聚丙烯非織造布拒水整理對葡萄套袋微環(huán)境的影響

李繼豐，杜兆芳，董丹丹，顏家俊, 許云輝, 梅 毓

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學 輕紡工程與藝術(shù)學院，安徽 合肥 230036；2. 包河區(qū)大圩鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務站，安徽 合肥 230041)

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聚丙烯非織造布拒水整理對葡萄套袋微環(huán)境的影響

李繼豐1，杜兆芳1，董丹丹1，顏家俊2, 許云輝1, 梅 毓1

(1. 安徽農(nóng)業(yè)大學 輕紡工程與藝術(shù)學院，安徽 合肥 230036；2. 包河區(qū)大圩鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務站，安徽 合肥 230041)

為提高普通聚丙烯(PP)非織造布拒水性以及獲取果實套袋對生長微環(huán)境影響狀況等信息，以水性聚氨酯(PU)為交聯(lián)劑，用氟系拒水劑對PP非織造布進行拒水整理，通過正交試驗分析拒水劑質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度、浸潤時間、焙烘溫度對整理后拒水效果、透氣率、透光率、斷裂強力的影響，并得出最優(yōu)整理工藝。用非織造布制袋并進行葡萄套袋下田試驗，測量果袋內(nèi)外日均光照強度、溫度、濕度，探究拒水PP套袋對果袋內(nèi)微環(huán)境和葡萄果實品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，影響拒水整理的因素主次排序及最佳工藝分別為：焙烘溫度130 ℃；拒水劑質(zhì)量濃度40 g/L；浸潤時間10 min；水性PU質(zhì)量濃度3 g/L。整理后PP果袋拒水性提高60%。

聚丙烯；拒水整理；非織造布；葡萄套袋；微環(huán)境

聚丙烯(PP)非織造布作為一種環(huán)保材料，因成本低、性能佳而被廣泛應用于包裝材料、農(nóng)業(yè)果樹栽培、覆蓋大棚、果實套袋等領(lǐng)域[1-2]。有研究表明，PP非織造布作為果袋具有一定的透氣、調(diào)光功能[3]，可調(diào)控果袋內(nèi)環(huán)境條件平緩變化，使果袋內(nèi)極端溫度和濕度持續(xù)時間比紙袋少20%～80%[4]，有效降低果實日灼病和爛果率[5-8]。然而對于普通PP非織造布來說，其拒水性能仍需強化。使用氟系拒水劑，以水性聚氨酯作為交聯(lián)劑[9-11]對非織造布進行拒水整理，可提高PP非織造布拒水效果并改善非織造布套袋在使用過程中的耐久性。套袋能降低果實爛果率，提升果實糖酸比和口感，有利于果實的銷售量，提高果實利用價值和農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟效益。本文通過正交試驗分析拒水劑質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度、浸潤時間、焙烘溫度對PP非織造布拒水影響并得出最優(yōu)整理工藝；通過制袋、果穗套袋對比試驗，分析套袋對袋內(nèi)光照強度、溫度、濕度以及果實品質(zhì)的影響，為相關(guān)領(lǐng)域的應用提供技術(shù)參考。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

試驗材料：紡粘PP非織造布，含氟拒水劑菲克斯YF-659(盈豐達紡織助劑實業(yè)有限公司)，水性聚氨酯(含固率為38%，青島潔恩特化工)，滲透劑JFC-E(臨沂綠森化工有限公司)，異丙醇(國藥集團化學試劑有限公司)，去離子水。

試驗儀器：ZGJ-850型小型浸軋樣機(無錫瑞佳精機有限公司)；DZF-6053型真空干燥箱 (上海一恒科學儀器有限公司)；JC2000D 3B型接觸角測量儀(北京中儀科信科技有限公司)；YG(B)461E型數(shù)字式織物透氣性能測定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)；TASI-8721型數(shù)字式照度計(上海精密儀器儀表有限公司)；YG(B)026D-250型電子織物強力機(溫州大榮紡織儀器有限公司)；UV-3600型紫外-可見分光光度計(日本島津儀器公司)；KJT-TA218A型電子式溫濕度計(北京理弘遠見科貿(mào)有限公司)；BS210S型全自動光電天平(北京塞浦路斯儀器有限公司)。

1.2 拒水整理工藝

配制拒水整理液(由拒水劑、JFC滲透劑2 g/L、水性聚氨酯組成)，按浴比1∶100將非織造布浸漬于30 ℃整理液中處理一段時間，經(jīng)浸軋(軋液率為150%)后，于80 ℃預烘5 min，不同溫度下焙烘3 min。洗滌條件為：浴比1∶30，洗滌劑1 g/L,水洗溫度40 ℃，水洗時間15 min，漂洗，烘干即可。

