浅谈湿法非织造技术

梁晓菲龙 柱

（1.江南大学纺织服装学院造纸研究室, 江苏 无锡 214122；

2.江南大学生态纺织教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122）

浅谈湿法非织造技术

梁晓菲11,,22龙 柱11,,22

（1.江南大学纺织服装学院造纸研究室, 江苏 无锡 214122；

2.江南大学生态纺织教育部重点实验室, 江苏 无锡 214122）

简要介绍湿法非织造技术所用原料、生产工艺及相关技术发展情况，并对我国湿法非织造工业的前景作了初步展望。

湿法非织造 造纸 化学纤维 功能材料 应用

0 前 言

近些年来，湿法非织造这一名词越来越频繁地出现在人们的视野中，湿法非织造技术的应用越来越广泛。湿法非织造技术是非织造布生产方式的一种。它与其他非织造技术不同之处在于它的成型方式是湿法工艺。湿法非织造技术是以造纸工艺为基础即以水为载体，使纤维在水中均匀分散，经过网部、干燥后形成均匀的网状结构,在经过固化等一系列后处理抄造出符合某些要求的非织造布[1]。因此，此种方法制得的非织造布也通常被叫做特种纸或功能纸。我国在20 世纪50年代由浙江省造纸行业科技人员首创了侧流式圆网造纸机，解决了韧皮长纤维机械抄造的难题，为研究与发展湿法非织造材料提供了条件[2]。随着科技的发展，许多领域对材料的性能要求越来越高，也导致了用于造出湿法非织造材料的原料种类越来越多，湿法非织造技术逐渐提高。

1 用于湿法非织造的纤维原料

近几年随着科学技术的发展，用于湿法非织造的纤维原料的种类已经不仅仅局限于传统的植物纤维，如木材纤维、棉、麻等常用于造纸和纺织行业中的原料。如今的原料包括植物纤维和动物纤维这类天然纤维外，还包括化学纤维。

湿法非织造的化学纤维原料种类越来越多，主要分以下几大类：有机类和无机类两大种类的纤维。有机类又包含聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚丙烯晴纤维、聚乙烯醇纤维等合成纤维和粘胶纤维、碳纤维这一类合成纤维以及生物纤维。无机类有玻璃纤维、陶瓷纤维、粉煤灰纤维、高炉干渣纤维、玄武岩纤维等[3]。在众多的纤维原料中化学纤维占着较大的比重，用于纺织行业中的化学纤维如聚酯纤维、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、Lyocell纤维和氨纶、尼龙、聚烯烃纤维、粘胶短纤维、丙烯腈系纤维等都可以作为湿法非织造的原料纤维[4]。化学纤维的市场比重很大，是湿法非织造原料比较充分的来源。在这里值得提出的是功能化学纤维。这类纤维的研究已成为了近几年研究的热点。所谓功能性纤维，就是通过添加某些特殊材料、特殊功能，如导电、阻燃、杀菌、抗辐射等功能[5]。 EMS公司下属的一个单位Ems—Griltech研发的Grilon特种纤维，这种纤维是由共聚酰胺生产的双组分纤维或由高黏度聚酰胺生产的纤维。Grilon纤维的应用领域有：电池隔离层、过滤层、文件纸、复合材料[6]。以PPTA（对苯二甲酰对苯二胺）为原料的湿法非织造布可以作为锂离子电池的隔板[7]。SWP 纤维（synthetic wood pulp fiber），即合成木浆纤维。它是聚乙烯或聚丙烯以及它们的共聚物聚合后直接纺丝而得。所得到的纤维在长度、结构乃至枝化构型上都与精制的木浆相似，所以称为合成木浆。用于湿法成网的SWP一般长度0.75～1.5 mm，而且是高度原纤化的。它们在含有大约50%水分的情况下被压缩成片，提供给后面的加工。它们在一般造纸所用的设备中，就能非常容易地分散在水中。在比较高的温度下，很快能与木浆或其他纤维混合[8]。

湿法非织造对原料纤维的主要要求是其能否在水中均匀分散,不易絮凝和成团，在整个输浆和成网中都应良好悬浮。为保证纤维在水中均匀分散，湿法非织造布所用纤维的长细比应小，长度分布应窄，湿模量应高。其中，纤维的长细度一般控制在：长度（mm）=5×线密度（d）[9]。另外，当纤维的吸湿性强、卷曲度小时，也有利于纤维的分散[10]。

