工业用擦拭纸研究现状及展望_袁晓君.pdf

2023年2月第1期工业用擦拭纸是特殊工业生产领域中使用的擦拭产品。与其他擦拭纸不同的是，工业用擦拭纸对纸张的吸水吸油性能、柔软性、包括掉毛掉粉的指标的要求更为严格。目前工业擦拭纸的用途十分广泛，在电子、制药、食品、石油、印刷等行业均有应用。工业用擦拭纸已经成为工业生产不可缺少的消耗品，对提高工业生产效率、保证产品质量、减少废品率具有重要的意义。工业用擦拭纸在欧美国家的普及率远高于我国，未来随着我国工业化水平进一步提高，工业用擦拭纸将呈现出巨大的市场潜力。本文对工业用擦拭纸的原料、加工方式及研究现状进行介绍，参考非织造布（亦称无纺布）近年来的一些研究成果，对工业用擦拭纸的未来发展提出展望。1工业用擦拭纸的纤维原料工业用擦拭纸使用的纤维原料主要分为天然纤维、再生纤维、合成纤维三大类。从环保的角度也可将这些纤维原料分为是否可降解两大类，即天然纤维和再生纤维为可降解纤维，合成纤维为不可降解纤维。此外，随着工业用擦拭纸产品精细化要求的提高，除上述的纤维外，功能化纤维的使用越来越受到关注。1.1可降解纤维在工业用擦拭纸中的应用工业擦拭纸常用的天然纤维主要是棉纤维和木浆纤维，此外竹纤维和麻纤维在擦拭类产品中有少量的应用，相关的工业用擦拭纸产品还在研发阶段。天然纤维因为羟基的存在，生产的擦拭类产品吸水吸油性能较好。但是天然纤维存在纤维短、强度差、容易掉毛掉粉等缺点，生产的擦拭类产品耐磨性较差，需要进行化学浸渍或与其他纤维混纺等处理增加强度。这也是限制天然纤维在工业用擦拭纸中应用的主要原因。使用天然聚合物生产的再生纤维比天然纤维的强度更好并且能够根据需求生产不同形状和粗细的纤维，比天然纤维的灵活度更高，已成为非织布材料的研究热点之一。目前在非织造行业领域应用较广的再生纤维有粘胶纤维、Lyocell纤维、大豆蛋白改性纤维。粘胶纤维和Lyocell纤维的主要成分是天然纤维素，大豆蛋白改性纤维的主要成分是蛋白质，它们不仅保留了天然纤维良好的吸湿性和环境友好的特点，而且摆脱了天然纤维纤维短、强度差的局限性。其中粘胶纤维已经开发出了相应的工业用擦拭纸产品，Lyocell纤维、大豆蛋白改性纤维亦可开发相关的产品。甲壳素纤维和海藻酸盐纤维是近年来发展较好的新型再生纤维，它们除了可以被完全降解外，还具有良好的生物相容性和抗菌性，目前在医用敷料和医用无纺布中使用较多。纯甲壳素纤维制备的湿法无纺布医用敷料在不经任何处理的条件下对大肠杆菌的抑菌率达64.40%，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达68.16%，远高于一次性使用卫生品国家标准的规定1。甲壳素纤维在无纺布中的应用大多采用与其他纤维混纺的方法，甲壳素纤维的比例占10%90%均可。海藻酸盐纤维可以在吸收一定的液体后形成凝胶，具有很好的吸湿保湿性。以海藻酸盐纤维为原料制备的水刺无纺布在与精华液结合后制备的面膜具有良好的敷贴性能2。使用这些新型再生纤维制备医疗、制药、食品等行业的工业擦拭纸，不仅可以降低化纤的使用比例，减少化石能源的消耗，降低环保负担，而且还能够兼顾所应用行业对使用环境的杀菌、抑菌要求。1.2不可降解纤维在工业用擦拭纸中的应用工业用擦拭纸中使用的不可降解纤维主要是涤纶（PET）和丙纶（PP），单丝细度一般在1.52.2 dtex，长度一般在3865 mm。此等规格下的合成纤维拥有工业用擦拭纸研究现状及展望袁晓君1，王虹1，周纪灿1，林献2（1.浙江鹏辰造纸研究所有限公司，浙江 杭州311202；2.龙游鹏辰新材料科技有限公司，浙江 衢州324499）摘要：文章阐述了工业用擦拭纸的纤维原料、加工方式、后整理工艺的研究现状，介绍了功能化纤维以及抗菌、抗静电后整理工艺在工业用擦拭纸中的应用，对我国工业用擦拭纸的未来发展进行了展望。