棉短絨薄膜的浸漬施膠工藝研究*

裴要果 徐 紅 葉 偉 賈珊珊 羅 軍 李群華 胡文軍 張艷杰

(1.新疆大學(xué)，烏魯木齊，830046; 2.江南大學(xué)，無(wú)錫，214122)

棉短絨薄膜的浸漬施膠工藝研究*

裴要果1徐 紅1葉 偉1賈珊珊1羅 軍2李群華1胡文軍1張艷杰2

(1.新疆大學(xué)，烏魯木齊，830046; 2.江南大學(xué)，無(wú)錫，214122)

采用浸漬法對(duì)棉短絨纖網(wǎng)施膠，制備棉短絨農(nóng)用薄膜。對(duì)三種施膠用的黏合劑進(jìn)行了篩選，用正交試驗(yàn)法研究了浸漬施膠工藝參數(shù)(烘燥溫度、膠液濃度和纖網(wǎng)面密度)對(duì)農(nóng)用薄膜性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:棉短絨薄膜浸漬施膠的最佳黏合劑是聚乙烯醇(PVA)，最優(yōu)工藝參數(shù)是烘燥溫度100℃、膠液中PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、纖網(wǎng)面密度35 g/m2，在此條件下可以制得性能指標(biāo)符合使用要求的綠色環(huán)保型的棉短絨農(nóng)用薄膜。

棉短絨農(nóng)用薄膜，聚乙烯醇，浸漬法，工藝參數(shù)

塑料薄膜因具有提高農(nóng)作物產(chǎn)量和可以讓高寒地區(qū)提前育苗等作用，近20年來(lái)在農(nóng)業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用［1］，但同時(shí)其負(fù)面影響也日趨嚴(yán)重。例如:大量的廢棄農(nóng)膜無(wú)法降解，形成“白色污染”，嚴(yán)重破壞了農(nóng)作物生長(zhǎng)的土壤環(huán)境;塑料農(nóng)膜含有Pb、Cd等穩(wěn)定劑，長(zhǎng)期使用不僅使土壤受到重金屬的污染，影響農(nóng)作物品質(zhì)，而且可通過食物鏈危害到人體健康;塑料農(nóng)膜的大量使用，也加劇了我國(guó)石油資源的緊缺狀況。因此，發(fā)展綠色生態(tài)薄膜材料迫在眉睫。

新疆有豐富的棉花資源，棉紡廠生產(chǎn)中產(chǎn)生的落棉是一種可利用的資源。利用棉紡廠廢棄的棉纖維制造農(nóng)用地膜，在充分利用棉花資源、提高棉花產(chǎn)業(yè)鏈附加值的同時(shí)，還可有效地減少塑料地膜帶來(lái)的污染。本文嘗試采用多種黏合劑對(duì)棉短絨纖網(wǎng)進(jìn)行浸漬施膠，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)試樣進(jìn)行應(yīng)用性能測(cè)試分析，以期為進(jìn)一步開發(fā)綠色環(huán)保型農(nóng)膜提供一定的參考。

1 試驗(yàn)條件

1.1 原料及藥品

原料:棉紡廠的落棉?；覊m含量較多，長(zhǎng)度不均，約在8 mm以下。

藥品:液體石蠟，聚乙烯醇(PVA)粉末，改性骨膠(以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑，采用酸解、共聚交聯(lián)法對(duì)骨膠進(jìn)行化學(xué)改性的自制產(chǎn)物)，殼聚糖(脫乙酰胺率 ＞90.0%)，冰乙酸。

1.2 試樣制備及工藝

1.2.1 纖網(wǎng)的制備

棉短絨經(jīng)除雜、制漿、抄造、定型和 烘干等工序制成非織造纖網(wǎng)，其面密度分別為30、35和40 g/m2。

1.2.2 膠液的制備

(1)改性骨膠

改性骨膠的凝固點(diǎn)較低，在室溫條件下呈液態(tài)，無(wú)需加熱熔融可直接使用，加蒸餾水配制成不同濃度的膠液待用。

(2)PVA溶液

用電子天平取等量的PVA粉末，分別加入一定量的蒸餾水，按照不同濃度要求配制，將其放在水浴鍋內(nèi)加熱至80℃左右，并不斷攪拌直至完全溶解成透明溶液，待用。

(3)殼聚糖溶液

稱取適量的殼聚糖粉末，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為1%的冰乙酸溶液中，在90℃的溫度下攪拌5 min至完全溶解，冷卻備用。

