CN101509175A

CN101509175A - 一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法

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Publication number: CN101509175A
Application number: CNA2009100451931A
Authority: CN
Inventors: 钱程
Original assignee: Jiaxing University
Current assignee: Jiaxing University
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2029-01-12
Also published as: CN101509175B

Abstract

一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法，其组分重量比为：木棉纤维40～60份、聚乳酸双组分纤维10～40份、聚乳酸中空纤维15～40份；经抓棉、混棉、称重、开松、机械梳理、杂乱成蓬松的三维立体网状结构纤维网后，首先经过预先针刺，然后再经热熔定型、冷却、卷绕等工序而成的。本发明保暖材料所用原料完全可降解，整个生产过程无污染，产品具有良好的强度、蓬松、保暖和抑菌等多种功效，属于绿色环保型产品。

Description

一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及保暖材料及其生产方法，特别涉及一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法，其强度，蓬松性，保暖性和回弹性好，材料多孔性结构稳定持久。

背景技术

我国是13亿人口的大国，无论吃饭还是穿衣需求都位居世界前列，然而巨大消费背后所带来的固体废弃物排放也非常惊人，有资料表明，在“限塑令”颁布以前，2007年中国塑料类合成材料消费量超过5000万吨，这类材料废弃后主要采用填埋处理，但需要花费100～200年时间才能降解，而可供选择的垃圾填埋场越来越少，相应带来的处理成本也越来越大；另一方面，这类材料来源于天然石油资源，受石油市场价格暴涨及地球资源枯竭危机的制约，因此采用可降解材料生产高品质产品，以减少对我们赖以生存地球的污染，对于整个社会的可持续发展是非常重要的。

聚乳酸纤维是一种新型的生态环保型纤维，它以玉米淀粉为原料，经过发酵、缩合、聚合等一系列反应制成。在正常的温度和湿度条件下，聚乳酸及其制品是极其稳定的，但废弃后的制品在土壤或海水中经微生物作用可降解为二氧化碳和水，随后在植物光合作用下，它们又会成为淀粉的起始原料。

聚乳酸也是一种低能耗产品，比以石油产品为原料生产的聚合物低30～50％的能耗，此外聚乳酸纤维的应用性能也非常优异，如其熔点范围很宽(120℃～170℃)，并且具有很好的热粘结性能，使其成为双组份纤维的最佳选择之一；在夏天透湿性、水扩散性优异，吸汗快干，冬天保温性比棉和聚酯纤维高20％以上，且回弹性好以及较好的卷曲性和卷曲持久性，使其适合各种填絮材料、地毯和毛毡；对紫外光照射稳定，抑菌性良好；其强伸特性与聚酯纤维相差不多(强度：4.5～5.5g/d，伸度：25～40％)，使其方便于纺织加工。

聚乳酸纤维自从上个世纪五十年代开始产业化以来，随着生产规模的不断扩大，成本也进一步下降，现在的价格已经介于聚酯和聚酰胺纤维之间。我国目前对于聚乳酸的应用在纺织上比较多，有纯纺和与其它天然或合成纤维混纺，在无纺布方面也有纺粘、熔喷和水刺纤维聚乳酸产品的出现，但具体在保暖材料方面应用还没有见到。

木棉纤维是果实纤维，其纵向表面光滑，截面为圆形或椭圆形，纤维最大特点是内部中空，中空度高达80％～90％，细胞壁薄，壁厚约为0.5～2μm，纤维细而短(长度8～34mm，细度为0.9～3.2dtex)，单纤维密度仅为0.29g/cm³，因此纤维轻而保暖，主要用作各种填絮料。由于木棉纤维的相对扭转刚度大、长度短、强力低、抱合力差和缺乏弹性，易造成填充料被压扁毡化，甚至局部出现破洞，因此近几年对木棉纤维絮料高值化开发做了很多工作：

中国专利CN1644779公开了一种回弹性好、结构增强、高效保暖木棉絮料的制造方法，选用25～90％天然木棉纤维、5～40％低熔点纤维、0～70％压缩回弹性好的化学纤维，将纤维原料混合开松后，进行成网处理，形成纤网，然后进行粘合处理而成。该项专利克服了传统木棉絮料的致命缺陷，并保持了木棉絮料固有的高效保暖和轻质特性，所用低熔点纤维为聚烯烃、共聚酰胺以及共聚酯等合成纤维，所用压缩回弹性好的化学纤维是单孔或多孔三维卷曲中空化纤或聚对苯二甲酸丙二醇脂等高弹性纤维。

