“金三发·当盛”杯获奖作品展 | 一等奖：高效绿色开纤-水溶性海岛型双组份超细纤维非织造材料

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作品设计的目的与意义

近年来，海岛型超细纤维非织造材料由于其优异的综合性能而被广泛应用于各个领域，受到了诸多学者的青睐。然而，海岛纤维在开纤过程一般需要使用化学试剂，存在着污染环境的问题。早期采用的“海”组份聚合物需要使用大量有机溶剂使其溶解，不仅严重污染环境，还带来易爆易燃的安全问题，故渐渐被淘汰；目前产业界中广泛使用碱溶性聚酯（COPET），开纤过程中不存在安全问题，但需通过高浓度热碱液分解COPET，产生的污水COD高达10000-50000 mg/L，这与当今国家绿色发展的主题相违背。

为解决上述问题，本作品采用水溶性聚乙烯醇（TPVA）和低熔点聚酰胺（LMPA6）分别为海、岛组份，制备了具有常温水溶性、绿色高效开纤的TPVA/PP定岛型海岛型双组份超细纤维非织造材料，进而为海岛型超细纤维的绿色发展提供研究基础和实施例。

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原料与技术

水溶性聚乙烯醇：TPVA树脂由明新旭腾创新研究院有限公司提供（醇解度88 %，型号：BT-280）；低熔点聚酰胺：LMPA6树脂购自通用技术新材中纺院天津纺科（CA2502）。

常见海岛纤维在实际制备过程存在开纤污染环境的问题，为解决这一问题，本作品采用TPVA为海组份进行熔融复合纺丝。然而，TPVA作为一种水溶性聚合物，由于其本身含有大量的强氢键，因此其热分解温度和熔点较为接近，这为TPVA的熔融复合纺丝造成了极大的阻碍。本作品通过对TPVA原料进行热性能测试，发现其熔点为193.1 ℃，热分解温度为286.5 ℃，而且在实际生产中其在250 ℃时就已经发生持续的分解，表2-1为TPVA和LMPA6纺丝原料特性参数。因此，TPVA很难常规聚酰胺和聚酯进行熔融复合纺丝。

为解决上述技术难题，本作品选用低熔点聚酰胺（LMPA6）为岛组份，与TPVA进行熔融海岛纺丝，随后将其切成短纤后通过梳理-针刺非织造工艺制成TPVA/LMPA6海岛型超细纤维非织造材料。首先将LMPA6和TPVA聚合物分别由两个螺杆挤出机进行熔融，随后经由具有海岛分配系统的喷丝板喷出形成纤维。在进入喷丝孔之前，两种聚合物彼此分离，在进入喷丝孔瞬间，两种聚合物熔体接触，并在喷丝孔甬道中均匀混合，最后形成连续相均匀包覆分散相的纤维，形成定岛型海岛纤维，岛数为37岛，其成型工艺如图1所示。其中，纺丝温度为220 -240 ℃，牵伸倍率为1.2-3.0。

图2所示为本作品电镜图片，不难看出，本作品具有37“岛”结构的海岛型纤维截面，与此同时，针刺后的非织造材料具有较为密集的孔隙，而且纤维与纤维之间缠结的较为紧密，经过测量，此时纤维直径分布在在10~12 μm左右。

表2所示为开纤前后所制备非织造材料的力学性能，由其可知，本作品具有优异的机械性能。

如图4所示，本作品展现出了较为优异的水溶性，且由于采用TPVA醇解度为88 %，常温下即可实现水溶，既环保又节省能源。

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图6为本作品开纤后纤维直径分布图，可以看出，开纤后纤维直径主要分布在3~5 μm，具有超细的纤维形态。

图6 本作品开纤后纤维直径分布图

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TPVA的回收利用-水溶膜

本作品所制备TPVA/LMPA6海岛型双组份超细纤维非织造材料进行水溶开纤后，还可以将溶于水中的TPVA进行回收利用。将溶有TPVA的液体进行浇铸成膜，可以制得具有水溶性的薄膜，且所制备TPVA水溶膜具有优异的水溶性能，常温下即可实现迅速水溶解。该膜可用于洗衣凝珠、一次性包装袋等领域。

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图7 TPVA水溶膜

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应用领域

本作品具有良好的机械性能，可以经过含浸聚氨酯树脂后用于超细纤维合成革基布的制备。

本作品具有良好的机械强度以及优异的抗冲击性能，可直接用于包装材料，也可经抗静电整理后用于精密电子仪器包装材料。

本作品由于其致密的表面结构，使其具有本身较高的过滤性能，后续可经过静电驻极处理后用于过滤材料的制备，如建筑防渗膜等。

本作品不仅具有一定的防水、透气和透湿性能，还具有防螨防蛀的特性，可经过染色处理和柔软整理后用于家用装饰用品如窗帘、床单等的制备。

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作品的创新点

本作品采用低醇解度（88 %）的TPVA为海组份，具备常温水溶的特性，在开纤过程中，不仅环保无污染，而且节省能源。

本作品将溶解后的TPVA制备成水溶膜，实现了资源的再利用，节省了生产成本。

本作品原料创新已申请2项发明专利，如图8所示。

图8 xa0作品创新发明专利（左CN 115094538A；右：CN 115010844A）

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