抗老化聚丙烯無紡布的應(yīng)用進(jìn)展

劉金龍++韓培廣

摘要：無紡布又可以稱之為非織造布，其質(zhì)地柔軟，透氣性良好，主要由隨機(jī)排列、定向排列的纖維經(jīng)過粘合等形式組合制成，不僅工藝流程較短，而且生產(chǎn)效率高，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、土工綠化中。另外，從其應(yīng)有優(yōu)勢看，抗老化聚丙烯無紡布的耐磨性好，不易起球，耐酸堿與化學(xué)腐蝕，不霉不蛀，其原料包括丙綸、錦綸、桑蠶絲及醋酸纖維等等。本文主要對抗老化聚丙烯（PP）無紡布應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行研究，并對其老化機(jī)理、試驗(yàn)方法等進(jìn)行了簡答的研究。

關(guān)鍵詞：抗老化聚丙烯無紡布；應(yīng)用；進(jìn)展

無紡布有著較高的經(jīng)濟(jì)效益，其種類繁多，應(yīng)用廣泛，其原料不僅包括了棉等天然纖維，還包括了粘膠、聚丙烯等化學(xué)纖維，無毒無害，且色彩豐富，有著極強(qiáng)的耐磨性、耐酸堿性與耐化學(xué)腐蝕性，且不會發(fā)霉、蟲蛀，是無紡布中生產(chǎn)規(guī)模最大的一種。從其功能劃分看，可分為抗菌、親水、抗靜電、抗老化、阻燃等類別，主要用于醫(yī)療衛(wèi)生、保健、工農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、土木水利、家庭裝飾等范疇。本文主要研究的是抗老化型PP無紡布的應(yīng)用狀況，并綜述如下：

1.應(yīng)用領(lǐng)域

1.1土工綠化

PP無紡布因其加強(qiáng)的耐堿耐酸性、耐霉菌及耐蟲蛀、抗分解、抗風(fēng)化、不易變形等特征，被廣泛應(yīng)用于土工領(lǐng)域中。且其儲運(yùn)便捷，價(jià)格相對低廉，從其功能看，主要包括加強(qiáng)、隔離、過濾、排水等，可被應(yīng)用于堤壩建筑及鐵路、機(jī)場與公路設(shè)施建筑中。其中，在鐵路建設(shè)方面，可結(jié)合其特性，來有效解決路基翻漿冒泥等風(fēng)險(xiǎn)；而在堤壩建筑中，通過鋪設(shè)此類土工布可以有效抵御土壤沖蝕，避免河岸塌陷，并用于地下排水與擋土墻、軟土基礎(chǔ)排水等施工過程中[1]。此外，在城市建筑中，抗老化PP無紡布可用于草坪綠地種植，不僅對環(huán)境的危害較小，而且能夠保溫，便于灌溉，即便在休眠期與枯黃期也可以讓草坪變得生機(jī)勃勃，且養(yǎng)護(hù)方便，能夠降低施工強(qiáng)度，并提升草坪美觀度，可重復(fù)使用。當(dāng)然，該種紡布還可運(yùn)用高速公路的護(hù)坡綠化及山體巖石噴播植草中。

1.2農(nóng)業(yè)種植

以往的農(nóng)用PP無紡布在陽光的長時(shí)間照射下，容易出現(xiàn)老化、開裂等現(xiàn)象，壽命周期較短。而抗老化型的PP無紡布則是由聚酯、PP原料等加工制成，其中PP含量較高，無論是對水分還是空氣都有極強(qiáng)的滲透性，且可滲透化學(xué)藥劑，結(jié)構(gòu)相對疏松，能夠與殺蟲藥劑、化肥等共同使用。另外，抗老化型PP無紡布還具備良好的微氣候調(diào)節(jié)作用，不僅能夠隔熱、保溫，還可以有效抵御紫外線，從而有效改善植物的生長環(huán)境。從其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域看，主要用于農(nóng)作物覆蓋、植物生長基質(zhì)、溫室大棚、農(nóng)田水土保護(hù)等。由于抗老化型PP無紡布的成本較低，且加工流程短，且韌性、強(qiáng)度良好，有著較好的力學(xué)性能，可以重復(fù)使用，容易回收等，因此可以為農(nóng)業(yè)種植提供良好的保障。

1.3工業(yè)生產(chǎn)

除了建筑行業(yè)與農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域，抗老化型PP無紡布因其符合環(huán)境友好的特征，也被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，包括車頂棚、汽車隔音與隔熱內(nèi)飾件、儀表板、發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋襯里中。尤其在汽車內(nèi)飾件上，由于很多制造商希望使用具有較強(qiáng)耐久性、耐蝕性的材料，而不是以無法回收的泡沫材料代替，因此抗老化型PP無紡布便被運(yùn)用其中。當(dāng)然，在其他領(lǐng)域，如戶外廣告牌、戶外運(yùn)動(dòng)服、遮陽帽、遮陽傘積及帳篷、戶外家紡中，抗老化型PP無紡布也有著廣泛的應(yīng)用空間。

