優(yōu)異的非織造材料

文/江南大學(xué)非織造技術(shù)中心、江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄧炳耀 邢劍

優(yōu)異的非織造材料

文/江南大學(xué)非織造技術(shù)中心、江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 鄧炳耀 邢劍

生物基纖維的生態(tài)環(huán)保性，決定了其在非織造材料應(yīng)用中的地位

“目前，我國(guó)纖維新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展主要體現(xiàn)在功能性纖維材料開(kāi)發(fā)與品質(zhì)提升、生物基化學(xué)纖維的產(chǎn)業(yè)化、高性能纖維的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品系列化發(fā)展等方面。”在中國(guó)化纖科技大會(huì)上，中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)端小平，對(duì)我國(guó)纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向進(jìn)行分析，他指出產(chǎn)業(yè)化與產(chǎn)品系列化已成為我國(guó)纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。如今，綠色環(huán)保的發(fā)展理念早已廣為熟知，大力發(fā)展生物基材料是走可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，而實(shí)現(xiàn)生物基材料的國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)品多樣化更是國(guó)之夙愿。

國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相發(fā)展的新材料

非織造材料是介于傳統(tǒng)紡織品、塑料、皮革和紙四大柔性材料之間的材料，具有結(jié)構(gòu)、外觀、性能的多樣性。根據(jù)不同用途可對(duì)其結(jié)構(gòu)、外觀、性能選擇相應(yīng)的原料和加工方式。生物基纖維的生態(tài)環(huán)保性，決定了其在非織造材料應(yīng)用中的地位。

目前，除了生物基原生纖維外，生物基再生纖維（再生纖維素纖維、再生蛋白纖維、海洋生物基纖維）和生物基合成纖維，在服裝用非織造材料、農(nóng)業(yè)用非織造材料、國(guó)防用非織造材料、醫(yī)用衛(wèi)生非織造材料、生物工程材料和保健紡織品等領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。

生物基原生纖維應(yīng)用

棉、麻、絲、毛是最常見(jiàn)的生物基原生纖維的原料，其取材廣泛，并且原料來(lái)源環(huán)保，是最受消費(fèi)者青睞的纖維種類。以生物基原生纖維為基料，通過(guò)水刺、針刺、粘合等非織造加工工藝，可生產(chǎn)滿足日常用途和農(nóng)業(yè)用途的非織造材料。如日本Asahi公司利用棉絨纖維開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的纖維素長(zhǎng)絲紡粘非織造布，具有優(yōu)異的吸液性和生物降解性，在農(nóng)業(yè)用領(lǐng)域，可做無(wú)土栽培基質(zhì)。

生物基原生纖維不僅可以通過(guò)單紡加工滿足非織造材料上的應(yīng)用，而且還可將兩種或兩種以上的生物基原生纖維進(jìn)行混紡，其性能會(huì)更好，應(yīng)用效果更佳。如將亞麻和蠶絲纖維的紡織下腳料利用濕法成網(wǎng)并添加適當(dāng)?shù)恼澈蟿苽涞穆?絲非織造布農(nóng)用地膜，該地膜具有很好的保濕和保溫作用，并且降解后可以提高土壤含氮量。

生物基再生纖維應(yīng)用

（1）再生纖維素纖維

粘膠纖維、秸稈纖維、椰殼等是再生纖維素纖維在非織造材料中使用較多的纖維種類，來(lái)源豐富，并具有良好的生物可降解性。使用再生纖維素纖維制備的非織造材料，廢棄后的處理簡(jiǎn)便易行，符合我國(guó)綠色環(huán)保的政策要求。再生纖維素纖維主要可通過(guò)針刺、水刺和熱粘合的非織造工藝制備非織造材料，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于衛(wèi)生護(hù)理材料、過(guò)濾材料、農(nóng)業(yè)用等領(lǐng)域。

粘膠纖維是再生纖維素纖維最常用的一類纖維，該纖維具有良好的吸濕性、柔軟性、生物安全性等性能。既可以單獨(dú)成網(wǎng)用于非織造材料生產(chǎn)，也可以與其他纖維混合制備非織造材料。其中，粘膠纖維通過(guò)水刺工藝生產(chǎn)的非織造材料具有優(yōu)良的懸垂性、極柔軟的手感、良好的蓬松透氣性、強(qiáng)力高、吸濕性好和不易起毛等特點(diǎn)。

在過(guò)濾材料領(lǐng)域。利用針刺工藝可以將粘膠纖維制備成過(guò)濾材料。粘膠纖維和麻纖維及PA6納米纖維混合后針刺制備的多層非織造材料具有良好的吸油過(guò)濾性能，可應(yīng)用于過(guò)濾領(lǐng)域。

在醫(yī)用衛(wèi)生領(lǐng)域。再生纖維素纖維與蠶絲纖維混合后，再利用水刺工藝加固，可制備用作衛(wèi)生包覆材料的非織造材料；和聚酯纖維混合制備的水刺非織造材料經(jīng)拒水處理后，可制成手術(shù)罩布；和殼聚糖纖維混合，通過(guò)針刺工藝制備的非織造材料具有優(yōu)異的抗菌性能，可用于醫(yī)用傷口敷料材料。

