摘 要：汉麻纤维是一种古老的天然纤维素纤维之一，其特殊的物理结构及化学性能具有极高的研究和应用价值，常被学者以多种加工方式加以研究与开发。水刺技术在非织造布生产领域具有流程短、工艺简单、无污染及产品多样性等特点，得到了很好的发展，是一个朝阳的行业。水刺工艺复合加工是非织造行业生产高性能和高功能性产品的一种常见方式。本论文通过汉麻纸与Lyocell纤维非织造布采用水刺工艺对以上两种材料进行水刺复合，并对复合材料的抑菌性能、物理性能及结构进行了分析。该复合材料具有良好的抑菌性、断裂强度和吸湿扩散性；同时，具有特殊的两面性。复合材料手感舒适、滑爽、柔软，易于折叠，在卫生护理、伤口敷料基材、包装、隔热材料等领域具有潜在的应用价值。
关键词：汉麻纤维；汉麻纸；Lyocell纤维；Lyocell纤维非织造布；抑菌性
汉麻在我国种植面积非常广泛，是一种资源丰富的可再生性环保原料，其制备的汉麻纤维是人类最早使用的一种生态纺织原料。由于汉麻纤维独特的结构，其制品具有吸湿、透气、耐热、抗菌、防紫外线、防辐射、消声吸波、无刺痒感等多种特性，因此汉麻被公认为天然和绿色环保纤维[1]。汉麻也是一种非常好的“碳汇”植物，在生长过程中通过光合作用吸收空气中的CO2，并以有机物的形式固定于植物体内，具有明显的固碳效应，是一种很好的低碳环保经济作物[2]。采用汉麻制造的产品也称为“碳汇产品（CO2 Sink?Products)[3]”。
非织造水刺技术是通过高压水流对纤维网加固，形成具有一定面密度和强度的非织造布[4]。水刺非织造布具有手感柔软、悬垂性好、吸湿性好、透气性好、外观光滑、不起毛等特点[5]。由于水刺非织造布的用途广泛，已经渗透到各个行业之中，因此最近几年，在各类非织造布生产技术中，以水刺非织造布发展最快[5]。
广义上讲复合材料包括一切双组分以上的结构体，包括混合型和层合型两种[6]。复合技术不是简单的叠加，它有较大的功能或性能增效作用[7]。水刺技术加工的原料选择面广，加之技术自身具备工艺灵活多样性，这些都为其复合提供了良好的基础[8]。且随着非织造布技术的不断发展，越来越多的相关技术产品与水刺非织造布进行复合，加工出新型的水刺复合非织造布材料。
本课题通过汉麻纸与水刺非织造复合工艺制备了一种汉麻纸非织造复合材料，考察了该复合材料的抑菌性和物理性能，并通过显微镜分析了复合材料的结构，并探讨了复合材料在茶叶包装、伤口敷料基材、卫生护理、隔热材料等领域的潜在应用。
1仪器、材料与实验过程
1.1实验仪器
图1汉麻纤维（×100倍）
YG026PC-250电子强力机、JA26038电子天平、YG(B)871型毛细管效应测定仪、YG812DB渗水性测定仪、YG141织物厚度仪、电子显微镜、101-3型电热鼓风干燥箱、DHZ-D型恒温振荡器、SPX-250-Ⅱ恒温培养箱、LDZM-40KCS-Ⅱ立式压力蒸汽灭菌器、三角烧瓶等。
1.2实验材料
汉麻纸、Lyocell纤维非织造布、高锰酸钾、0.03?mol/L磷酸盐缓冲液（PBS)、营养琼脂培养基?(NA)、营养肉汤培养基（NB）等。
1.3实验过程
1.3.1汉麻纸
汉麻纸由某纸厂提供。汉麻纸是采用蒸煮和漂白后的汉麻纤维和针叶浆纤维按照一定的比例，通过抄纸方法加工而成。汉麻纤维配比为30%～100%，针叶木浆纤维配比为0～70%，汉麻纸的汉麻纤维含量分别为30%、50%、100%。
纤维原料经过一定功率的盘磨处理，针叶木浆纤维长度2.05～3.57?mm，宽度32.7～57.6?μm；汉麻纤维长度1.03～2.55?mm，宽度16.7～26.2?μm。木浆纤维具有多羟基的化学结构，大量的羟基使得纤维素具有极强的亲水性能[9]。汉麻表面形成的天然毛细通道和中腔连通，使其具有优异的毛细效应、透气性及吸湿排汗性[10]。汉麻纤维经过盘磨打浆后，部分纤维末端会产生一定的分丝帚化，更进一步地提高纤维之间的接触面积及缠结效果；同时，有利于水分的传送与疏导，并快速地散失。分丝帚化的汉麻纤维在纸页抄造过程中会一定程度地提高纸页强度。汉麻纸是由100%纤维素纤维通过造纸技术加工而成，在自然条件下可生物降解，对环境友好，不会造成污染。电子显微镜下观察汉麻纤维和针叶木浆纤维见图1、图2。汉麻纸物理指标见表1。
1.3.2Lyocell纤维非织造布??