1.2.3 試樣制備

采用化學(xué)黏合成形法。將纖網(wǎng)浸漬在黏合劑膠液中，使黏合劑均勻地分布在纖網(wǎng)面上，通過在網(wǎng)中構(gòu)成無(wú)數(shù)獨(dú)立的黏合點(diǎn)，把纖維黏合在一起，讓棉短絨薄膜達(dá)到一定的強(qiáng)度要求。纖網(wǎng)和黏合劑黏合的工藝流程是:將平整的纖網(wǎng)送入浸漬槽，上膠后的纖網(wǎng)經(jīng)壓輥擠壓，將多余的膠液去除，再經(jīng)烘干、整理制成非織造薄膜試樣。為了提高制成薄膜的透明度，在浸漬施膠前可選用透明劑液體石蠟進(jìn)行處理。

1.3 測(cè)試儀器及測(cè)試指標(biāo)

1.3.1 強(qiáng)力

應(yīng)用DC-KZ300C型電腦測(cè)控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)，按照《最新造紙工業(yè)測(cè)試方法與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》中關(guān)于《紙和紙張抗張強(qiáng)度的測(cè)試方法》(GB/T 453—1989)測(cè)試不同條件下制得的樣品的強(qiáng)力，每個(gè)樣品進(jìn)行10次平行試驗(yàn)。

1.3.2 透氣性與透濕性

透氣性通常以一定條件下樣品的透氣量來(lái)衡量，表示單位時(shí)間內(nèi)透過試樣單位面積的空氣流量。采用 YG461E型數(shù)字式透氣量?jī)x，按照GB/T 5453—1997標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

透濕性表示樣品透過水蒸氣的性能。應(yīng)用YG601-Ⅱ電腦式織物透濕儀，按照 GB/T 12704.1—2009標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品進(jìn)行10次平行試驗(yàn)。

1.3.3 厚度

采用J-HDY04紙厚度測(cè)定儀，測(cè)試不同樣品的厚度。

2 三種黏合劑綜合性能比較試驗(yàn)

分別用改性骨膠、殼聚糖和PVA配制成三種黏合劑膠液，對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行浸漬施膠，并對(duì)其制得的試樣進(jìn)行性能測(cè)試。試驗(yàn)基本參數(shù):纖網(wǎng)面密度35 g/m2，烘燥溫度100℃，膠液中黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%。用三種不同黏合劑浸漬后的試樣其性能測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 用三種黏合劑浸漬后試樣的性能測(cè)試結(jié)果

由表1可以看出:三種黏合劑中，用改性骨膠施膠的試樣雖具有一定的透氣性和透濕性，但干強(qiáng)和濕強(qiáng)均較低;用PVA施膠的試樣在透氣性和透濕性方面雖稍遜于用殼聚糖施膠的試樣，但在干強(qiáng)、濕強(qiáng)和厚度方面的性能均優(yōu)于后者;用殼聚糖施膠的試樣成本是用PVA施膠的試樣成本的近3倍，這在實(shí)際應(yīng)用中大大增加了推廣殼聚糖黏合劑的難度。綜合考慮樣品性能和農(nóng)膜成本等因素，最終本試驗(yàn)確定PVA為理想的黏合劑，并對(duì)其黏合效果作進(jìn)一步的研究和分析。

3 PVA施膠試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

影響棉短絨農(nóng)膜性能的主要因素是棉短絨薄膜的面密度、膠液的濃度和烘燥溫度，通過預(yù)試驗(yàn)和參考有關(guān)資料，對(duì)三個(gè)因素的水平定量見表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表

對(duì)經(jīng)過施膠后的試樣進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，且以透氣性、透濕性、強(qiáng)力和試樣厚度作為參考指標(biāo)，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果討論

3.2.1 斷裂強(qiáng)力

試樣斷裂強(qiáng)力的極差分析結(jié)果見表4。

由表4數(shù)據(jù)可知，膠液濃度對(duì)樣品的干強(qiáng)和濕強(qiáng)影響最大。隨著膠液濃度的增加，強(qiáng)力呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì);當(dāng)膠液中PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，干強(qiáng)和濕強(qiáng)最大。樣品的強(qiáng)力主要靠纖維間的抱合和疊加作用實(shí)現(xiàn)。當(dāng)膠液浸透了棉纖維之間的空隙后，纖網(wǎng)就成了膜體，纖維被牢牢黏合在一起。隨著膠液濃度的增大，試樣的斷裂強(qiáng)力有明顯的增加，但當(dāng)膠液中PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到3%時(shí)，斷裂強(qiáng)力有所降低，手感變硬。這是因?yàn)楫?dāng)纖維表面的膠液量增加到一定程度時(shí)，纖維表面和纖維間隙中的膠液已處于飽和狀態(tài)，再增加膠液濃度，膠液也很難再在纖維表面積累，此時(shí)的試樣比較硬且脆，影響到斷裂強(qiáng)力。

