摘 要：漢麻纖維是一種古老的天然纖維素纖維之一，其特殊的物理結(jié)構(gòu)及化學(xué)性能具有極高的研究和應(yīng)用價值，常被學(xué)者以多種加工方式加以研究與開發(fā)。水刺技術(shù)在非織造布生產(chǎn)領(lǐng)域具有流程短、工藝簡單、無污染及產(chǎn)品多樣性等特點，得到了很好的發(fā)展，是一個朝陽的行業(yè)。水刺工藝復(fù)合加工是非織造行業(yè)生產(chǎn)高性能和高功能性產(chǎn)品的一種常見方式。本論文通過漢麻紙與Lyocell纖維非織造布采用水刺工藝對以上兩種材料進行水刺復(fù)合，并對復(fù)合材料的抑菌性能、物理性能及結(jié)構(gòu)進行了分析。該復(fù)合材料具有良好的抑菌性、斷裂強度和吸濕擴散性；同時，具有特殊的兩面性。復(fù)合材料手感舒適、滑爽、柔軟，易于折疊，在衛(wèi)生護理、傷口敷料基材、包裝、隔熱材料等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：漢麻纖維；漢麻紙；Lyocell纖維；Lyocell纖維非織造布；抑菌性
漢麻在我國種植面積非常廣泛，是一種資源豐富的可再生性環(huán)保原料，其制備的漢麻纖維是人類最早使用的一種生態(tài)紡織原料。由于漢麻纖維獨特的結(jié)構(gòu)，其制品具有吸濕、透氣、耐熱、抗菌、防紫外線、防輻射、消聲吸波、無刺癢感等多種特性，因此漢麻被公認為天然和綠色環(huán)保纖維[1]。漢麻也是一種非常好的“碳匯”植物，在生長過程中通過光合作用吸收空氣中的CO2，并以有機物的形式固定于植物體內(nèi)，具有明顯的固碳效應(yīng)，是一種很好的低碳環(huán)保經(jīng)濟作物[2]。采用漢麻制造的產(chǎn)品也稱為“碳匯產(chǎn)品（CO2 Sink?Products)[3]”。
非織造水刺技術(shù)是通過高壓水流對纖維網(wǎng)加固，形成具有一定面密度和強度的非織造布[4]。水刺非織造布具有手感柔軟、懸垂性好、吸濕性好、透氣性好、外觀光滑、不起毛等特點[5]。由于水刺非織造布的用途廣泛，已經(jīng)滲透到各個行業(yè)之中，因此最近幾年，在各類非織造布生產(chǎn)技術(shù)中，以水刺非織造布發(fā)展最快[5]。
廣義上講復(fù)合材料包括一切雙組分以上的結(jié)構(gòu)體，包括混合型和層合型兩種[6]。復(fù)合技術(shù)不是簡單的疊加，它有較大的功能或性能增效作用[7]。水刺技術(shù)加工的原料選擇面廣，加之技術(shù)自身具備工藝靈活多樣性，這些都為其復(fù)合提供了良好的基礎(chǔ)[8]。且隨著非織造布技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品與水刺非織造布進行復(fù)合，加工出新型的水刺復(fù)合非織造布材料。
本課題通過漢麻紙與水刺非織造復(fù)合工藝制備了一種漢麻紙非織造復(fù)合材料，考察了該復(fù)合材料的抑菌性和物理性能，并通過顯微鏡分析了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，并探討了復(fù)合材料在茶葉包裝、傷口敷料基材、衛(wèi)生護理、隔熱材料等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。
1儀器、材料與實驗過程
1.1實驗儀器
圖1漢麻纖維（×100倍）