2 湿法非织造技术的发展

湿法非织造技术起源于造纸技术，但所用原料不同，它与传统的造纸技术又有所区别。EDANA（欧洲非织造布协会）强调了湿法成形非织造布与湿法纸的区别：其纤维状成分中，有大于50%重量的是长径比大于300的纤维（经过化学品蒸煮过的植物纤维不算）。其他也可以定义为非织造布的织物有：其纤维状成分中有大于30%重量的是长径比大于300 的纤维（经过化学品蒸煮过的植物纤维不算），其密度小于0.40 g/m3。这一说法成为了ISO 9092/1988和EN 29092标准[8]。湿法成形非织造技术的一个特殊目的就是使非织造布具有纺织品的一些性能，如透气、灵活、张力较强等，这与造纸也有很大的不同。

湿法非织造技术所用纤维原料多样，就导致了它对工艺技术及设备的要求比造纸要高。湿法非织造的基本工艺流程为：纤维准备（纤维原料的离解、分散、加添化学药品及净化等）→湿法成形→粘合成网（化学或热）→后整理（烘干、轧光、轧花、涂层、叠色、染色 及印花等）[1]。

湿法非织造中纤维的分散比造纸中的纤维分散困难，所以在进行机械分散时要注意剪切力的大小及搅拌时间，不同的纤维原料所需要的分散时间不同；有试验表明纤维的长度和细度增加，纤维的破坏和分散时间都会减少[11]。另外纤维在分散过程中需要加入一些分散剂，这是因为化学纤维中的合成纤维是疏水性的，游离度高且纤维长度较长，大部分合成纤维不能细纤维化，就导致了纤维均匀成网困难，容易产生絮聚。加入分散剂可以增加浆液的黏度减少流动性，减少纤维间的接触从而减少了纤维的絮聚。常用的分散剂有刺梧桐(karaya)，瓜尔胶(guar)等天然树脂胶或多聚磷酸钠、高分子量的聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺等合成聚合物溶液或羧甲基纤维素、聚丙烯酸钠等，具体的分散助剂要视不同的纤维而定[1]。此外，水溶液黏度的增加，也使得纤维具有良好的悬浮性，不至于过快地沉降，以获得均匀的纤维网状结构。聚氧化乙烯(PEO)是目前应用较为广泛的一种分散剂，加入少量就能起到良好的分散作用[12]。

传统造纸与湿法非织造的成型器虽然都有圆网与长网之分，但湿法非织造布原料的长度和疏水性，决定了上网浓度比传统造纸要低，在网部结构上有很大区别。在国产造纸设备中，我国特有的侧流式圆网槽结构和长网的侧浪式网前箱都是以满足长纤维造纸设计的，也能用于湿法非织造布的生产。国外采用带真空箱的圆网笼，而长网则是倾斜的[13]。斜网纸机的特点是上网浓度低，只有0.02%～0.08%，能够使长纤维有足够的空间保持其悬浮状态，防止絮聚；纸机车速一般较低，为纸幅提供足够的成形时间，保证成纸的匀度和透气性；整个抄造过程都没有过分地给纸幅施加压力，保证纸页的松厚[14]。这样可以保证纤维在较低的浆浓下均匀分散在网上且脱水缓慢也保证了产品所需的透气性。由于化学纤维除黏胶纤维外在打浆机中切断困难，因此在备料时要预先将纤维切成所需的长度。

Andritz Küsters（安德里兹寇司德）公司研发的neXformer wetlaid湿法成形机是市场上较为先进的湿法成型机，并且有其比较成熟的生产工艺（图1、图2）[15]。此湿法成型机系统可以控制内部的浆料状态，建立内压以控制网部上的悬浮液供应；并且可以用于两层浆料的双流浆箱系统。这套系统的优点是不同材料或混合材料可以层叠交织，使得纤维夹层之间可以相互交织而无需助剂。

