抗老化聚丙烯无纺布的应用进展

刘金龙++韩培广

摘要：无纺布又可以称之为非织造布，其质地柔软，透气性良好，主要由随机排列、定向排列的纤维经过粘合等形式组合制成，不仅工艺流程较短，而且生产效率高，有着良好的经济效益，被广泛应用于农业、工业、土工绿化中。另外，从其应有优势看，抗老化聚丙烯无纺布的耐磨性好，不易起球，耐酸碱与化学腐蚀，不霉不蛀，其原料包括丙纶、锦纶、桑蚕丝及醋酸纤维等等。本文主要对抗老化聚丙烯（PP）无纺布应用进展进行研究，并对其老化机理、试验方法等进行了简答的研究。

关键词：抗老化聚丙烯无纺布；应用；进展

无纺布有着较高的经济效益，其种类繁多，应用广泛，其原料不仅包括了棉等天然纤维，还包括了粘胶、聚丙烯等化学纤维，无毒无害，且色彩丰富，有着极强的耐磨性、耐酸碱性与耐化学腐蚀性，且不会发霉、虫蛀，是无纺布中生产规模最大的一种。从其功能划分看，可分为抗菌、亲水、抗靜电、抗老化、阻燃等类别，主要用于医疗卫生、保健、工农业、建筑业、土木水利、家庭装饰等范畴。本文主要研究的是抗老化型PP无纺布的应用状况，并综述如下：

1.应用领域

1.1土工绿化

PP无纺布因其加强的耐碱耐酸性、耐霉菌及耐虫蛀、抗分解、抗风化、不易变形等特征，被广泛应用于土工领域中。且其储运便捷，价格相对低廉，从其功能看，主要包括加强、隔离、过滤、排水等，可被应用于堤坝建筑及铁路、机场与公路设施建筑中。其中，在铁路建设方面，可结合其特性，来有效解决路基翻浆冒泥等风险；而在堤坝建筑中，通过铺设此类土工布可以有效抵御土壤冲蚀，避免河岸塌陷，并用于地下排水与挡土墙、软土基础排水等施工过程中[1]。此外，在城市建筑中，抗老化PP无纺布可用于草坪绿地种植，不仅对环境的危害较小，而且能够保温，便于灌溉，即便在休眠期与枯黄期也可以让草坪变得生机勃勃，且养护方便，能够降低施工强度，并提升草坪美观度，可重复使用。当然，该种纺布还可运用高速公路的护坡绿化及山体岩石喷播植草中。

1.2农业种植

以往的农用PP无纺布在阳光的长时间照射下，容易出现老化、开裂等现象，寿命周期较短。而抗老化型的PP无纺布则是由聚酯、PP原料等加工制成，其中PP含量较高，无论是对水分还是空气都有极强的渗透性，且可渗透化学药剂，结构相对疏松，能够与杀虫药剂、化肥等共同使用。另外，抗老化型PP无纺布还具备良好的微气候调节作用，不仅能够隔热、保温，还可以有效抵御紫外线，从而有效改善植物的生长环境。从其农业生产领域看，主要用于农作物覆盖、植物生长基质、温室大棚、农田水土保护等。由于抗老化型PP无纺布的成本较低，且加工流程短，且韧性、强度良好，有着较好的力学性能，可以重复使用，容易回收等，因此可以为农业种植提供良好的保障。

1.3工业生产

除了建筑行业与农业种植领域，抗老化型PP无纺布因其符合环境友好的特征，也被广泛应用于工业生产中，包括车顶棚、汽车隔音与隔热内饰件、仪表板、发动机罩盖衬里中。尤其在汽车内饰件上，由于很多制造商希望使用具有较强耐久性、耐蚀性的材料，而不是以无法回收的泡沫材料代替，因此抗老化型PP无纺布便被运用其中。当然，在其他领域，如户外广告牌、户外运动服、遮阳帽、遮阳伞积及帐篷、户外家纺中，抗老化型PP无纺布也有着广泛的应用空间。