Lyocell纤维为100%的纤维素，可在较短时间内完全生物降解为无机物CO2和H2O，重新参与自然生态系统的物质循环，对环境无任何污染，被誉为21世纪的“绿色纤维”[11]。Lyocell纤维具有强度高、伸长小，水刺后的产品变形小、尺寸稳定性高等特点。Lyocell纤维的水刺非织造布可广泛用于医用纱布、用即弃的擦拭布、妇女卫生护理材料、面膜材料、环保复合材料等领域。Lyocell纤维非织造布物理指标见表2。
图2针叶木浆纤维（×100倍）
表1汉麻纸物理指标
表2Lyocell纤维非织造布物理指标
1.4汉麻纸非织造布复合过程及指标检测
首先，将含有不同汉麻纤维配比的汉麻纸分别编号为A、B、C，其中汉麻纤维的含量分别为30%、50%、100%，其余为针叶木浆纤维。其次，将事先准备好的Lyocell纤维非织造布（使用字母“N”代替）依次与不同汉麻纤维含量的汉麻纸通过水刺工艺技术，将两种材料进行水刺复合，从而获得一种汉麻纸非织造复合材料。实验水针头压力分别为4.0?MPa、6.5?MPa、5.5?MPa，运行速度为10?m/min。最后，将复合材料放置在鼓风干燥箱内干燥，干燥好的复合材料在自然条件下平衡8?h以后，测试其各项物理指标。由于汉麻纤维为天然纤维材料，抑菌机理同添加抗菌剂方式不同。因此，该复合材料引用GB?15979-2002一次性使用卫生用品卫生标准中的非溶出性抗（抑）菌产品抑菌性能的试验方法，对汉麻纸非织造复合材料进行测试。根据汉麻纸中汉麻纤维含量的不同，对相应的复合材料进行编号为NA、NB、NC。
2结果与讨论
2.1抑菌性
汉麻纤维具有抗菌性能，据文献[12]报道原因主要有两个：一方面是化学成分抑菌，大麻酚类物质，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌等具有明显的抑制作用。另一方面是结构性抑菌，汉麻纤维连续中空多孔的结构，使得纤维内部充满氧气，厌氧菌难以生长繁殖。根据实验结果表明，随着汉麻纸汉麻纤维含量的提高，材料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌性有增强的趋势。汉麻纸非织造布复合材料抑菌性见图3。
2.2物理性能
在实验过程中，随着汉麻纸中的汉麻纤维含量的增加，复合材料的相关性物理指标也发生变化。复合材料物理性能指标见表3。
2.2.1断裂强度及伸长率
如图4、图6所示，随着选用的汉麻纸中汉麻纤维含量的不断增加，复合材料的断裂强度表现出明显的变化，纵向断裂强度和横向断裂强度都呈现出增长的趋势。由于复合材料的断裂伸长与断裂强度在一定程度上表现为相反的关系；因此，断裂伸长呈现出下降的趋势，如图5、图7所示。通过复合材料的断裂强度和断裂伸长指标，间接地反映了汉麻纸与Lyocell纤维非织造布水刺复合良好，一定程度上提高了复合材料的整体断裂强度；同时，也改善了复合材料的断裂伸长指标。
图3汉麻纸非织造布复合材料抑菌性
图4纵向断裂强度
表3复合材料物理指标
