新型防尘服填料丙纶熔喷非织造布的优化研究

劳越明张才前

（绍兴文理学院元培学院，浙江 绍兴 312000）

【摘要】在日常工作生活中，人们会不同程度地暴露在粉尘环境之中，尤其在水泥、建筑、采矿等行业的作业场所，严重的粉尘污染，将危及人体健康和生命。现有的防尘服普遍采用普通混纺织物制成，缺少对粉尘的良好过滤效果，本项目将选用丙纶熔喷非织造布用于防尘服填料，并通过工艺优化，改良其服用性能，以研究开发用于防尘服装的低成本、高阻隔防尘过滤材料，有效防止作业环境对作业者造成的粉尘危害。

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关键词 防尘服；填料；亲水性

人类通过劳动得以生存和发展，劳动是人类认识自然和改造自然的重要手段，然而，在生产劳动过程中，劳动者经常要在一些恶劣的环境条件下工作，甚至要与一些危及健康乃至生命的物理、化学、生物因素相接触(如高温、低温、生产性粉尘、振动、噪声、油污、毒剂、细菌、病毒等)。据2012年国务院发布的《环境空气质量标准》规定，称PM2.5为“细微粒物”，即大气中粒径小于2.5μm的颗粒物。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，对人体健康影响极大。尤其在水泥、建筑、采矿等行业粉尘大的场所，PM2.5对呼吸道、眼睛和耳朵将造成严重污染，更严重的，进入内层衣物后对服装内循环造成污染，也将对人体健康产生不良影响。

1防尘服的国内外现状

人类很早就有了劳动保护的意识，我国早在900多年以前就有“未石(即矽尘)”伤肺和利用“火烷布(即石棉布)”制作冶炼服装的记载。但早期的防护服多采用劳动布或其他混纺织物所制，随着人类对卫生、舒适、健康的需求日益提高和劳动环境的复杂化、多样化，这些简单的工作服因为它们不具备更好的防护功能，如耐高温、阻燃、防毒、防酸碱等，已远远无法满足要求。

在防护服的更新换代过程中，聚合物技术的发展与特殊纤维、纱线和织物生产工艺的不断成熟起到了积极的推动作用。例如在纺丝工艺方面，从以往的熔融法、湿／干纺丝法发展到双组分纺丝和超细纤维纺丝法，为防护服产品的开发提供了更多的功能性选择。如美国Arthur D Little公司设计的多层合成过冷防护服,采用聚四氟乙烯（PTFE）涂层整理的芳纶针织物作为外层，内层是经亲水整理的涤纶绒毛内衣，中间层是蓬松的涤纶绒毛隔热层。这种服装既能防水防风、保持体温，又能吸湿排汗。其主要采用的PTFE涂层技术产生每平方厘米内分布着13亿个直径只有0.2 mm的微孔薄膜，可有效隔离水滴、灰尘和细菌。微孔的均匀分布还可使薄膜表面的水蒸气迅速扩散，保持织物表面的干爽。而对于吸湿透气型面料，可以利用天然纤维、超细纤维表面的微细沟槽或异型断面纤维的虹吸、扩散和传输机理，通过混纺或组织变化等工艺生产。此类织物能迅速将肌肤表面的湿汽或汗液排出，带走运动产生的热量，保持肌肤的干爽与清凉。代表性产品有杜邦公司的coolmax吸湿排汗纤维及产品；东丽公司的coolmagic则是具有独特双层布料结构和吸湿快干功能的涤纶织物；日本Toyobo公司的D．D．D涤纶针织物是由扁形截面(1:5)改性涤纶长丝纱线制成，在三个方向上(水平、垂直与截面)迅速完成吸湿、透湿与风干功能。

但目前研究较为成熟的防护材料主要集中在防弹、阻燃和热辐射防护等领域，对于防尘工作服的研究应用相对欠缺。曾经在2000年发布的《GB 17956-2000 防尘服》标准，也在2005年废止后，尚无新标准出台。

