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竹炭纤维非织造布的吸附性后整理

                         竹炭纤维非织造布的吸附性后整理
                                    方可佳 薛少林 陈瑶
              ( 西安工程大学纺织与材料学院,西安,710048)
    摘要:以竹炭纤维为原料制备针刺非织造布,运用后整理方法将活性炭加入到非织造布中。研究后整理工艺对活性炭载炭量的影响,以期获得吸附性良好的非织造布,广泛用于室内装饰和生活用品,例如地毯、窗帘、墙布、家具包覆材料以及防臭鞋垫、抹布等除异味产品。
    关键词:竹炭纤维,非织造布,活性炭,吸附性,后整理
    中图分类号: TS174. 3 文献标志码: A 文章编号: 1004 - 7093( 2014) 04 - 0031 - 03
    各行业对非织造布的性能提出了新的要求,功能性非织造布开始进入人们的视线,并且成为非织造布研究和开发的热点。功能性非织造布不仅保持了非织造布原有的物理机械性能,同时还具有各种不同的新功能,使其产品的价值大幅提高,广泛应用在产业、民用和环保等领域。在功能性非织造产品中,除异味、吸附有害气体的产品对人们的生活和健康具有重要的作用,它的市场需求量日益增大,应用范围也越来越广,具有很好的发展潜力和应用前景[1]。
    抗菌除异味非织造布又称为抗微生物非织造布,具有杀菌吸附异味的功效,是一种卫生型非织造布。在此方面,日本、美国、英国的发展较为迅速,纷纷研制了很多性能优良的抗菌吸附性纤维及非织造布[2-5]。而国内大多采用后整理方法来赋予产品额外的功能,例如抗菌性、吸附性等,像北京洁尔爽高科技有限公司生产的SCJ-963 抗菌整理织物,东华大学研制的抗微生物腈纶织物CHA[6]等。
    1· 竹炭纤维非织造布的制备工艺
    工艺流程: 和毛机( 3 遍) →开松机( 2 遍) →给棉机( 2 遍) →梳理机→铺网机→预针刺机→倒针刺机( 2 遍) 。
    竹炭纤维非织造布的规格见表1。
    
    其中: 针刺深度为预刺机针刺深度/倒刺机针刺深度; 纤维混比为6. 67 dtex × 76 mm 竹炭纤维质量分数/1. 67 dtex × 38 mm 竹炭纤维质量分数。
    2· 整理剂的配制及后整理工艺
    2. 1 活性炭的吸附性能
    活性炭是由石墨状微晶和将其连接在一起的碳氢化合物构成的,它具有很大的比表面积、发达的孔隙结构和较强的吸附性能[7],所以对于有害物质有很强的吸附能力,并且在物理、化学上具有一定的稳定性。现在广泛应用于农业、工业、国防以及人们的日常生活之中。
    2. 2 整理剂的配制及后整理
    胶炭整理液是吸附性非织造布的整理剂,通过使用黏合剂将所选用的椰壳活性炭粉粒黏合到竹炭纤维非织造布基布上,从而得到既具有抗菌性又具有高吸附性的功能性织物。因此,整理液性能的好坏非常重要,直接影响到非织造布的整理效果。
    本试验采用十二烷基硫酸钠作为分散剂。十二烷基硫酸钠是一种无毒的阴离子亲水基表面活性剂,具有良好的乳化、发泡渗透及分散性能,易溶于水,常用于洗涤剂和纺织工业。取适量的助剂( 聚乙烯醇) 、黏合剂( 聚醋酸乙烯乳液) 、活性炭、分散剂,由此制得胶炭整理液。
    本试验采用非织造布上的载炭量作为评定的标准。
    采取浸轧法对竹炭非织造布进行后整理。浸轧法主要是将非织造布吸附一定浓度的整理液后迅速经过压辊挤轧,使整理液和非织造布内的纤维发生物理和化学结合的过程。其具有代表性的整理方法是抗菌整理和拒水整理等。浸轧法能够通过压辊的作用使整理液均匀分布于非织造布中。
    试验中浸渍织物为480 刺/cm2 的针刺竹炭纤维非织造布,浴比为1∶25。采用一浸二轧,浸轧后在100 ℃的烘箱中对其进行干燥,然后再浸渍洗涤,最后进行第二次干燥,即可获得成品。
    2. 3 浸渍试验结果及分析
    通过查阅资料,确定适当的范围来配制整理液。在这个范围内,对规格为30 cm × 30 cm 的竹炭非织造布进行后整理,设计试验方案( 其中浸渍温度为40 ℃、浸渍时间为30 min) ,得到试验结果。通过比较各组的载炭量大小来确定最佳整理方案,正交试验因素水平表及试验结果和分析见表2、表3 和表4。
    