2.PP无纺布老化机理

在PP无纺布的加工中，由于材料自身结构及加工时温度、光照、氧化等因素的影响，因此容易老化降解，并出现粉化、变色与脆裂等现象，使得断裂伸长率与断裂强力降低，不仅缩短了产品使用年限，而且造成了较大的材料浪费，且废弃制品难以在自然条件有效讲解，容易造成环境污染。从其老化机理看，主要由其基体树脂PP材料老化所导致，加之PP材料本身结构、残留杂质，及无机填料、助剂等的使用，使得材料在加工中容易受到温度、氧气的影响而出现热氧老化、螺杆剪切等。同时，在使用过程中，若是长时间暴露于紫外线、氧气下，也容易出现光氧老化[2]。（1）其中，热氧老化与机械剪切主要是由于PP材料在加工时，受到料筒、螺杆剪切挤压，使得大分子链上的碳一碳化学键出现断裂，再加上受到温下的影响，致使分子链断裂后的大分子碳自由基与氧反应，而形成了氢过氧化物，并进一步被分解为RO？含氧自由基、-OH氢氧自由基，加快了自动氧化反应，使得材料相对分子质量降低，并致使其断裂强力、断裂伸长率降低。（2）光氧老化。紫外线可以切断PP分子链，并在氧的作用之下发生光氧化反应，使得PP抗光氧老化性能降低。从PP无纺布生产看，主要由经喷丝制成，其直径较细，容易与氧、紫外光大面积接触，从而发生光氧老化，并致使PP分子链断裂。

3.老化实验

殷保璞[3]等人运用了大气暴露法，对PP SMS无纺布材料进行了耐光老化性能研究，并从产品强力、微观形态与红外光谱、结晶度等方面进行了研究，发现随着时间的推移，PP无纺布断裂强力会随之降低，并在6个月之后，其强力损失率基本消失，并达到100%，而结晶度因老化破坏也明显降低。

凌天清、李东升[4]等人则利用阳光型碳弧灯进行模拟光源实验，发现PP非织造土工布在老化前后，其伸长率与强度均会发生较大的变化。在实验中，主要通过紫外照射，在300h之后，发现材料伸长率降低了39.1%，而抗张强度则降低了45%，表明紫外线是造成PP非织造布降解老化的主要原因之一。

王飞、王浩江[5]等人采用PP：S1040，台湾台化及光稳定剂、抗氧剂等，并用Q-Sun Xe-3HS作为氙灯人工耐候试验机，用H10K-S型万能材料试验机，将PP与抗氧剂、光稳定剂等按照配比经过高速搅拌机混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，其温度控制在150℃-170℃左右，制成60g/㎡的无纺布，并与未添加抗老化母粒所制成的的无纺布，与添加进口抗老化母粒制成的无纺布进行对比。在测试中，主要以ASTM F155-13为标准，其辐照度控制在（340nm）0.35W/㎡，温度在63℃左右，喷水周期为18min喷水/102min无水，之后进行拉伸试验。经过实验发现抗老化母粒LS-133W中所用的载体树脂跟无纺布PP基体树脂有极强的相容性、熔体流动性，能够跟基体树脂混合，并与抗老化助剂均匀分散，有着极强的高温耐热性能，且加工稳定性强，不易出现断丝现象。

4.提升PP无纺布抗老化性能的措施

为了有效提升PP无纺布抗老化性能，需要从制品表面开始，并适当增加制品厚度，来延长其使用年限，并通过涂覆、涂布，在外层复合耐候性良好的材料，来附上防护层，延缓其老化进程。当然，也可以在PP无纺布的表面针刺抗光氧老化性良好的聚酯布层，来吸收紫外辐射，达到防老化效果[6]。同时，也可以通过添加稳定化助剂，包括防老化助剂、纳米粒等来提升PP无纺布抗老化性能。

参考文献：

[1]苏仕琼，易军.干、湿热自然环境气候下塑料老化-PP老化规律研究[J].塑料工业，2013，41（6）：92—95.

[2]Bauer I，Habicher W D，Korner S，et a1.Antioxidant interaction between organic phosphites and hindered amine lightstabilizers：effects during photoxidation of polypropylene II[J].Polymer Degradation and Stability，1997，55（2）：217— 227.

[3]陈光林，殷保璞.双组份SMS非织造材料耐光老化性能研究[J].产业用纺织品，2008（11）13—17.

[4]郑智能，凌天清，李东升.土工合成材料的光氧老化试验研究[J].重庆交通学院学报，2004，23（6）：67—69.

[5]王飞，王浩江.耐候母粒LS-133W的开发及其在户外用PP无纺布中的应用研究术[J].塑料工业，2015，01（43）：125-128.

[6]严娜娜，李建强.SMS非织造布横纵向机械性能的差别分析[J].武汉科技学院学报，2010，23（1）：14—17.

[7]作者简介：刘金龙（1976-），男，汉族，安徽宁国，讲师，博士，研究方向：控制工程。