YG026PC-250電子強力機、JA26038電子天平、YG(B)871型毛細管效應(yīng)測定儀、YG812DB滲水性測定儀、YG141織物厚度儀、電子顯微鏡、101-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱、DHZ-D型恒溫振蕩器、SPX-250-Ⅱ恒溫培養(yǎng)箱、LDZM-40KCS-Ⅱ立式壓力蒸汽滅菌器、三角燒瓶等。
1.2實驗材料
漢麻紙、Lyocell纖維非織造布、高錳酸鉀、0.03?mol/L磷酸鹽緩沖液（PBS)、營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基?(NA)、營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基（NB）等。
1.3實驗過程
1.3.1漢麻紙
漢麻紙由某紙廠提供。漢麻紙是采用蒸煮和漂白后的漢麻纖維和針葉漿纖維按照一定的比例，通過抄紙方法加工而成。漢麻纖維配比為30%～100%，針葉木漿纖維配比為0～70%，漢麻紙的漢麻纖維含量分別為30%、50%、100%。
纖維原料經(jīng)過一定功率的盤磨處理，針葉木漿纖維長度2.05～3.57?mm，寬度32.7～57.6?μm；漢麻纖維長度1.03～2.55?mm，寬度16.7～26.2?μm。木漿纖維具有多羥基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，大量的羥基使得纖維素具有極強的親水性能[9]。漢麻表面形成的天然毛細通道和中腔連通，使其具有優(yōu)異的毛細效應(yīng)、透氣性及吸濕排汗性[10]。漢麻纖維經(jīng)過盤磨打漿后，部分纖維末端會產(chǎn)生一定的分絲帚化，更進一步地提高纖維之間的接觸面積及纏結(jié)效果；同時，有利于水分的傳送與疏導(dǎo)，并快速地散失。分絲帚化的漢麻纖維在紙頁抄造過程中會一定程度地提高紙頁強度。漢麻紙是由100%纖維素纖維通過造紙技術(shù)加工而成，在自然條件下可生物降解，對環(huán)境友好，不會造成污染。電子顯微鏡下觀察漢麻纖維和針葉木漿纖維見圖1、圖2。漢麻紙物理指標見表1。
1.3.2Lyocell纖維非織造布??
Lyocell纖維為100%的纖維素，可在較短時間內(nèi)完全生物降解為無機物CO2和H2O，重新參與自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，對環(huán)境無任何污染，被譽為21世紀的“綠色纖維”[11]。Lyocell纖維具有強度高、伸長小，水刺后的產(chǎn)品變形小、尺寸穩(wěn)定性高等特點。Lyocell纖維的水刺非織造布可廣泛用于醫(yī)用紗布、用即棄的擦拭布、婦女衛(wèi)生護理材料、面膜材料、環(huán)保復(fù)合材料等領(lǐng)域。Lyocell纖維非織造布物理指標見表2。
圖2針葉木漿纖維（×100倍）
表1漢麻紙物理指標
表2Lyocell纖維非織造布物理指標
1.4漢麻紙非織造布復(fù)合過程及指標檢測
首先，將含有不同漢麻纖維配比的漢麻紙分別編號為A、B、C，其中漢麻纖維的含量分別為30%、50%、100%，其余為針葉木漿纖維。其次，將事先準備好的Lyocell纖維非織造布（使用字母“N”代替）依次與不同漢麻纖維含量的漢麻紙通過水刺工藝技術(shù)，將兩種材料進行水刺復(fù)合，從而獲得一種漢麻紙非織造復(fù)合材料。實驗水針頭壓力分別為4.0?MPa、6.5?MPa、5.5?MPa，運行速度為10?m/min。最后，將復(fù)合材料放置在鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥，干燥好的復(fù)合材料在自然條件下平衡8?h以后，測試其各項物理指標。由于漢麻纖維為天然纖維材料，抑菌機理同添加抗菌劑方式不同。因此，該復(fù)合材料引用GB?15979-2002一次性使用衛(wèi)生用品衛(wèi)生標準中的非溶出性抗（抑）菌產(chǎn)品抑菌性能的試驗方法，對漢麻紙非織造復(fù)合材料進行測試。根據(jù)漢麻紙中漢麻纖維含量的不同，對相應(yīng)的復(fù)合材料進行編號為NA、NB、NC。