关键词：工业用擦拭纸；非织造布；功能化纤维；复合成型；后整理Doi：10.3969/j.issn.2095-0101.2023.01.037中图分类号：TS176+.5文献标识码：A文章编号：2095-0101（2023）01-0120-04收稿日期：2022-10-26第一作者：袁晓君（1995），女，山西长治人，浙江鹏辰造纸研究所有限公司助理工程师，研究方向为特种纸开发应用。专题与论述1202023年2月第1期极好的强度，在擦拭过程中几乎不会断裂，在工业用擦拭纸中一般与天然纤维或再生纤维混纺或复合。这样可以提高工业用擦拭纸的耐磨性、增加与擦拭面的摩擦力提高擦拭效果，同时也可以作为基底“笼络”天然纤维，减少掉毛掉粉，并提高工业用擦拭纸整体的拉伸强度。普通的合成纤维难以满足非织造布日益旺盛的功能化和个性化的需求，在其基础上生产的差别化纤维不仅大大提升了非织造布产品的质量档次，而且拓宽了非织造布产品的应用领域3。超细纤维就是一种目前在擦拭类产品上使用较广的差别化纤维。以PET、PP等为原料生产的超细纤维有分割型和海岛型两种。分割型超细纤维的细度在0.14 dtex左右。我国生产的定岛型海岛型超细纤维细度可以达到0.011 dtex，甚至更细。超细的纤毛不仅可以使生产的织物表面致密提升织物强度，并且可以像刮刀一样，与擦拭面贴近并擦除污物，提高擦拭效果。最主要的是超细纤维间的毛细管作用随纤维间隙的减小而大幅增加，不仅改善了其吸液性能，还可以把污物吸入织物中，避免擦拭的再次污染。将超细纤维用于工业用擦拭纸可以开发用于无尘室等对于清洁要求较高的擦拭环境的产品，我国在2013年也开发出了使用海岛纤维的擦拭布产品4。随着超细纤维生产技术的发展，生产的纤维品种越来越多也越来越细，吸湿性能也越来越好。国外的一些公司已开发出吸湿性能接近于棉纤维的超细纤维，但目前还未用于纺织加工。1.3功能化纤维在工业用擦拭纸中的应用市场对非织造布功能化的要求越来越高，并要求减少生产工序。无论是可降解纤维还是不可降解纤维，其本身的性能都有限，因此对纤维进行预处理生产的功能化纤维也是非织造布的研究热点之一。其中抗静电纤维、抗菌性纤维有望应用在工业用擦拭纸中。抗菌性纤维主要包括天然抗菌性纤维和人造抗菌性纤维两种。天然抗菌纤维是采用具有天然抗菌性材料制备的纤维，如甲壳素纤维等，其抗菌性好，来源广泛。人造抗菌性纤维主要是通过将化学纤维的高分子结构改性或者共混改性的方法，将抗菌剂添加到成纤高聚物中制得抗菌性纤维。其中将抗菌剂添加到纺丝原料中的共混改性是使用最广的方法。这种方法生产的抗菌性纤维抗菌剂分布均匀，抗菌性能稳定，耐洗涤，应用前景广阔。纺织品抗静电纤维主要是抗静电涤纶、抗静电腈纶、抗静电丙纶等5。抗静电纤维的制备方法有三种：第一种是在纤维表面涂覆表面活性剂类抗静电剂，这是目前使用最广泛的抗静电纤维制备方法，但抗静电性会因为抗静电剂的损失而减弱或消失。第二种是将抗静电剂添加到纤维原料中再熔融纺丝，这种方法制成的抗静电纤维，抗静电剂和纤维基体以共混和共聚的方式存在，能够实现永久的抗静电性。这两种抗静电纤维已经成熟应用在纺织品中，在工业用擦拭纸中使用也是没有问题的。第三种则是将碳黑、金属和金属氧化物添加到纤维中，制成抗静电纤维，是目前最有发展前景的抗静电纤维制备方法，但是目前主要是应用在一些特殊织物材料中，在擦拭材料中使用有些大材小用了。擦拭类产品往往需要兼备抗菌性和抗静电等多种性能，故而可以选用多种功能化纤维作为原料，沈利军6发明的一款具有纳米抗静电抗菌功能的擦拭布即采用2050wt%未改性涤纶，1040wt%抗菌涤纶，1040wt%抗静电涤纶，020wt%亲水性涤纶作为原料。2工业用擦拭纸的加工方式工业用擦拭纸的性能除了受纤维原料的选用影响以外，加工工艺对其性能的影响也至关重要。纤网的密度、交织以及固结会直接影响工业用擦拭纸厚度、强度和吸水吸油性能。工业用擦拭纸的加工流程包括上料、开松、梳理、成网、粘合、加固、后整理。2.1成网和加固非织造布的成网方式有梳理成网、气流成网、干法造纸成网、湿法成网、纺丝成网、熔喷成网等。这些成网方式在工业用擦拭纸的生产中都可以使用，具体方法的选用与纤维原料有关。