1.3 制袋與套袋

經(jīng)剪裁、縫合制成35 cm×30 cm的 PP非織造布果袋。選用合肥市大圩鎮(zhèn)葡萄園玫瑰香葡萄作為試材，于2015年7月10日—9月10日進行套袋試驗。在枝蔓健壯、負載量基本一致、采光方向一致的樹上各選5串果穗用拒水PP果袋、未處理PP果袋、紙質(zhì)果袋作套袋處理，并以不做處理果穗為對照組，進行套袋微環(huán)境測試對比試驗。

1.4 測試方法

1.4.1 接觸角測試

采用量角法測試接觸角，將液滴直接滴在織物表面，通過接觸角測試儀投影到計算機屏幕上，直接測量氣-液界面和固-液界面兩切線將液相夾在中間時所形成的角，從而測量接觸角大小。

1.4.2 拒水等級測定

參考AATCC-193—2004《對水性溶液的抵抗性：抗水/乙醇溶液測試》，將異丙醇與去離子水以不同比例(體積)混合，配制標準測試液體系。檢測試樣拒水等級，每個試樣測5次，取其平均值。

1.4.3 透氣率測試

根據(jù)GB/T 5453—1985《紡織品織物透氣性的測試》，選擇合適噴嘴和孔徑，每塊織物取5個點，在織物透氣性能測定儀測試織物的透氣率，結(jié)果取其平均值。

1.4.4 透光率測試

通過數(shù)字式照度計，利用如下公式計算果袋透光率。

式中：T為果袋透光率，%；Eo為果袋外光照強度，lux；Ei為果袋內(nèi)光照強度，lux。

1.4.5 斷裂強力測試

參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》，利用電子織物強力機測試織物強力。

1.4.6 光照強度和溫濕度測試

套袋試驗中，用數(shù)字式照度計、電子式溫濕度計探針置于果袋內(nèi)外，記錄1 d內(nèi)果袋內(nèi)外的光照強度和溫濕度變化。

1.4.7 果實品質(zhì)測試

在果實成熟期取樣，按如下公式計算果實爛果率和內(nèi)在品質(zhì)。

式中：S為爛果率，%；N為每果穗爛果粒數(shù)；M為每果穗總果粒數(shù)。

利用電子天平稱量葡萄單果質(zhì)量；采用蒽酮比色法測定總糖含量；用0.1 mol/L的NaOH中和滴定法測量總酸含量；采用紫外-可見分光光度法測定果實維生素C含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 拒水整理正交試驗的工藝優(yōu)化

在PP非織造布拒水整理單因素試驗基礎(chǔ)上，考慮到因子之間協(xié)同效應，利用正交試驗分析各因子影響大小并得出最佳整理條件。選取拒水劑質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度、浸潤時間、焙烘溫度4個因子進行L9(34)正交試驗，如表1所示。取整理后PP非織造布與水接觸角、透光率、透氣性、斷裂強力為考核指標，確定整理最佳工藝，結(jié)果如表2所示。

表1 因子水平表Tab.1 Factors level table

表2 正交試驗結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal experiment

表3示出極差分析結(jié)果。極差越大，說明該因素對實驗指標的影響越大，越重要。由表可知，對PP果袋拒水整理后的性能影響因素主次順序為D>A>C>B，即焙烘溫度對拒水整理效果影響最大，拒水劑質(zhì)量濃度次之，浸潤時間、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度最小。拒水整理是在纖維集合體間隙和表面形成一定的拒水膜。焙烘溫度直接影響拒水劑和交聯(lián)劑在纖維表面成膜性，合適的焙烘溫度使整理劑在PP非織造布表面可形成均勻致密的拒水薄膜層；拒水劑質(zhì)量濃度影響纖維和纖維集合體表面拒水膜的表面張力，從而直接影響拒水效果；浸潤時間及交聯(lián)劑質(zhì)量濃度分別影響拒水劑的擴散和成膜穩(wěn)定性，也間接影響整理后織物拒水性能。由均值綜合計算分析得出，PP果袋拒水整理的優(yōu)化工藝為A3B3C1D3，即：拒水劑質(zhì)量濃度40 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度5 g/L，浸潤時間10 min,焙烘溫度130 ℃。此時PP非織造布果袋拒水性好、透氣率、透光和斷裂強力較高，拒水整理后織物表面整理劑交聯(lián)成膜完整。最優(yōu)拒水工藝整理后PP非織造布面密度增加，拒水性提高60%，透氣率、透光率和干濕斷裂強力分別下降16.2%、3.5%、4.5%、3.1%；與紙袋相比，拒水PP面密度略高，但透氣率、透光率分別是紙袋的68倍和2.1倍；濕態(tài)處理拒水PP非織造布果袋和紙袋斷裂強力損失率分別為6.1%、62.1%。