2結(jié)果與討論
2.1抑菌性
漢麻纖維具有抗菌性能，據(jù)文獻[12]報道原因主要有兩個：一方面是化學(xué)成分抑菌，大麻酚類物質(zhì)，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌等具有明顯的抑制作用。另一方面是結(jié)構(gòu)性抑菌，漢麻纖維連續(xù)中空多孔的結(jié)構(gòu)，使得纖維內(nèi)部充滿氧氣，厭氧菌難以生長繁殖。根據(jù)實驗結(jié)果表明，隨著漢麻紙漢麻纖維含量的提高，材料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌性有增強的趨勢。漢麻紙非織造布復(fù)合材料抑菌性見圖3。
2.2物理性能
在實驗過程中，隨著漢麻紙中的漢麻纖維含量的增加，復(fù)合材料的相關(guān)性物理指標也發(fā)生變化。復(fù)合材料物理性能指標見表3。
2.2.1斷裂強度及伸長率
如圖4、圖6所示，隨著選用的漢麻紙中漢麻纖維含量的不斷增加，復(fù)合材料的斷裂強度表現(xiàn)出明顯的變化，縱向斷裂強度和橫向斷裂強度都呈現(xiàn)出增長的趨勢。由于復(fù)合材料的斷裂伸長與斷裂強度在一定程度上表現(xiàn)為相反的關(guān)系；因此，斷裂伸長呈現(xiàn)出下降的趨勢，如圖5、圖7所示。通過復(fù)合材料的斷裂強度和斷裂伸長指標，間接地反映了漢麻紙與Lyocell纖維非織造布水刺復(fù)合良好，一定程度上提高了復(fù)合材料的整體斷裂強度；同時，也改善了復(fù)合材料的斷裂伸長指標。
圖3漢麻紙非織造布復(fù)合材料抑菌性
圖4縱向斷裂強度
表3復(fù)合材料物理指標
2.2.2厚度
在水刺工藝復(fù)合過程中，復(fù)合材料的厚度影響因素較多且相對比較復(fù)雜。復(fù)合材料的厚度受水針板壓力、托網(wǎng)網(wǎng)型、原材料及生產(chǎn)工藝等因素影響。在實驗過程中，復(fù)合材料的整體厚度增加比較顯著，遠大于兩種原材料的總和，主要跟水刺工藝技術(shù)有關(guān)。在確保生產(chǎn)工藝穩(wěn)定及網(wǎng)型不變的情況下，復(fù)合材料的厚度主要受原材料的類型影響，隨著漢麻紙中漢麻纖維含量的增加，厚度呈現(xiàn)一定的下降趨勢。主要原因是由于選用的漢麻纖維相對針葉木漿纖維要短且細，纖維相對較軟，在高壓水刺射流過程中，纖維穿插纏結(jié)更加緊密，從而間接降低了復(fù)合材料的相應(yīng)厚度。如圖8所示。
圖5縱向斷裂伸長
圖6橫向斷裂強度
2.3吸濕擴散性能
漢麻纖維的物理結(jié)構(gòu)非常特殊。纖維中心有較大的空腔，縱向表面分布著許多裂縫和相連的孔洞，并有螺旋紋[13]。同時，漢麻纖維本身屬于纖維素纖維，纖維的吸濕性非常好，并且漢麻纖維具有獨特的裂縫和孔洞結(jié)構(gòu)，從而使得液體能夠迅速地擴散到織物表面。在實驗過程中，復(fù)合材料隨著漢麻紙漢麻纖維的含量不斷增加，在復(fù)合材料漢麻紙面液體能夠迅速地在織物表面發(fā)生擴散。同時，液體的擴散面積隨著漢麻紙漢麻纖維含量的增加呈擴大的趨勢。如圖9、圖10所示