表3 以PVA為施膠液的正交試驗(yàn)結(jié)果

表4 斷裂強(qiáng)力的極差分析

3.2.2 通透性能

試樣通透性能的極差分析結(jié)果見表5。

表5 通透性能的極差分析

由表5數(shù)據(jù)可知，影響試樣通透性的主要因素依次是烘燥溫度、膠液濃度和纖網(wǎng)面密度。烘燥溫度會(huì)直接影響膠膜的鋪展，進(jìn)而影響施膠效果。當(dāng)烘燥溫度為80℃時(shí)，試樣表面有可見的孔隙及裸露的纖維，這表明在80℃的烘燥溫度下膠液不能使試樣中的纖維很好地黏合，其對(duì)試樣的覆蓋性較差;當(dāng)烘燥溫度達(dá)到120℃時(shí)，施膠膜鋪展均勻，但是試樣的顏色偏黃，手感變硬且脆，不適于實(shí)際應(yīng)用;而當(dāng)烘燥溫度為100℃時(shí)，施膠液得到很好的浸透鋪展，膠膜鋪展均勻，覆蓋較好，同時(shí)具有較好的通透性。

3.2.3 厚度

試樣厚度的極差分析結(jié)果見表6。

表6 厚度的極差分析

由表6數(shù)據(jù)可知，三個(gè)因素對(duì)試樣厚度的影響程度是纖網(wǎng)面密度＞膠液濃度＞烘燥溫度，試樣本身的面密度較大時(shí)，其厚度也相應(yīng)變大。在保證試樣各項(xiàng)性能的前提下，面密度以35 g/m2為最佳。

從試驗(yàn)結(jié)果還可得知:在纖網(wǎng)面密度一定的情況下，如果膠液濃度增加，薄膜厚度也有增大的趨勢(shì);烘燥溫度直接影響膠膜的鋪展，若溫度過低，非織造纖網(wǎng)不易烘干，容易起毛且表面不平整，進(jìn)而影響試樣厚度的均勻性。

綜上分析，較優(yōu)的工藝組合為A2B2C2，即烘燥溫度為100℃、膠液中PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，纖網(wǎng)面密度為35 g/m2。

4 結(jié)論

(1)在本研究所選用的改性骨膠、PVA和殼聚糖三種黏合劑中，對(duì)于制造農(nóng)膜PVA是最為合適的黏合劑。

(2)用PVA膠液對(duì)纖網(wǎng)進(jìn)行浸漬施膠，其最優(yōu)工藝參數(shù)為:烘燥溫度100℃，膠液中PVA質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，纖網(wǎng)面密度35 g/m2。在該條件下可以制得性能指標(biāo)符合使用要求的綠色環(huán)保型的棉短絨農(nóng)膜。

［1］呂江南，王朝云，易永健.日本農(nóng)用地膜生產(chǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀考察報(bào)告［J］.中國(guó)麻業(yè)科學(xué)，2007，29(6):358-363.

［2］柯勤飛，靳向煜.非織造學(xué)［M］.上海:東華大學(xué)出版社，2004.

［3］盛偉，羅軍.紙基棉短絨地膜的研制與表征［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2009，27(3):9-12.

［4］黃晨，韓曉建，方麗娜.浸漬粘合法制備棉絲非織造地膜及其表征［J］.紡織學(xué)報(bào)，2007，28(12):1-2.

［5］邱輝，李仲謹(jǐn)，朱雷，等.改性骨膠膠黏劑的制備與表征［J］.科研報(bào)告，2009，18(11):1-3.

Study on impregnation and sizing process to cotton linter film

Pei Yaoguo1，Xu Hong1，Ye Wei1，Jia Shanshan1，Luo Jun2，Li Qunhua1，Hu Wenjun1，Zhang Yanjie2
(1.Xinjiang University; 2.Jiangnan University)

Cotton linter film web was sized by impregnation treatment and prepared cotton linter film for agriculture.Three kinds of adhesives were selected and by orthogonal experiment influence of impregnation process parameters such as dry temperature and latex concentration as well as web area density on property of agriculture film were studied.The results indicated that the optimum adhesive used as impregnation latex was PVA，and the optimum process parameters were dry temperature of 100℃，PVA mass fraction of 2%in latex and web area density of 35 g/m2.Under the above process conditions environmental friendly cotton linter agriculture film with acceptable performance could be prepared.

cotton linter film for agriculture，PVA，impregnation，technique parameter

TS174.4

A

1004－7093(2012)07－0025－04

*新疆維吾爾自治區(qū)教育廳項(xiàng)目(XJEDU2008I36);新疆大學(xué)校院聯(lián)合資助項(xiàng)目(07020423)

2011－09－26;修改稿:2012－02－20

裴要果，女，1987年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是新型紡織材料。