2丙纶熔喷非织造布的发展

丙纶熔喷法非织造布具有独特的超细纤维(1-3um)，以及纤维在空间靠自身粘合和缠结形成的三维曲径结构与传统织物和梳理成网非织造物中的纤维分布截然不同，使熔喷法非织造布具有更大的比表面积，更高的孔隙率(≥80％) ，同时微孔结构曲折，保液性能高，空隙也更细微(孔径≤lum)。因此丙纶熔喷非织造布具有吸尘性好、过滤效率高、质量轻、柔软、自身缠结性好、手感好、柔韧性好和价格低廉等优点。

丙纶熔喷非织造布出现于上世纪50年代，目前国内已有多家公司生产，生产技术较为成熟，生产过程中没有溶剂挥发污染环境，但其最早的应用领域是作为过滤材料。天津泰达股份有限公司经过多年的研究，开发出了用丙纶熔喷非织造布复合而成的中效、亚高效等滤材。其型号按效率级别分为MD45、65、85和95(相当美国Ashrae45％、65％、85％ 和95％)四个级别。在国内市场畅销不衰，并开始步入东南亚及美欧国际市场。

河南理工大学的张燕等人研究使用大气压氮气DBD等离子体对丙纶熔喷无纺布进行表面处理，使其表面出现脱氢现象的同时，在其表面引入大量含氧和含氮官能团，主要为酰胺基、羧基羟基和铵盐基团，并且表面出现明显的粘连、刻蚀、断裂等物理过程，使得表面纤维的粗糙度增加，这些物理化学过程使得丙纶无纺布表面的亲水性得到了改善。但在进行等离子体处理时，如果处理时间一定，需要选择一个合适的外加电压，过小不能达到理想的效果，过大浪费能源。本项目则通过运用添加亲水母粒的丙烯酸接枝工艺，进一步提高丙纶熔喷填料亲水性能，以获得可服用的吸湿透气性能优良的丙纶熔喷填料。

3丙纶熔喷非织造布的工艺优化

本项目研究的防尘服用料包括三层，如图1所示，其中内外层可用普通织物，最关键的为中间填料层，选用高阻隔性丙纶熔喷非织造布，以实现防尘服防尘、过滤的良好性能。

丙纶熔喷非织造布亲水性能差，是影响其服用领域的开发的重要原因之一。因此本项目将着重对熔喷法生产丙纶非织造布的亲水性及复合方式进行了工艺优化研究，以获得低成本、高阻隔防尘过滤材料作为防尘服填料。

1）丙纶熔喷无纺布亲水整理工艺优化

将丙烯酸、BP0、Tweenum 80以一定比例配置成标准处理液，在一定温度下对丙纶熔喷无纺布浸渍接枝整理。设定工艺参数如表1。将按表所制四块样品，检测产品固-液接触角，保液率等指标，以选择最佳亲水整理工艺。

表1熔喷非织造布接枝工艺

（上接第1５页）2）丙纶熔喷填料复合工艺优化

采用国产鸿达牌HD-LHJM2018超声波复合机，在一定温度、压力、速度下复合接枝后的多层丙纶熔喷无纺布，以进一步提高其强度及防尘过滤性能。具体设定工艺参数如表2，分别选用三层及四层无纺布进行试验。

表2熔喷非织造布复合工艺

４总结

将高阻隔丙纶熔喷非织造布用于防尘服填料，使非织造布产品技术含量更高，科技附加值更大，应用范围更广，从而能为非织造布生产企业创造更好的经济效益和社会效益。通过亲水改良及复合工艺优化试验，可提高丙纶熔喷非织造布的人体亲和性，结合其良好的过滤效果，可实现对粉尘、细菌、冷热气流等外界危害具有高阻隔性能的服用新型复合材料。对工艺优化后填料的过滤效果、透气性等进行测试，实现填料对0.3～1.0μm的直径微粒过滤效果良好，对于3μm左右的粉尘已经达到了完全过滤，过滤效果为100%，同时填料透气率的平均值达到428.62×103m3/s，远超国内外常规过滤布的透气性能。可见其过滤效率高，阻隔性能好，透气性能优异。

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参考文献

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［责任编辑：邓丽丽］