2.4材料結(jié)構(gòu)
2.4.1橫斷面
將Lyocell纖維非織造布、不同漢麻纖維含量的漢麻紙及相對應(yīng)復(fù)合材料的橫斷面在電子顯微鏡下觀察。圖11為Lyocell纖維非織造布的橫斷面，通過顯微鏡觀察可以看出，纖維之間的相互錯亂交叉密集，纏結(jié)效果較好，并且纖維相互之間堆積比較稀松，松厚度較大，這也是水刺非織造布材料手感豐厚、柔軟的主要原因之一。同時，由于Lyocell纖維本身持有的特殊性能，賦予了非織造布豐滿、滑爽、柔軟的布面特質(zhì)。圖12為不同漢麻纖維含量漢麻紙的橫斷面，纖維之間堆積比較緊密，致密性較高，松厚度較低。圖13為不同漢麻纖維含量的復(fù)合材料，上表面為漢麻紙，下表面為Lyocell纖維非織造布。漢麻紙面，纖維之間貼合比較緊密，平整度、致密性及質(zhì)感較強，手感滑爽舒適；Lyocell纖維非織造布面，還有一部分Lyocell纖維裸露在復(fù)合材料表面，表面纖維比較稀松，纖維毛多且較為松散，手感豐厚、柔軟度較好。當(dāng)然，復(fù)合材料中的兩種纖維之間不是絕對地分隔開來；相反，纖維相互之間是有緊密的纏結(jié)交織，部分漢麻纖維由于高壓水刺射流作用的影響，會穿過Lyocell纖維非織造布層，并與Lyocell纖維相互纏結(jié)。Lyocell纖維也會受到高壓水流反彈作用，迫使Lyocell纖維反彈穿插到漢麻紙表面，并與漢麻紙纖維纏結(jié)。因此，漢麻紙非織造復(fù)合材料不僅具有雙面性的特點；同時，正反面均有兩種纖維原料的性能。
圖7橫向斷裂伸長
圖8厚度
2.4.2平面
如圖14、圖15、圖16所示，將不同漢麻纖維含量的漢麻紙、Lyocell纖維非織造布及相應(yīng)復(fù)合材料的平面分別在電子顯微鏡下觀察。從電子顯微鏡圖像中看出，圖14不同漢麻纖維含量的漢麻紙平面，均可以看到漢麻纖維表面存在無規(guī)則的細微縫隙。隨著漢麻纖維比例的增加，漢麻纖維在漢麻紙中均勻分布會更加地密集。可以清晰地看到平面圖15纖維之間的纏繞交錯復(fù)雜，纖維堆疊較為分散和蓬松，手感豐滿、柔軟和滑爽。圖16為漢麻紙非織造布復(fù)合材料的紙面和布面。原料經(jīng)水刺工藝復(fù)合加工后，復(fù)合材料纖維之間仍然有較高的縫隙，透氣性極高；同時，復(fù)合材料兩面依然保留原有材料的各自特點，并且根據(jù)水刺工藝加工的特點，纖維之間存在較好的相互穿插和纏結(jié)，給該復(fù)合材料的多樣性功能提供了更多的可能，發(fā)揮出更好的潛在利用價值。
3非織造復(fù)合材料的應(yīng)用展望
3.1茶葉包裝
隨著普洱茶產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其包裝材料的選擇成為一個新的熱點。部分經(jīng)銷商為了吸引消費者眼球，于是在茶葉包裝上設(shè)計出較多的包裝方案，采用金屬禮盒、實木、陶瓷、塑料等材料制成。同時，部分包裝內(nèi)襯華麗的綢緞，從而導(dǎo)致產(chǎn)品包裝材料價值大于商品價值。并且該類包裝材料的原料資源浪費較大，其中部分包裝材料還對環(huán)境造成一定的污染。另外還有一部分商家仍保留原有的傳統(tǒng)包裝材料“紙”。由于單純的紙張強度較低，容易破損；紙張致密性相對較高，受潮水分不易向外蒸發(fā)，長時間包裹會導(dǎo)致茶葉滋生細菌，發(fā)生變質(zhì)。而漢麻紙非織造復(fù)合材料是一種新型的復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有優(yōu)越的抑菌性、高透氣性和排濕性；同時，具有極高的強度，柔軟性能好，且該復(fù)合材料的漢麻紙面可以滿足一定的印刷工藝要求。因此，該復(fù)合材料在普洱茶及其他塊狀茶葉包裝材料領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用價值和發(fā)展?jié)摿Α?/span>