表3 極差分析結(jié)果Tab.3 Range analysis results

2.2 拒水整理對PP非織造布拒水性能影響

根據(jù)得出的最佳整理工藝對非織造布進行拒水處理，以水滴在非織造布表面的接觸角來直接反映拒水性能。整理前后水滴在非織造布表面的形態(tài)和接觸角分別如圖1(a)、(b)所示。由圖看出：整理前非織造布有一定的拒水性，水滴靜態(tài)接觸角平均值為120.0°；整理后非織造布的拒水性能得到顯著提高，水滴靜態(tài)接觸角均值達到147.2°。這是由于表面張力較低的拒水整理劑在非織造布的纖維集合體間隙和表面交聯(lián)成膜，使整理后織物表面張力遠低于水的表面張力，從而使非織造布表面具有更好的拒水效果。

圖1 布面水滴靜態(tài)接觸角Fig.1 Static contact angle of water drop on fabric cover.(a) Before treatment; (b) After treatment

2.3 拒水整理果袋對葡萄生長微環(huán)境影響

強日照、極端溫濕度是引起果實日灼病和爛果率的主要因素[12]，通過田間葡萄套袋試驗利用照度計、溫濕度儀，測試葡萄果穗在普通PP非織造布套袋、拒水整理套袋、紙質(zhì)套袋下袋內(nèi)外日均光照強度、溫濕度變化，對比分析微環(huán)境變化趨勢，以不套袋作為對照組。葡萄果實生長時光照強度平均日變化如圖2所示。可看出：袋內(nèi)外光照強度在一天中從早上8點至下午6點，隨著外界日光變化，光照強度先增后降；套袋組的日均光照強度都小于不套袋對照組，光照強度極差較小。由于光照中部分紫外光能降解葉綠素，促進類胡蘿卜素合成，使果實褐變，從而光照直接參加果實日灼病的生化過程[12]。套袋遮光可降低果實受日光照強度、光照產(chǎn)生的附加溫度并緩解光照強度變化，有效防止果實套果袋前后的日灼病發(fā)生。套袋組對比結(jié)果表明，拒水整理PP非織造布的袋內(nèi)光照強度小于普通PP非織造布套袋，大于紙袋，說明拒水整理后非織造布表面的拒水膜有一定的阻光效果，在12：00—14：00保持光照在35～40 lux，可確保果實的有機物傳輸和積累并更好地緩解光照強度變化，不會因產(chǎn)生過多的附加溫度而降低爛果率；紙袋因造紙工藝原因，阻光性能更強，但紙袋透氣性差，受光照會變脆硬，遇風雨天氣又極易受潮破損，耐久性差，使用不經(jīng)濟。

圖2 葡萄果實生長光強微環(huán)境日均變化Fig.2 Microenvironment of light intensity at average diurnal variation for grape fruit growth

果袋內(nèi)外溫度、濕度變化如圖3、4所示。由圖可看出，溫度呈先升后降的趨勢，濕度則是先下降后上升，即在葡萄生長時高溫伴隨著相對的干燥[13]。套袋后袋內(nèi)溫濕度較袋外變化平緩。在14：00時袋外溫度為37.6 ℃，達到最高，濕度最低為39%，袋內(nèi)溫度明顯低于袋外；普通PP果袋內(nèi)溫度最低為36.9 ℃，濕度最低為42%；而經(jīng)拒水整理的果袋內(nèi)的溫度最低為36.1 ℃，濕度最低為45%。由于PP非織造布套袋具有優(yōu)異的透氣透濕性能，有效減緩夏日高溫極端氣候?qū)ζ咸焉L的影響。試驗對比發(fā)現(xiàn)，PP非織造布可提供果實生長所需適宜溫濕度的環(huán)境，不會引起如紙袋套袋帶來的高溫使果實的蒸騰速率加快從而導致的果皮細胞快速失水發(fā)生褐變或非酶性褐變的日灼病[12]。拒水整理PP非織造布套袋內(nèi)溫度和濕度與普通PP非織造布套袋內(nèi)差異不大，較接近自然溫濕度且穩(wěn)定，對果實形成一種溫室效應。綜上分析，拒水PP套袋可有效改善果實袋內(nèi)生長日照強度、溫濕度微環(huán)境，降低果實的日灼病和爛果率[14-15]。

圖3 葡萄果實生長溫度微環(huán)境日均變化Fig.3 Microenvironment of temperature at average diurnal variation for grape fruit growth