纺织学报2007年01期刊登楼英，王府梅，刘维的《木棉絮料的压缩性能测试分析》一文，主要内容是为提高传统木棉絮料的强度和持久回弹性，拓宽其应用范围，开发了专利技术CN1644779，通过测试对比传统木棉絮料和利用专利技术制造的新型木棉絮料的压缩性能，比较了不同化学纤维与木棉混合的新型絮料的差异，发现混入合纤后的木棉絮料尽管初始蓬松度没有纯化纤絮料大，柔软性没有纯木棉絮料好，但是新型木棉/合纤混纤絮料的压缩弹性有了明显的提高，文中所用化学纤维分别是四孔PET、七孔PET以及高弹性纤维PTT。

纺织学报2007年04期刊登谈丽平，王府梅，刘维的《木棉系列絮料的保暖性》一文，主要内容为开发一种木棉絮料制作新技术，以克服传统木棉絮料强力低、持久回弹性差缺陷，同时比较研究了木棉絮料和其他现有絮料的静态热阻和对流散热量，发现木棉絮料的保暖性仅次于羽绒，明显优于四孔、七孔涤纶棉絮料和喷胶棉，与化纤絮料相比，木棉纤维将絮料中的空隙分割的很小，使得絮料的对流散热量大幅度降低，而且木棉絮料的传导热阻也明显高于现有化纤絮料。

中国专利CN101177844又进一步对专利CN1644779做了改进，发明内容提供一种木棉絮料及其生产方法，通过控制和调整木棉纤维与所用化学纤维组分的混合比例调节木棉絮料的蓬松度与压缩弹性，以进一步提高木棉絮料的蓬松度与压缩回弹性。

欧洲专利EP1641972介绍了一种混合木棉纤维填料及其生产方法，用于被子、家具汽车的填充材。由线密度较小的合成涤纶纤维和木棉纤维组成，其中涤纶纤维包括实心纤维和中空纤维。其生产方法是将预先混合好的纤维经过开包、开松、梳理，然后经过真空抽吸装置铺叠成网，最后经过加固而成。上述生产方法也可以是涤纶纤网和纯木棉纤维经过复合技术形成的填料。

欧洲专利EP1649093 1介绍一种复合填料，具有抗菌性，防蛀。在权利义务中提出其纤维组成是再生纤维素纤维以及木棉纤维，其再生纤维素纤维优选LYOCELL，然后加入聚酯纤维，这样材料中包含亲水和疏水两部分，对穿用人员更好起到气候调节作用。同时这样组成的填料防蛀、抗菌性好，形成良好的舒适循环环境，具有好的保暖性。

日本专利JP3929677介绍一种含有木棉纤维的机织物或针织物，该织物中使用木棉纤维量超过20％(重量比)，特别地该木棉纤维木质素含量小于1.5％(重量比)。这种木棉纤维的机织物或针织物具有非常好的耐光性、白度，质量轻，保暖性好，在后续的染色和整理都没有问题。

欧洲专利EP1463476介绍一种含有木棉纤维的三层材料，表层是为透湿层，底层为拒水层，中间层为吸水层。拒水层的底层由疏水性的植物纤维木棉组成，表层优选为羊毛纤维，这种材料可以使穿着者在湿度较高的环境中也保持身体温暖，而不会像穿合成纤维类服装那样使温度升的过高，而使人体感觉不舒服。

综上所述，这些研究工作中针对木棉纤维长度短、强力低、抱合力差、弯曲刚度低和缺乏弹性，存在随着使用时间推移产品的柔软舒适性和保暖性衰减快，且絮片强力低局部会出现破洞的缺陷而进行，通过加入回弹蓬松性好、刚度大及抱合力好的化学纤维来弥补木棉纤维的不足，却造成了虽然木棉纤维是绿色的，不带有任何农药，废弃后完全可以降解，但由于化学纤维的加入使整体絮料属于半环保材料，废弃后只有木棉纤维可以降解，而使用的另一部分合成纤维却形成了第二次污染，这不符合取绿色于自然，还绿色于自然的环保理念。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法，制成材料可完全降解，保暖性和回弹性好，有较好的强力和稳定持久的多孔性结构，以弥补现有技术的不足，不会形成第二次污染，还大自然一个绿色清洁的环境。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