在農(nóng)業(yè)用領(lǐng)域。粘膠纖維和稻草秸稈纖維經(jīng)預(yù)混開(kāi)松后，利用氣流成網(wǎng)并經(jīng)針刺加固制備出的非織造材料可用作無(wú)土栽培基質(zhì)，其具有良好的吸水性并含有大量的微孔，保水保肥效果優(yōu)異，滿足農(nóng)作物對(duì)空氣、水的需要，同時(shí)兩種纖維均生物可降解，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)影響。

目前，國(guó)外一些企業(yè)在農(nóng)業(yè)用無(wú)土栽培基質(zhì)的應(yīng)用方面比較成熟，如英國(guó)Fisons plc公司利用木質(zhì)材料和肥料通過(guò)非織造工藝，生產(chǎn)的非織造材料被用作種子基質(zhì)和生長(zhǎng)基質(zhì)材料。

再生纖維素纖維還可與蛋白纖維混紡，提高纖維的性能。通過(guò)將稻秸稈纖維與廢蠶絲利用濕法成網(wǎng)，添加適當(dāng)?shù)恼澈蟿苽涞姆强椩觳牧峡捎米鞯啬ぃ摰啬げ粌H可在自然狀態(tài)下發(fā)生降解，同時(shí)可以改善土壤特性，提高土壤含氮量。

除了以上提到的再生纖維素纖維以外，作為一種新型環(huán)保型再生纖維纖維，Lyocell纖維在其生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“零”污染，并且該纖維具有良好的生物可降解性、吸濕透氣性、柔軟性和穿著舒適性。通過(guò)將Lyocell纖維進(jìn)行水刺、針刺和熔噴等非織造工藝制備的非織造材料，可用作生產(chǎn)過(guò)濾材料、面膜基材、生物組織工程材料等。

Lyocell纖維還可與殼聚糖纖維混合，并利用水刺工藝制備得到的非織造材料可用作美容面膜基材（CN 103161028A）。原纖化Lyocell纖維制成的纖網(wǎng)與化纖短纖制成的纖網(wǎng)進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)熱粘合工藝制備的非織造材料可應(yīng)用于過(guò)濾領(lǐng)域（JP 2014073432-A）。

（2）再生蛋白纖維

從天然牛乳或植物（花生、玉米、大豆等）中提煉出蛋白質(zhì)溶液，通過(guò)與高聚物物理共混或化學(xué)接枝而紡絲制備得到再生蛋白纖維，其纖維具有良好的物理機(jī)械性能、耐酸堿性、柔軟性和穿著舒適性。

以此纖維為基料，通過(guò)針刺、水刺等非織造工藝可制備非織造材料，同時(shí)其制備的非織造產(chǎn)品也具有良好的親膚舒適性和人體相容性，在衛(wèi)生護(hù)理材料和生物工程材料領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。

膠原蛋白纖維是從廢棄皮屑中提取膠原蛋白，并經(jīng)紡絲制備得到親膚性環(huán)保再生蛋白纖維。通過(guò)針刺工藝制備的非織造材料，在組成和纖維排列上與人體軟骨組織高度相似，多用于制備醫(yī)用軟骨組織。此外，膠原蛋白纖維利用靜電紡絲法還可制備膠原納米纖維，可用于制備生物支架材料。

（3）海洋生物基纖維

海洋生物基纖維的原料來(lái)源于海洋中動(dòng)植物(蝦、蟹的外殼，藻類等)纖維，該類纖維具有良好的物理機(jī)械性能、生物相容性、生物可降解性、抑菌性和吸濕透氣性等，除了在高檔面料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在生物工程材料領(lǐng)域也得到了高度的關(guān)注。

通過(guò)針刺、水刺等非織造工藝制備的海洋生物基非織造材料，其產(chǎn)品可應(yīng)用于生物醫(yī)用材料（醫(yī)用敷料、藥物緩釋基材、口罩等）、個(gè)人衛(wèi)生材料(面膜、紙尿褲等)和生物組織工程材料(人造皮膚、軟骨組織、神經(jīng)組織等)等領(lǐng)域。

上圖：衛(wèi)生護(hù)理材料。

下圖：甲殼素水刺無(wú)紡布。

基于人體傷口的濕性愈合機(jī)理，以海藻纖維為原料，通過(guò)針刺工藝制備的非織造材料，具有高吸濕性、易去除性、高透氧性、凝膠阻塞性，可被用作醫(yī)用敷料使用（CN 103074777A），起到高效止血、保護(hù)創(chuàng)面和促進(jìn)愈合的作用。該工藝制備的非織造材料還具有抑菌、吸濕透濕、舒適健康的保健作用，在口罩領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用(CN 203226301 U)。海藻纖維也可通過(guò)靜電紡的方法制備組織工程復(fù)合支架，并且在生物環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性。