干法造纸成网的原料一般是木浆，此法生产的产品吸水性能优良、强度较好。纺粘法和熔喷法的原料一般是有机高聚物，生产的非织造布透气性和稳定性较好。非织造布的纤网加固方式可以分为三大类，即化学粘合、热粘合和机械加固。非织造擦拭布的加固主要是水刺、针刺、化学粘合等。水刺加固的擦拭布表面光洁、柔软且吸水率较好7，在目前的擦拭布市场中占有很高的比例。针刺法的刺针会损伤纤维导致布面掉毛，降低擦拭效果，但成本较为低廉。化学粘合法的化学粘合剂会对布面产生污染，目前的使用范围也在缩小8。2.2多层复合成型工艺从非织造布的结构来说，目前工业用擦拭纸的结构主要有单层结构和多层结构。单层结构即为单种或者多种纤维进行混料后再成网，为一次成型工艺，具有代表性的产品为100%木浆的擦拭纸、100%粘纤的擦拭纸。单层成型的非织造产品虽然工艺简单，但是因为单层结构可调整范围小，难以满足纷繁复杂的需求。多层结构的擦拭纸产品不仅可以满足市场对于擦拭纸越来越高的性能要求，而且为擦拭布原料的调整留下巨大的空间。近年来国内外公司开发的擦拭产品多专题与论述1212023年2月第1期专题与论述为多层结构。Ahlstrom公司开发了由3层材料组成的SPC的非织造布，该产品上下两层分别是纺粘纤网和人造短纤维梳理成的纤网，中间是木浆纤维层。HobbsBonded Fibers公司生产的Fibertect擦拭巾可以擦除液态或者汽态的有毒物质。这是因为使用了三种强吸收材料组成的三层结构，芯层为活性炭，两侧为吸收性聚酯层和吸收性纤维素层。谷源明9设计了一款双层复合水刺非织造擦拭布，上层梳理成型的纤网和下层熔喷成型的纤网经水刺加固后生产的产品强度高、不变形，且表面均匀度高，手感柔软，质地紧密，不会产生掉绒问题。刘志涛等10发明了一种具有五层结构的高吸尘吸油静电复合非织造擦拭布，以ES纤维和聚丙烯纤维为原料，使用超声波粘合技术将其粘合，其中第一层和第三层为水刺非织造布层，结构致密，第二层和第四层为打有锥形孔的热风非织造布层，结构蓬松容尘量大，易挤压产生静电和吸力，第五层是表面有花纹的水刺非织造布层，易刮除油渍。3工业用擦拭纸的后整理改善其性能非织造布的后整理对改善非织造布的性能起至关重要的作用，是开发高性能擦拭布的重要环节。通常非织造布后整理环节包括涂层、浸渍、染色、复合、轧光烧毛、柔软整理、亲水整理等。对于工业用擦拭纸来说需要通过后整理提高其抗菌性、抗静电性及柔软度，并减少掉毛等。3.1抗菌后整理非织造布抗菌后整理是指将抗菌剂用浸渍/浸轧法、涂层或者喷洒法，使抗菌剂粘附在底布纤维或者表面，达到抗菌的效果。此种工艺加工简便，适用纤维种类多，能够适应不同的订单需求，目前70%的抗菌处理都是使用此种方法。但是此种方法也存在抗菌剂在水洗后流失和使用的有机抗菌剂具有一定毒性和挥发性的弊端。故而关于抗菌非织造布的开发主要集中在抗菌剂的改进，国内外的专家学者也做了很多的研究。张德满11开发了一种擦拭纸用抗菌丙纶无纺布的制备方法，将改性氧化石墨烯与十二烷基苯磺酸钠、纳米银等混合制得抗菌液浸渍丙纶无纺布，然后再用海因衍生物和光引发剂等制得的浸渍液再次浸渍丙纶无纺布，达到抗菌的效果。杨然等12使用紫外接枝的方法在PP无纺布表面构建了聚乙烯基-4，4二甲基吖内酯（VDMA）聚合物刷，引入杀菌剂万古霉素从而赋予PP无纺布优异的抗菌性能。3.2抗静电后整理非织造布的抗静电后整理主要是通过助剂吸附、表面接枝聚合、低温等离子处理的方法将抗静电剂或者亲水基团结合在纤维表面13。表面活性剂型、高分子永久型、导电填料型、本征导电高分子型抗静电剂都已得到广泛应用。对于抗静电剂的研究主要集中在对现有抗静电剂的优化以及开发复合型抗静电剂14。王瑞谦等15以己二酸、三乙醇胺、氯乙酸钠为原料制备的抗静电剂能够在涤纶织物表面形成一层均匀的导电薄膜，提高抗静电效果。王普凯等16使用三乙醇胺和己二酸在对甲苯磺酸的催化下合成的超枝化抗静电剂具有良好的抗洗涤效果。为简化后整理的工序，非织造布的后整理剂可以将抗菌剂、抗静电剂及其他处理剂混合。