一种绿色可完全降解型保暖材料，其组分重量比为：木棉纤维40～60份、聚乳酸双组分纤维10～40份、聚乳酸中空纤维15～40份。

进一步，所述的聚乳酸双组分纤维是一种以玉米淀粉为原料的纤维，属于皮芯结构，其线密度为2.0～6.0D，长度为38～65mm。

所述的聚乳酸中空纤维是一种以玉米淀粉为原料的纤维，其线密度为2.0～10.0D，长度为木棉纤维的3～6倍。

本发明绿色可完全降解型保暖材料的生产方法，其包括如下步骤：

1)保暖材料其组分重量比为：木棉纤维40～60份、聚乳酸双组分纤维10～40份、聚乳酸中空纤维15～40份；

2)按上述组分抓棉、混棉、称重、开松、机械梳理、杂乱成蓬松的三维立体网状结构纤维网；

3)经过预先针刺加工，刺针刺入纤网时，刺针上的钩刺就带住纤网表面和内层的一些纤维随刺针穿过纤网层，使纤维在运动过程中相互纠缠，同时由于摩擦力的作用和纤维的上下位移对纤网产生一定的挤压，使纤网受到压缩；当刺针深入一定程度回升，纤维脱离钩刺以近乎垂直的状态留在纤网内，形成如许多的纤维束“销钉”式钉入纤网，赋予纤网以初始的强度；

4)然后再经热熔定型，形成良好服用强度的蓬松纤网，再经冷却、卷绕。

又，所述的预先针刺加工时，采用植针密度3000～5000枚/m，针刺动程50～70mm，针刺频率为600刺/min-1200刺/min。

在本发明中，

所述的聚乳酸双组分纤维是一种以玉米淀粉为原料可生物降解型环保纤维，属于皮芯结构，其线密度为2.0～6.0D，长度为38～65mm。

所述的聚乳酸中空纤维是一种以玉米淀粉为原料可生物降解型环保纤维，其线密度为2.0～10.0D，长度为木棉纤维的3～6倍。

所述的聚乳酸双组分纤维在保暖材料中主要起粘结加固作用，此外其未熔化的芯层还具有支撑纤维网作用。

所用聚乳酸中空纤维在保暖材料中主要起增加保暖性、增加回弹力和骨架支撑的作用。

本发明绿色可完全降解型保暖材料生产方法，其特殊性在于首先经过预先针刺加工，以增加最终纤网的强力，降低热熔纤维的使用量。进行预针刺加工时，当刺针刺入纤网时，刺针上的钩刺就带住纤网表面和内层的一些纤维随刺针穿过纤网层，使纤维在运动过程中相互纠缠，同时由于摩擦力的作用和纤维的上下位移对纤网产生一定的挤压，使纤网受到压缩。当刺针深入一定程度回升，纤维脱离钩刺以近乎垂直的状态留在纤网内，犹如许多的纤维束“销钉”钉入了纤网，赋予纤网以初步的强度。预针刺加工时，采用植针密度3000～5000枚/m，针刺动程50～70mm，针刺频率为600刺/min-1200刺/min。

本发明的优点：

本发明材料采用木棉纤维、聚乳酸双组分纤维和聚乳酸中空纤维，材料完全可降解。

聚乳酸双组分纤维作为材料粘结加固的主体材料，属于皮芯结构，皮层聚乳酸的熔点70～90℃，起热熔粘合的作用；芯层聚乳酸的熔点130～170℃，起到支撑纤网的作用。当热熔加固时，加热温度达到皮层聚乳酸熔点范围内时，聚乳酸皮层熔融流动，冷却后在木棉纤维、聚乳酸中空纤维和聚乳酸双组分纤维三者交叉处形成点粘合结构，而聚乳酸芯层则保持原来的特性不变，因此聚乳酸双组分纤维同时起到了粘合和支撑纤网的作用，增加了纤网的强力及其多孔结构的稳定性。

