廢舊服裝纖維的植被修復材料性能研究*

(南通大學紡織服裝學院，南通，226007)

植被修復是恢復建筑及道橋施工對生態環境破壞的重要手段，這項技術已被廣泛應用于堤壩綠化、公路護坡生態防護[1]。目前普遍將經過抗紫外線處理的聚丙烯(PP)纖維非織造材料作為公路護坡植被修復材料，既增加了成本，又不利于環保。

服裝用材料主要是化學纖維和天然纖維，一件化學纖維服裝需要消耗一定的石油，一件純棉服裝也消耗了棉花種植、施肥、收割、紡織和印染等各環節的資源和能源，如果廢舊服裝不能再循環利用，那就意味著資源和能源的巨大浪費[2]。日本東京一家服裝制造商Onward Kashiyama 公司將回收售出的服裝產品重新做成紗線，然后生產手套和地毯[3]。本文借鑒相關技術，獲取廢舊服裝中的棉纖維，并與PP纖維、麻纖維混合，開發植被修復材料，研究不同結構對材料梯度降解性能和植被修復性能的影響，獲得結構穩定、性能符合要求且能梯度降解的環境友好型植被修復材料。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

廢棉：來自廢舊棉服裝開花的再生纖維，纖維主體長度8～9 mm。

PP：纖維長度64 mm，線密度3.3 dtex，斷裂強度4.5 cN/dtex。PP纖維是實現制品高強低伸力學性能、輕量化特性及梯度降解性能的主要成分。

黃麻：纖維切斷長度100 mm左右[4],回潮率12.6%，斷裂強度2.7 cN/dtex，斷裂伸長率3.1%。黃麻纖維是實現制品高強低伸力學性能、抗蟲害性能及梯度降解性能的重要成分。

1.2 試樣制備

以一定質量分數的棉/麻/PP纖維為原料，采用不同的鋪網結構制備面密度為270(1±5%) g/m2的針刺氈試樣。鋪網結構包括一層結構、二層結構和三層結構。一層結構是將棉、黃麻、PP纖維按配比一起混合開松，再梳理成網，利用針刺加固方法，對纖維網進行加固，制成針刺氈；二層結構是將麻纖維單獨開松成網，棉和PP纖維混合開松成網，然后將兩者層疊針刺制成針刺氈；三層結構是將棉、黃麻、PP纖維按總體質量要求分別開松梳理成網，然后再按黃麻在表層、PP在中層、棉在底層的次序層疊針刺制成針刺氈。

1.3 降解試驗

以土埋法進行降解試驗，試樣掩埋深度5～10 cm，時間節點為0、24、48、72、96 d，到預定的時間取樣、清洗、干燥，經調溫調濕處理，測試試樣的質量損失、強力損失。采用KYKY 2800-B型掃描電子顯微鏡(SEM)表征植被修復材料表層、中層、底層的表觀形態[5]。

1.4 植被修復試驗

植被修復試驗是在相同自然環境下，將植被種子種植在不同試驗箱內。1號、2號、3號試驗箱分別覆蓋一層結構、二層結構和三層結構試樣，4號試驗箱不覆蓋試樣，觀察比較同一時間段內植被生長情況，以草籽發芽時間及植被生長高度來表征。

2 結果與討論

2.1 材料的降解性能

取棉/麻/PP纖維的質量比為2∶3∶5，針刺密度為325刺/cm2，面密度為270(1±5%)g/m2的三種鋪網結構試樣，對試樣進行降解試驗。不同結構植被修復材料的質量損失及拉伸強力隨時間的變化關系如表1、表2和表3所示。

表1 試驗周期內植被修復材料的質量損失

表2 試驗周期內植被修復材料的縱向強力損失

表3 試驗周期內植被修復材料的橫向強力損失

由表1可知，在0～48 d時間段內，試樣的質量變化較小；在48～72 d時間段內，試樣質量損失快速增加；在72～96 d時間段內，試樣質量損失較小。這是因為在0～72 d的時間范圍內降解的主要是棉纖維，其間只有部分麻纖維降解；在72～96 d內棉纖維已基本完成降解，而麻的降解速度較慢，所以試樣的質量損失較小，符合梯度降解的要求。其中三層結構材料質量損失更大，降解更徹底。

