng)目將著重對熔噴法生產(chǎn)丙綸非織造布的親水性及復(fù)合方式進(jìn)行了工藝優(yōu)化研究，以獲得低成本、高阻隔防塵過濾材料作為防塵服填料。

1）丙綸熔噴無紡布親水整理工藝優(yōu)化

將丙烯酸、BP0、Tweenum 80以一定比例配置成標(biāo)準(zhǔn)處理液，在一定溫度下對丙綸熔噴無紡布浸漬接枝整理。設(shè)定工藝參數(shù)如表1。將按表所制四塊樣品，檢測產(chǎn)品固-液接觸角，保液率等指標(biāo)，以選擇最佳親水整理工藝。

表1 熔噴非織造布接枝工藝

2）丙綸熔噴填料復(fù)合工藝優(yōu)化

采用國產(chǎn)鴻達(dá)牌HD-LHJM2018超聲波復(fù)合機(jī)，在一定溫度、壓力、速度下復(fù)合接枝后的多層丙綸熔噴無紡布，以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度及防塵過濾性能。具體設(shè)定工藝參數(shù)如表2，分別選用三層及四層無紡布進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 熔噴非織造布復(fù)合工藝

4 總結(jié)

將高阻隔丙綸熔噴非織造布用于防塵服填料，使非織造布產(chǎn)品技術(shù)含量更高，科技附加值更大，應(yīng)用范圍更廣，從而能為非織造布生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過親水改良及復(fù)合工藝優(yōu)化試驗(yàn)，可提高丙綸熔噴非織造布的人體親和性，結(jié)合其良好的過濾效果，可實(shí)現(xiàn)對粉塵、細(xì)菌、冷熱氣流等外界危害具有高阻隔性能的服用新型復(fù)合材料。對工藝優(yōu)化后填料的過濾效果、透氣性等進(jìn)行測試，實(shí)現(xiàn)填料對0.3～1.0μm的直徑微粒過濾效果良好，對于3μm左右的粉塵已經(jīng)達(dá)到了完全過濾，過濾效果為100%，同時(shí)填料透氣率的平均值達(dá)到428.62×103m3/s，遠(yuǎn)超國內(nèi)外常規(guī)過濾布的透氣性能。可見其過濾效率高，阻隔性能好，透氣性能優(yōu)異。

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