聚乳酸中空纤维在保暖材料中起骨架支撑、增加回弹力、蓬松和保暖作用，其长度为木棉纤维的3～6倍。由于纤网属于一个多孔结构，每一个小孔隙或缝隙都由木棉纤维、聚乳酸双组分纤维、聚乳酸中空纤维组成，因而在每个孔隙中都会存在一个粘结加固点，纤维越长，穿过的孔隙数目越多，其上的粘结点也越多，则对纤网的整体强度贡献越大，这样较长的聚乳酸中空纤维赋予纤网更好的强力，同时纤维中空的结构保持了较多的静止空气，进一步增加了材料的蓬松和保暖效果。

本发明保暖材料在加工过程中首先采用了预先针刺加工技术，赋予纤网初始强力，以增加最终纤网的强力，降低热熔纤维的使用量，增加木棉纤维的用量，在降低生产成本的同时，进一步提高了材料的保暖性。

总之，本发明充分利用木棉纤维中空度大、保暖性好、质地轻的优势特点，采用聚乳酸中空纤维弥补木棉纤维长度短、强力低、持久回弹性差的缺点，以聚乳酸双组分纤维提供材料结构的稳定性，三种纤维材料一起使用优势互补，相辅相成。此外，采用了预针刺初加工，增加最终纤网的强力和保暖性，同时整个生产过程无污染，最终实现环保降解，蓬松、保暖，持久回弹及抑菌等多种功效的保暖材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

首先将40份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、20份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度51mm，线密度4.4dtex和40份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度76mm，线密度7.7dtex均匀混合，然后经称重、开松、机械梳理、杂乱成蓬松的三维立体网状结构纤维网后，经预针刺，再经热熔定型成具有良好服用强度，冷却并卷绕为成品。

生产过程包括如下步骤：定量配比——抓棉——混棉——称重——预开松——金属除杂——多仓混棉——精开松——气流给棉——双锡林双道夫梳理——纤网杂乱——交叉铺网——机械牵伸——预针刺——热风烘燥定型——冷却——自动贮布——计码卷取——半成品卷材——验布分切——成品包装。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林转速950m/min，主锡林工作辊转速125m/min，主锡林剥取辊转速为100m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为2.25(为避免对木棉纤维的过度损伤，生产时主要工作部件的工作参数比常规生产时的速度降低1/3)；采用植针密度3000枚/m，针刺深度6.2mm，针刺频率为600刺/min，针刺密度50刺/cm²；烘干定型温度为80℃。

实施例2

首先将50份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、25份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度51mm，线密度4.4dtex和25份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度102mm，线密度11dtex均匀混合，然后经称重——预开松——金属除杂——多仓混棉——精开松——气流给棉——双锡林双道夫梳理——纤网杂乱——交叉铺网——机械牵伸——预针刺——热风烘燥定型——冷却——自动贮布——计码卷取——半成品卷材——验布分切——成品包装。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速72.5m/min，主锡林剥取辊转速为80m/min，主锡林转速720m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为2.0；采用植针密度3000枚/m，针刺深度5.8mm，针刺频率为520刺/min，针刺密度40刺/cm²；烘干定型温度为85℃。

实施例3

首先将45份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、15份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度51mm，线密度4.4dtex和40份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度76mm，线密度7.7dtex均匀混合，均匀混合，然后按照上述实施例工艺进行。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速85m/min，主锡林剥取辊转速为95m/min，主锡林转速790m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为2.15；采用植针密度3000枚/m，针刺深度6.0mm，针刺频率为550刺/min，针刺密度50刺/cm²；烘干定型温度为80℃。

实施例4

首先将60份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、10份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度38mm，线密度2.2dtex和30份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度65mm，线密度4.4dtex，均匀混合，然后按照上述实施例工艺进行。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速70m/min，主锡林剥取辊转速为90m/min，主锡林转速690m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为1.9；采用植针密度3000枚/m，针刺深度5.0mm，针刺频率为500刺/min，针刺密度40刺/cm²；烘干定型温度为90℃。

实施例5

首先将40份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、35份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度51mm，线密度4.4dtex和25份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度76mm，线密度7.7dtex均匀混合，均匀混合，然后按照上述实施例工艺进行。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速88m/min，主锡林剥取辊转速为110m/min，主锡林转速780m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为1.95；采用植针密度3000枚/m，针刺深度5.8mm，针刺频率为520刺/min，针刺密度40刺/cm²；烘干定型温度为83℃。