殼聚糖纖維主要是以蝦、蟹、貝等殼類水生動(dòng)物的外殼中提取甲殼素為原料制備得到的海洋生物基纖維。利用針刺工藝制備的殼聚糖非織造材料具有高吸濕性和高濕強(qiáng)度，同時(shí)還具有止血抗菌和促進(jìn)愈合的作用，被廣泛作為醫(yī)用敷料使用(CN 202069768 U)。

通過(guò)水刺工藝制備的殼聚糖非織造材料具備良好的彈性、抗張力性、透濕性、抑菌和生物活性，可被作為人造皮膚在生物組織工程領(lǐng)域使用。同時(shí)還具有保濕、供氧、活化細(xì)胞的功能，被用作濕巾、美容面膜、化妝用布等。

通過(guò)濕法成網(wǎng)工藝制備而得的殼聚糖纖維非織造材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、吸附性和導(dǎo)電性，多被應(yīng)用于生物醫(yī)用、過(guò)濾和防護(hù)服等領(lǐng)域，同時(shí)也可用作廢水廢油的過(guò)濾材料。

通過(guò)將殼聚糖纖維和生物活性玻璃纖維混紡，可制備出三維有序多孔支架，并具有良好的生物活性、生物相容性和生物可降解性，同時(shí)機(jī)械強(qiáng)度較高，力學(xué)性能良好，被用作骨修復(fù)部位的受力支撐部件。

在纖維的生產(chǎn)制備過(guò)程中加入功能性添加劑，可使纖維具有保健的功能，如遠(yuǎn)紅外和負(fù)離子功能、抗菌防臭功能、防輻射功能等。意大利的Zegna Baruffa Lane Borgosesia紡絲公司開(kāi)發(fā)的一種名為Thalassa的長(zhǎng)絲，制備的紡織面料和服裝，在保持和提高人體表面溫度、抗過(guò)敏、減輕疲勞及改善失眠和抗紫外線方面，具有顯著的功效。

生物基合成纖維應(yīng)用

生物基合成纖維是指原料來(lái)源于生物質(zhì)的化學(xué)纖維，其種類較多，具有較好的生物可降解性。生物基合成纖維一般可通過(guò)干法、紡粘法和熔噴法等工藝成網(wǎng)，然后再通過(guò)針刺、熱粘合的工藝加固制備非織造材料，其在生物醫(yī)療、過(guò)濾材料、包裝材料和農(nóng)業(yè)用材料中應(yīng)用廣泛。

聚乳酸（PLA）纖維是以玉米、小麥、甜菜等含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品為原料，經(jīng)發(fā)酵生成乳酸后，再經(jīng)縮聚和熔融紡絲制成的生物基合成纖維。該纖維具有良好的生物可降解性、力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和耐候性，在服裝、家用紡織品、生物醫(yī)療、農(nóng)業(yè)園林（生物堆肥覆蓋材料，防蟲(chóng)、防獸害蓋布）、包裝和過(guò)濾等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

利用熔噴法制備的PLA非織造材料，通過(guò)抗菌整理后可被用作醫(yī)療衛(wèi)生用品和過(guò)濾材料（如手術(shù)衣、手術(shù)覆蓋布、口罩等）。PLA纖維和麻纖維混合并經(jīng)過(guò)氣流成網(wǎng)和熱軋工藝制備的非織造材料可用作過(guò)濾材料。

利用靜電紡制備的PLA納米纖維分別直接復(fù)合在水刺非織造材料和熔噴非織造材料上，制成PLA納米纖維非織造復(fù)合材料，其過(guò)濾性能將大幅度提高。聚己酸內(nèi)酯（PCL）和聚乳酸（PLA）利用紡粘法制備的紡粘非織造材料能制成洗滌服、失禁墊和繃帶。

節(jié)能降耗是生物基材料的發(fā)展趨勢(shì)

生物基纖維具有優(yōu)良的性能，盡管已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但是在非織造材料領(lǐng)域的應(yīng)用仍存在許多問(wèn)題，如產(chǎn)品用途單一，應(yīng)用范圍窄，生物基纖維生產(chǎn)過(guò)程不完全綠色環(huán)保，其加工涉及領(lǐng)域較廣，纖維生產(chǎn)難度大，非織造材料制備工藝單一受限等。

未來(lái)應(yīng)著重通過(guò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率，建立科學(xué)的研究體系，使多重技術(shù)融合，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈整體優(yōu)勢(shì)，從而開(kāi)發(fā)出一系列的差別化、功能化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的舒適性、功能性以及生態(tài)性。

此外，要充分發(fā)揮生物基材料可再生、可降解利用的優(yōu)勢(shì)，節(jié)能降耗是未來(lái)生物基纖維非織造材料的發(fā)展趨勢(shì)。如以玉米淀粉、大豆油脂等農(nóng)產(chǎn)品為主要原料來(lái)源，向非食物性木基纖維素等植物殘?bào)w和農(nóng)林廢棄有機(jī)物基為主要原料來(lái)源的方向發(fā)展，以減少對(duì)農(nóng)田的壓力和降低原料成本。