圖4 葡萄果實生長濕度微環(huán)境日均變化Fig.4 Microenvironment of humidity at average diurnal variation for grape fruit growth

2.4 拒水整理果袋對葡萄品質(zhì)的影響

正交試驗最優(yōu)工藝下PP拒水果袋、普通PP果袋、紙袋對葡萄漿果品質(zhì)影響如表4所示。與普通PP套袋相比，拒水PP套袋爛果率明顯降低，由5.2%減少到2.0%，果實總糖含量略有下降，降低了0.29%，單果質(zhì)量、果實的可滴定酸及維生素C含量無顯著變化；與紙?zhí)状容^，拒水PP套袋果實爛果率降低了75.0%，總糖含量提高了5.87%，可滴定酸含量下降了8.48%，即糖酸比較高，拒水套袋果實風味更佳[14]。單果質(zhì)量、維生素C含量二者相比差異明顯，且經(jīng)過田間實驗觀察，拒水PP果袋套袋后葡萄果實晶瑩剔透，果皮色澤鮮艷，果粒大。

表4 果袋材質(zhì)對果實品質(zhì)的影響Tab.4 Influence of fruit bag materials on fruit quality

3 結(jié) 論

1)拒水整理后的PP非織造布果袋拒水性得到明顯改善，正交試驗分析對PP果袋拒水整理后的性能影響因素主次順序及最佳工藝依次為焙烘溫度130 ℃、拒水劑質(zhì)量濃度40 g/L、浸潤時間10 min、水性PU質(zhì)量濃度3 g/L。最佳拒水工藝整理后，PP套袋拒水性提高60%，果袋透氣率下降16.2%，透光率、干濕斷裂強力略有下降。與普通紙袋性能比較得出，拒水PP果袋擁有高透氣、透光性及濕強度等特性，果袋質(zhì)量更優(yōu)異。

2)套袋試驗對比分析得出：葡萄經(jīng)拒水PP套袋后，袋內(nèi)微環(huán)境有顯著改善，袋內(nèi)日照強度、溫濕度較袋外變化平緩且穩(wěn)定，可有效降低套袋時和套袋后果實發(fā)生日灼病可能性，并為果實生長提供適宜環(huán)境。

3)拒水PP套袋相較于普通PP套袋降低了爛果率，果實其他品質(zhì)參數(shù)無顯著變化；與紙?zhí)状啾龋芩甈P套袋果實爛果率降低75%，糖酸比增加，葡萄果實品質(zhì)風味更佳。

FZXB

致謝 在田間套袋試驗過程中，得到了合肥都市生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司經(jīng)理龔平和農(nóng)場工作人員的幫助和關(guān)心，在此表示誠摯的感謝。

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Influence of water repellent finished polypropylene nonwoven fabric nonwoven fabric on micro environment of grape bagging

LI Jifeng1, DU Zhaofang1, DONG Dandan1, YAN Jiajun2, XU Yunhui1, MEI Yu1

(1.CollegeofLight-TextileEngineeringandArt,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei,Anhui230036,China; 2.AgriculturalTechnologyServiceStationofBaoheDistrictDaweiTownship,Hefei,Anhui230041,China)

In order to improve water repellency of polypropylene (PP) nonwoven fabric and investigate the influence of bagging microenvironment on growth situation, PP nonwoven fabric with water repellent finishing was prepared using the waterborne polyurethane as crosslinking agent in combination with fluorine based water repellent agent. By orthogonal experiments analysis, the influence of water repellent concentration, crosslinking agent concentration, soaking time and curing temperature on water-repellency, ventilation property and light transmittance were studied and the optimal finishing process was obtained. By bagging experiment for grape in the fields, the light intensity, temperature and humidity of grape fruit bag were measured inside and outside, and the influence of PP nonwoven bags of water repellent finishing of fruit microenvironment on grape fruit quality were investigated. The results show that the primary and secondary factors and the optimal processing of water repellent finishing are curing at 130 ℃, water repellent concentration of 40 g/L , soaking time of 10 min and crosslinking agent of 3 g/L. Water repellent performance of the PP nonwoven grape bag increases by 60%.

polypropylene; water repellency; nonwoven fabric; grape bagging; microenvironment

10.13475/j.fzxb.20160800306

2016-08-01

2017-02-20

安徽省教育廳2013年全省高校省學術(shù)技術(shù)帶頭人及后備人選培養(yǎng)資助項目(皖人社密發(fā)[2013]227)

李繼豐(1993—)，男，碩士生。研究方向為農(nóng)用紡織品和天然纖維材料改性。杜兆芳，通信作者，E-mail:dzf@ahau.edu.cn。

TS 176.4

A