实施例6

首先将55份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、15份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度38mm，线密度2.2dtex和30份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度76mm，线密度7.7dtex，均匀混合，然后按照上述实施例工艺进行。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速92m/min，主锡林剥取辊转速为115m/min，主锡林转速810m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为2.05；采用植针密度3000枚/m，针刺深度5.5mm，针刺频率为540刺/min，针刺密度58刺/cm²；烘干定型温度为88℃。

实施例7

首先将50份(重量比)木棉纤维，平均长度20mm，平均线密度2dtex、20份(重量比)聚乳酸双组分纤维，长度51mm，线密度4.4dtex和30份(重量比)聚乳酸中空纤维，长度102mm，线密度11dtex，均匀混合，然后按照上述实施例工艺进行。

其中主要工作部件参数为：梳理机主锡林工作辊转速98m/min，主锡林剥取辊转速为120m/min，主锡林转速900m/min，交叉铺网层数为2层，总牵伸比调整为2.2；采用植针密度3000枚/m，针刺深度6.5mm，针刺频率为610刺/min，针刺密度59刺/cm²；烘干定型温度为93℃。

对上述前四个实施例中所制成材料，按照国家标准对与保暖性相关的指标进行测试，数据见表1。

表1

参数项目	厚度mm	面密度g/m²	透气性L/(m²·s)	保温率(％)	压缩弹性(％)	拉伸断裂强度(cN/dtex)	蓬松度(cm³/g)
参数项目	厚度mm	面密度g/m²	透气性L/(m²·s)	保温率(％)	压缩弹性(％)	拉伸断裂强度(cN/dtex)	蓬松度(cm³/g)	实施例1	2.8	130	316	67.7	69.1	3.98	81.5
实施例2	3.2	145	268	75.1	68.3	3.75	78.3	实施例1	2.8	130	316	67.7	69.1	3.98	81.5
实施例2	3.2	145	268	75.1	68.3	3.75	78.3	实施例3	3.8	150	230	77.2	75.5	3.55	80.5
实施例4	4.4	200	205	88.3	70.8	3.10	69.1	实施例3	3.8	150	230	77.2	75.5	3.55	80.5
实施例4	4.4	200	205	88.3	70.8	3.10	69.1	市售絮料	3.0	135.8	228	56.57	55.6	1.61	52.5

表中数据说明了本发明研制的可完全降解型保暖材料在保温率、压缩回弹性、强力以及蓬松度方面都明显优于市售絮料。在可完全降解型保暖材料中含木棉纤维的量越大，其保温率也越大；压缩弹性回复率随聚乳酸中空纤维含量的增加也在增大；拉伸断裂强度则随着预针刺工艺的采用、聚乳酸双组分纤维的含量越多以及聚乳酸中空纤维越长，强力也越大。

Claims

1.一种绿色可完全降解型保暖材料，其组分重量比为：木棉纤维40～60份、聚乳酸双组分纤维10～40份、聚乳酸中空纤维15～40份。

2.如权利要求1所述的绿色可完全降解型保暖材料，其特征在于，所述的聚乳酸双组分纤维是一种以玉米淀粉为原料的纤维，属于皮芯结构，其线密度为2.0～6.0D，长度为38～65mm。

3.如权利要求1所述的绿色可完全降解型保暖材料，其特征在于，所述的聚乳酸中空纤维是一种以玉米淀粉为原料的纤维，其线密度为2.0～10.0D，长度为木棉纤维的3～6倍。

4.如权利要求1所述的绿色可完全降解型保暖材料的生产方法，其包括如下步骤：

3)预先针刺加工，刺针刺入纤维网时，刺针上的钩刺带住纤网表面和内层的一些纤维随刺针穿过整个纤网层，使纤维在运动过程中相互纠缠，同时由于摩擦力的作用和纤维的上下位移对纤网产生一定的挤压，使纤网受到压缩；当刺针深入一定程度回升，纤维脱离钩刺以近乎垂直的状态留在纤网内，形成如许多的纤维束“销钉”式钉入纤网，赋予纤网以初始的强度；

4)然后再经热熔定型，形成具有良好服用强度的蓬松纤网，再经冷却、卷绕。

5.如权利要求4所述的绿色可完全降解型保暖材料的生产方法，其特征是，所述的预先针刺加工时，采用植针密度3000～5000枚/m，针刺动程50～70mm，针刺频率为600刺/min-1200刺/min。