由表2和表3可知，三種不同復合結構植被修復材料初期強力損失較小，24 d后強力迅速降低。因為棉/麻/PP試樣始終處在弱酸性濕潤土壤包覆中，隨著降解時間延長，棉、麻纖維吸濕水解，纖維表面被刻蝕，加之土壤中微生物等因素的影響，棉、麻纖維降解斷裂，試樣強力下降。

2.2 降解前后試樣的微觀狀態

由圖1可見，植被修復材料在土埋96 d后，棉纖維基本完成降解，電鏡下已經找不到具有天然卷曲的扁平帶狀棉纖維；PP纖維表面只有少量凹槽刻蝕，降解不明顯；麻纖維表面出現了明顯的結構松散及裂痕凹槽，即表現出部分降解。三層結構針刺植被修復材料中PP處于黃麻纖維下方，避免了材料使用初期日光對PP纖維的直射，在植被形成過程中表面麻纖維降解后PP纖維再降解，符合梯度降解設計要求。棉纖維處于底層既有利于與基面貼合，也有利于植被生長初期的營養物質補充。針刺作用使纖維之間互相纏結穿透，形成具有穩定結構及性能的制品，針刺結構留下的特殊空隙結構還有利于雨水滲透。

圖1 三層結構不同纖維層降解的SEM照片

2.3 材料的植被修復性能

植被修復試驗的前22 d的平均氣溫為11 ℃，平均濕度為51%，試驗箱置于室內的陽面平臺上。各試驗箱中種子發芽及生長情況如表4及圖2所示。

表4 試驗箱中植被發芽情況

圖2 植被生長情況

結果表明，1、2、3號試驗箱覆蓋了植被修復材料，植被發芽時間分別為第16、18和17天，而未覆蓋植被修復材料的4號箱中植被發芽時間為第22天，植被發芽時間明顯滯后。這是由于試驗期間氣溫偏低，覆蓋植被修復材料有利于試驗箱保溫，從而有助于植被發芽。1、2、3號試驗箱的植被生長平均高度均大于未覆蓋植被修復材料的4號箱，即制品梯度降解過程向土壤提供了有機質補充，促進了植物生長。1、2、3號箱中植被生長情況也存在差異，說明材料結構對植被修復性能有一定影響，但三類材料均有利于植被修復。

3 結語

(1)植被修復材料的降解主要發生在48～72 d時間段內，在72～96 d時間段內試樣質量損失減小，符合梯度降解要求。三層結構材料的降解更徹底。

(2)植被修復材料土埋96 d后，棉纖維降解基本完成；PP纖維表面只有少量凹槽刻蝕；麻纖維出現明顯結構松散及裂痕凹槽，即實現了部分降解。三層復合植被修復材料符合棉先降解、麻在其后降解、PP纖維最后降解的梯度降解設計要求。

(3)覆蓋植被修復材料的1、2、3號試驗箱中，植被發芽時間及植被生長平均高度均優于未覆蓋植被修復材料的4號箱，即三種結構植被修復材料均有利于植被修復。

[1] 程洪，張新全.草本植物根系網固土原理的力學試驗探究[J].水土保持通報，2002，22(5)：20-23.

[2] 陶輝，王小雷，PAMMI Sinha.廢棄紡織服裝再循環利用方法研究與再思考[J]．國際紡織導報,2009(12)：43-45.

[3] 郭文怡.日本如何回收再利用纖維制品[J].中國纖檢，2010(10)：75-76.

[4] 劉桂陽.黃麻/PHB復合材料性能研究[J].產業用紡織品,2010,28(6)：19-21.

[5] 康寧.含纖維素紡織品土埋法測試防腐性能研究進展[J].中國纖檢，2012(6)：46-48.