圖9復(fù)合材料漢麻紙面吸濕擴散
圖10復(fù)合材料Lyocell纖維面吸濕擴散
圖11 Lyocell纖維非織造布的橫斷面（×50倍）
圖12不同漢麻纖維含量的漢麻紙橫斷面（×50倍）
3.2傷口敷料基材
傷口敷料其材料和種類繁多，是用以包扎傷口、覆蓋瘡傷或其他損害的材料。一個理想的傷口敷料不僅可以覆蓋和保護受影響的區(qū)域，還可以在傷口周圍營造一個濕潤的條件，去除滲出物，防止細菌感染和生物膜的形成，理想情況下提高愈合促進疤痕形成[14]。天然纖維具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性[15]、吸濕性[16]和生物降解性[17]。因此，低成本的天然纖維具有較大的潛在利用價值。微孔裂縫和多孔的漢麻纖維結(jié)構(gòu)，具有極大的吸濕特性。與其他植物材料相比，漢麻纖維不僅具有更高的吸水率，而且在最初的幾分鐘內(nèi)也能吸收大量的水，應(yīng)用廣泛[18]。漢麻基水刺非織造布有著更好的吸收能力、接觸舒適性、柔軟度、彎曲性能，并且毛羽比傳統(tǒng)敷料少得多，因此可以有效地防止敷料與傷口黏連，有利于新型傷口敷料的開發(fā)應(yīng)用[19]。所以，漢麻紙非織造復(fù)合材料作為傷口敷料基材具有巨大的使用潛力。
圖13漢麻紙與Lyocell纖維非織造布復(fù)合材料橫斷面（×50倍）
圖14不同漢麻纖維含量的漢麻紙平面（×100倍）
圖15Lyocell纖維非織造布平面（×100倍）
3.3衛(wèi)生護理品
個人護理所用衛(wèi)生用紡織品包含嬰兒濕紙巾、嬰兒尿布、成人失禁尿墊、卸妝用擦布、女性衛(wèi)生護理濕巾等，涵蓋了男女老少各類用戶[20]。個人衛(wèi)生護理品是保障個人健康、衛(wèi)生安全的一類產(chǎn)品，通常是一次性使用產(chǎn)品；因此，這一類產(chǎn)品的消耗量巨大，趨于國家政策發(fā)展導(dǎo)向及國人環(huán)保理念的不斷提升，選擇可生物降解材料是未來市場的發(fā)展方向。同時，衛(wèi)生護理產(chǎn)品要求具有一定的透氣性和吸濕性，該復(fù)合材料的抑菌性賦予了衛(wèi)生護理品更多的功能及應(yīng)用價值。因此，一種新型的漢麻紙非織造復(fù)合材料在個人衛(wèi)生護理品方面具有極大的開發(fā)潛能。
圖16漢麻紙與Lyocell纖維非織造復(fù)合材料紙面/布面（×50倍）
3.4隔熱材料
隔熱材料主要功能是對熱量進行阻隔，緩解熱量直接散發(fā)到接觸表面，避免熱量對相連物質(zhì)造成熱量傳導(dǎo)。天然漢麻纖維的強度較好、剛度較高，耐熱性能好，并且纖維內(nèi)部具有多孔空腔結(jié)構(gòu)，具備保溫隔熱材料的潛質(zhì)。漢麻纖維的非織造隔熱性能與傳統(tǒng)的隔熱材料性能相當(dāng)[21]。漢麻紙非織造復(fù)合材料具有獨特的兩面性，該特性也為復(fù)合材料隔熱和緩解熱量傳導(dǎo)創(chuàng)造了良好的條件。因此，該新型復(fù)合材料具有開發(fā)隔熱性材料的潛在意義和應(yīng)用價值。
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