2.2.2厚度
在水刺工艺复合过程中，复合材料的厚度影响因素较多且相对比较复杂。复合材料的厚度受水针板压力、托网网型、原材料及生产工艺等因素影响。在实验过程中，复合材料的整体厚度增加比较显著，远大于两种原材料的总和，主要跟水刺工艺技术有关。在确保生产工艺稳定及网型不变的情况下，复合材料的厚度主要受原材料的类型影响，随着汉麻纸中汉麻纤维含量的增加，厚度呈现一定的下降趋势。主要原因是由于选用的汉麻纤维相对针叶木浆纤维要短且细，纤维相对较软，在高压水刺射流过程中，纤维穿插缠结更加紧密，从而间接降低了复合材料的相应厚度。如图8所示。
图5纵向断裂伸长
图6横向断裂强度
2.3吸湿扩散性能
汉麻纤维的物理结构非常特殊。纤维中心有较大的空腔，纵向表面分布着许多裂缝和相连的孔洞，并有螺旋纹[13]。同时，汉麻纤维本身属于纤维素纤维，纤维的吸湿性非常好，并且汉麻纤维具有独特的裂缝和孔洞结构，从而使得液体能够迅速地扩散到织物表面。在实验过程中，复合材料随着汉麻纸汉麻纤维的含量不断增加，在复合材料汉麻纸面液体能够迅速地在织物表面发生扩散。同时，液体的扩散面积随着汉麻纸汉麻纤维含量的增加呈扩大的趋势。如图9、图10所示
2.4材料结构
2.4.1横断面
将Lyocell纤维非织造布、不同汉麻纤维含量的汉麻纸及相对应复合材料的横断面在电子显微镜下观察。图11为Lyocell纤维非织造布的横断面，通过显微镜观察可以看出，纤维之间的相互错乱交叉密集，缠结效果较好，并且纤维相互之间堆积比较稀松，松厚度较大，这也是水刺非织造布材料手感丰厚、柔软的主要原因之一。同时，由于Lyocell纤维本身持有的特殊性能，赋予了非织造布丰满、滑爽、柔软的布面特质。图12为不同汉麻纤维含量汉麻纸的横断面，纤维之间堆积比较紧密，致密性较高，松厚度较低。图13为不同汉麻纤维含量的复合材料，上表面为汉麻纸，下表面为Lyocell纤维非织造布。汉麻纸面，纤维之间贴合比较紧密，平整度、致密性及质感较强，手感滑爽舒适；Lyocell纤维非织造布面，还有一部分Lyocell纤维裸露在复合材料表面，表面纤维比较稀松，纤维毛多且较为松散，手感丰厚、柔软度较好。当然，复合材料中的两种纤维之间不是绝对地分隔开来；相反，纤维相互之间是有紧密的缠结交织，部分汉麻纤维由于高压水刺射流作用的影响，会穿过Lyocell纤维非织造布层，并与Lyocell纤维相互缠结。Lyocell纤维也会受到高压水流反弹作用，迫使Lyocell纤维反弹穿插到汉麻纸表面，并与汉麻纸纤维缠结。因此，汉麻纸非织造复合材料不仅具有双面性的特点；同时，正反面均有两种纤维原料的性能。
图7横向断裂伸长
图8厚度
2.4.2平面