2.PP無紡布老化機(jī)理

在PP無紡布的加工中，由于材料自身結(jié)構(gòu)及加工時(shí)溫度、光照、氧化等因素的影響，因此容易老化降解，并出現(xiàn)粉化、變色與脆裂等現(xiàn)象，使得斷裂伸長率與斷裂強(qiáng)力降低，不僅縮短了產(chǎn)品使用年限，而且造成了較大的材料浪費(fèi)，且廢棄制品難以在自然條件有效講解，容易造成環(huán)境污染。從其老化機(jī)理看，主要由其基體樹脂PP材料老化所導(dǎo)致，加之PP材料本身結(jié)構(gòu)、殘留雜質(zhì)，及無機(jī)填料、助劑等的使用，使得材料在加工中容易受到溫度、氧氣的影響而出現(xiàn)熱氧老化、螺桿剪切等。同時(shí)，在使用過程中，若是長時(shí)間暴露于紫外線、氧氣下，也容易出現(xiàn)光氧老化[2]。（1）其中，熱氧老化與機(jī)械剪切主要是由于PP材料在加工時(shí)，受到料筒、螺桿剪切擠壓，使得大分子鏈上的碳一碳化學(xué)鍵出現(xiàn)斷裂，再加上受到溫下的影響，致使分子鏈斷裂后的大分子碳自由基與氧反應(yīng)，而形成了氫過氧化物，并進(jìn)一步被分解為RO？含氧自由基、-OH氫氧自由基，加快了自動(dòng)氧化反應(yīng)，使得材料相對分子質(zhì)量降低，并致使其斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率降低。（2）光氧老化。紫外線可以切斷PP分子鏈，并在氧的作用之下發(fā)生光氧化反應(yīng)，使得PP抗光氧老化性能降低。從PP無紡布生產(chǎn)看，主要由經(jīng)噴絲制成，其直徑較細(xì)，容易與氧、紫外光大面積接觸，從而發(fā)生光氧老化，并致使PP分子鏈斷裂。

3.老化實(shí)驗(yàn)

殷保璞[3]等人運(yùn)用了大氣暴露法，對PP SMS無紡布材料進(jìn)行了耐光老化性能研究，并從產(chǎn)品強(qiáng)力、微觀形態(tài)與紅外光譜、結(jié)晶度等方面進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移，PP無紡布斷裂強(qiáng)力會隨之降低，并在6個(gè)月之后，其強(qiáng)力損失率基本消失，并達(dá)到100%，而結(jié)晶度因老化破壞也明顯降低。

凌天清、李東升[4]等人則利用陽光型碳弧燈進(jìn)行模擬光源實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PP非織造土工布在老化前后，其伸長率與強(qiáng)度均會發(fā)生較大的變化。在實(shí)驗(yàn)中，主要通過紫外照射，在300h之后，發(fā)現(xiàn)材料伸長率降低了39.1%，而抗張強(qiáng)度則降低了45%，表明紫外線是造成PP非織造布降解老化的主要原因之一。

王飛、王浩江[5]等人采用PP：S1040，臺灣臺化及光穩(wěn)定劑、抗氧劑等，并用Q-Sun Xe-3HS作為氙燈人工耐候試驗(yàn)機(jī)，用H10K-S型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，將PP與抗氧劑、光穩(wěn)定劑等按照配比經(jīng)過高速攪拌機(jī)混合后，通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，其溫度控制在150℃-170℃左右，制成60g/㎡的無紡布，并與未添加抗老化母粒所制成的的無紡布，與添加進(jìn)口抗老化母粒制成的無紡布進(jìn)行對比。在測試中，主要以ASTM F155-13為標(biāo)準(zhǔn)，其輻照度控制在（340nm）0.35W/㎡，溫度在63℃左右，噴水周期為18min噴水/102min無水，之后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗老化母粒LS-133W中所用的載體樹脂跟無紡布PP基體樹脂有極強(qiáng)的相容性、熔體流動(dòng)性，能夠跟基體樹脂混合，并與抗老化助劑均勻分散，有著極強(qiáng)的高溫耐熱性能，且加工穩(wěn)定性強(qiáng)，不易出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象。

4.提升PP無紡布抗老化性能的措施

為了有效提升PP無紡布抗老化性能，需要從制品表面開始，并適當(dāng)增加制品厚度，來延長其使用年限，并通過涂覆、涂布，在外層復(fù)合耐候性良好的材料，來附上防護(hù)層，延緩其老化進(jìn)程。當(dāng)然，也可以在PP無紡布的表面針刺抗光氧老化性良好的聚酯布層，來吸收紫外輻射，達(dá)到防老化效果[6]。同時(shí)，也可以通過添加穩(wěn)定化助劑，包括防老化助劑、納米粒等來提升PP無紡布抗老化性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇仕瓊，易軍.干、濕熱自然環(huán)境氣候下塑料老化-PP老化規(guī)律研究[J].塑料工業(yè)，2013，41（6）：92—95.

[2]Bauer I，Habicher W D，Korner S，et a1.Antioxidant interaction between organic phosphites and hindered amine lightstabilizers：effects during photoxidation of polypropylene II[J].Polymer Degradation and Stability，1997，55（2）：217— 227.

[3]陳光林，殷保璞.雙組份SMS非織造材料耐光老化性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2008（11）13—17.

[4]鄭智能，凌天清，李東升.土工合成材料的光氧老化試驗(yàn)研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，23（6）：67—69.

[5]王飛，王浩江.耐候母粒LS-133W的開發(fā)及其在戶外用PP無紡布中的應(yīng)用研究術(shù)[J].塑料工業(yè)，2015，01（43）：125-128.

[6]嚴(yán)娜娜，李建強(qiáng).SMS非織造布橫縱向機(jī)械性能的差別分析[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，23（1）：14—17.

[7]作者簡介：劉金龍（1976-），男，漢族，安徽寧國，講師，博士，研究方向：控制工程。