     
    
    黏合剂质量分数A、活性炭质量分数B、助剂质量分数C 和分散剂与活性炭质量比D 这4 个因素对载炭量的影响程度是不同的。通过对表4 中极差的分析可知,其影响程度为黏合剂质量分数﹥活性炭质量分数﹥助剂质量分数﹥分散剂与活性炭质量比。
    根据以上分析确定优化方案如下:
    A 因素,K21 > K31 > K41 > K11;
    B 因素,K42 > K12 > K32 > K22;
    C 因素,K33 > K43 > K23 > K13;
    D 因素,K24 > K14 > K34 > K44;
    对后整理工艺来说,载炭量越高越好。由以上分析可以确定最优方案为A2B4C3D2,即黏合剂质量分数为12%、活性炭质量分数为25%、助剂质量分数为0. 9%、分散剂与活性炭质量比为0. 15。由此制得了载炭量较高的非织造布,活性炭优异的吸附性更赋予了竹炭纤维非织造布较好的吸附能力,该功能性非织造材料可用于吸附室内墙纸和家具包覆材料的有害气体以及清新器的过滤材料等。
    3 ·竹炭纤维非织造吸附材料对甲醛的吸附研究
    通过对密闭空间中吸附材料的甲醛含量测定来评价其吸附性能。由于在一定范围内甲醛的浓度与吸光度具有良好的线性关系,所以在吸附甲醛的过程中,可以通过测定吸光度来确定甲醛浓度的变化。试验中甲醛的初始浓度为0. 5 mg /m3。
    3. 1 甲醛测试装置
    由于甲醛易挥发、有毒,因此试验在自制的密封实验箱内进行,实验箱的规格为60 cm × 30 cm× 40 cm。试验台由箱体、隔板、试样夹、甲醛挥发台等组成,如图1 所示。
    
    3. 2 甲醛吸附率测试结果
    采用整理剂的最佳试验方案,活性炭质量分数为25%、黏合剂质量分数为12%,分散剂与活性炭质量比为0. 15,助剂质量分数为0. 9%,浸渍温度为40 ℃,浸渍时间为30 min,浴比为1∶25,一浸二轧,对竹炭纤维非织造布进行后整理。然后对整理前、后的织物进行甲醛吸附性能测试,结果见表5。
    
    由表5 可以看出,竹炭纤维非织造布经活性炭整理剂处理后,对甲醛的吸附率有明显的提高,说明后整理提高了非织造布的吸附性能。
    4· 结语
    ( 1) 通过正交试验法,用非织造布的载炭量作为衡量指标。在一定的试验条件下可以得到整理液的最优方案,即黏合剂质量分数为12%、活性炭质量分数为25%、助剂质量分数为0. 9%、分散剂与活性炭质量比为0. 15。
    ( 2) 经过胶炭整理剂整理后的竹炭纤维非织造布的吸附率明显提高,如果进一步解决其耐洗涤性等问题,那么该功能性织物的应用范围将越来越广。
参考文献
[1]DEVER M,DARIS W T,NOWICKA C Z. Gas adsorptionby an activated 
carbon powder-melt blown non-woven[J].International Non-woven 
Journal, 2006( 1) : 26-30.
[2]徐伟. 天然竹纤维的提取及其结构和化学性能的研究[D]. 苏州: 苏州大学, 2006.[3]梁浩祥,王鸿竹,张勇. 竹纤维织物的开发与性能测试[J]. 纺织科技进展, 2005( 5) : 31-33.
[4]韩旭辉. 天然竹原纤维的结构与性能研究[D]. 北京:北京服装学院, 2007.
[5]王琳,李晓蓉,曹秋玲. 竹炭及其纺织品的开发和应用[J]. 纺织导报, 2006( 2) : 36-37.
[6]DESHPANDE A P. Extraction of bamboo and its use asreinforcement
 in polymeric composites[J]. Journal ofApplied Polymer Science, 2000( 1) : 27-34.
[7] 立本英机,安部郁夫. 活性炭的应用技术[M]. 高尚愚,译. 南京: 东南大学出版社, 2002: 102-104.


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