图1 湿法成型非织造技术的生产工艺

图2 neXformer wetlaid 湿法成型技术的主要流程

3 湿法非织造布的应用

湿法非织造布因其优良的性能被广泛应用于各个行业。湿法非织造功能材料可以按应用的领域来分类，如工业用、农业用、医疗卫生用、食品用、建材用等；也可以按功能特性来分类，如导电、绝缘、过滤、隔热保温、吸附、屏蔽、发热、导热等 。作为高新技术和应用于高新技术领域的湿法非织造功能材料产品主要有: 电池隔膜材料和近年用作燃料电池电极材料的碳纸，用作结构材料和绝缘材料的芳纶纸，高性能的高温和低温隔热保温材料，抗菌、消臭、吸附纸及生活用特种功能材料，吸附有害物质的湿法非织造材料及制品等。国内外对功能材料的研究相当重视[2]。我国对湿法非织造功能材料的开发主要有选用或添加金属纤维、碳纤维、经电镀处理的纤维、金属粉末、碳粉等制成的导电材料。如国际能源界研究热点之一的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)；应用无机纤维和化学纤维制成的隔热保温材料；食品和医疗卫生及产业用的过滤材料；以合成纤维等生产的各类电池隔膜材料、芳纶纸、电机槽绝缘材料；农用材料、擦拭材料及音响材料等[16]。

国外对运用湿法非织造技术制得的无纺布的应用研究有很多，如羧甲基纤维素（CMC） 是一种水溶性阴离子的线性聚合物，具有生物相容性，在医学上可以作为防粘连膜[17]。在一些湿法非织造产品中应用不同材料共同作为原料会得到单一原料所达不到效果。如一些研究发现聚乙醇酸无纺织物网适用于软骨细胞的粘附，但是却对其增殖有不良影响，而无论是透明质酸、壳聚糖还是聚乙烯醇都无法增加软骨细胞的粘附；但在聚乙醇酸湿法无纺织物网中加入PVA或者壳聚糖可以提高软骨细胞（培养在试管中PGA基的复合物支架上）增殖[18]。使用湿法成网技术，以形成亚麻聚丙烯非织造布基底制成生态环境友好的复合材料 ，它是由天然纤维与化学纤维复合而成，是良好的绿色材料，能够应用于航天、建筑、汽车等方面[19]。日本帝人纤维株式会社研发的一种生物塑料，是由生物质乙二醇组成的Bio-PET短切纤维通过湿法成型技术制成的生物塑料，既可以减少石化资源的消耗，又可以减少CO2的排放，并且具有与塑料相当的性能，被用于汽车装饰上[20]。

4 湿法非织造的发展初步展望

湿法非织造技术在我国起步较晚，国内在行业分类上，湿法非织造布生产目前还没有十分明确的归属，大部分工厂都是以造纸厂名义，产品都叫特种纸或长纤维纸。但实际，它们是用化学纤维或者化学纤维与天然植物纤维混合生产的，用途比较特殊，主要应用在食品包装、气体液体过滤、建筑装饰、电池、汽车、电子、服装、清洁用品、医疗等行业。浙江省是我国湿法非织造布的生产基地，其湿法非织造布产量占全国总产量的70% ～ 80%，而浙江省造纸研究所和杭州新华集团有限公司（原杭州新华造纸厂）是我国湿法非织造 布的主要生产企业[21]。

湿法非织造布在全球有很大的市场，其原料来源广，且能够应用于各个行业当中，是一项具有良好发展前景的新兴产业。图3[22]为全球非织造布产量走势，可以看出，相较于其他生产方法，湿法成网制得的非织造布产量较低并且增长缓慢，可以说明湿法非织造技术有很大的发展空间，但也存在许多问题。在我国，发展湿法非织造还存在许多问题。从原料方面来看，虽然其原料来源较广，但大多原料被用于纺织行业当中，因此难以满足湿法非织造布的大批量生产；从生产设备来看，我国缺少与国情相适应的生产设备；从技术发展面来看，我国的生产技术还不够成熟，且从事这一方面研究的专业人员较少。以上这些问题都是亟待解决的。只有把握好我国国情以及全球市场行情，有针对性地解决存在的问题，才能更好地发展湿法非织造产业。

图3 全球非织造布产量[22]

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A Brief Talk on Wet-laid Nonwoven Technology

LIANG Xiaofei1,2LONG Zhu1,2
(1. Laboratory of Papermaking, School of Textiles & Clothing, Jiangnan University, Wuxi 214122, China;
2. Key Laboratory of Eco-textiles, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China.)

This paper briefly introduces the raw materials used in wet nonwoven technology, production technology and related technology development, and has made a preliminary outlook of the wet nonwoven industry in China.

wet nonwoven; papermaking; chemical fiber; functional materials; application

龙柱 博士 教授 博士生导师 主要研究方向为纤维功能材料、造纸助剂和生物质综合利用，江苏省无锡市蠡湖大道1800号江南大学纺织服装学院，E-mail:longzhu@jiangnan．edu．cn

第一作者：梁晓菲 女 江南大学纺织服装学院在读硕士生 主要研究方向为造纸助剂；