如图14、图15、图16所示，将不同汉麻纤维含量的汉麻纸、Lyocell纤维非织造布及相应复合材料的平面分别在电子显微镜下观察。从电子显微镜图像中看出，图14不同汉麻纤维含量的汉麻纸平面，均可以看到汉麻纤维表面存在无规则的细微缝隙。随着汉麻纤维比例的增加，汉麻纤维在汉麻纸中均匀分布会更加地密集。可以清晰地看到平面图15纤维之间的缠绕交错复杂，纤维堆叠较为分散和蓬松，手感丰满、柔软和滑爽。图16为汉麻纸非织造布复合材料的纸面和布面。原料经水刺工艺复合加工后，复合材料纤维之间仍然有较高的缝隙，透气性极高；同时，复合材料两面依然保留原有材料的各自特点，并且根据水刺工艺加工的特点，纤维之间存在较好的相互穿插和缠结，给该复合材料的多样性功能提供了更多的可能，发挥出更好的潜在利用价值。
3非织造复合材料的应用展望
3.1茶叶包装
随着普洱茶产业的不断发展，其包装材料的选择成为一个新的热点。部分经销商为了吸引消费者眼球，于是在茶叶包装上设计出较多的包装方案，采用金属礼盒、实木、陶瓷、塑料等材料制成。同时，部分包装内衬华丽的绸缎，从而导致产品包装材料价值大于商品价值。并且该类包装材料的原料资源浪费较大，其中部分包装材料还对环境造成一定的污染。另外还有一部分商家仍保留原有的传统包装材料“纸”。由于单纯的纸张强度较低，容易破损；纸张致密性相对较高，受潮水分不易向外蒸发，长时间包裹会导致茶叶滋生细菌，发生变质。而汉麻纸非织造复合材料是一种新型的复合材料，该复合材料具有优越的抑菌性、高透气性和排湿性；同时，具有极高的强度，柔软性能好，且该复合材料的汉麻纸面可以满足一定的印刷工艺要求。因此，该复合材料在普洱茶及其他块状茶叶包装材料领域具有较好的应用价值和发展潜力。
图9复合材料汉麻纸面吸湿扩散
图10复合材料Lyocell纤维面吸湿扩散
图11 Lyocell纤维非织造布的横断面（×50倍）
图12不同汉麻纤维含量的汉麻纸横断面（×50倍）
3.2伤口敷料基材
伤口敷料其材料和种类繁多，是用以包扎伤口、覆盖疮伤或其他损害的材料。一个理想的伤口敷料不仅可以覆盖和保护受影响的区域，还可以在伤口周围营造一个湿润的条件，去除渗出物，防止细菌感染和生物膜的形成，理想情况下提高愈合促进疤痕形成[14]。天然纤维具有优异的热稳定性[15]、吸湿性[16]和生物降解性[17]。因此，低成本的天然纤维具有较大的潜在利用价值。微孔裂缝和多孔的汉麻纤维结构，具有极大的吸湿特性。与其他植物材料相比，汉麻纤维不仅具有更高的吸水率，而且在最初的几分钟内也能吸收大量的水，应用广泛[18]。汉麻基水刺非织造布有着更好的吸收能力、接触舒适性、柔软度、弯曲性能，并且毛羽比传统敷料少得多，因此可以有效地防止敷料与伤口黏连，有利于新型伤口敷料的开发应用[19]。所以，汉麻纸非织造复合材料作为伤口敷料基材具有巨大的使用潜力。
图13汉麻纸与Lyocell纤维非织造布复合材料横断面（×50倍）
图14不同汉麻纤维含量的汉麻纸平面（×100倍）
图15Lyocell纤维非织造布平面（×100倍）
3.3卫生护理品
个人护理所用卫生用纺织品包含婴儿湿纸巾、婴儿尿布、成人失禁尿垫、卸妆用擦布、女性卫生护理湿巾等，涵盖了男女老少各类用户[20]。个人卫生护理品是保障个人健康、卫生安全的一类产品，通常是一次性使用产品；因此，这一类产品的消耗量巨大，趋于国家政策发展导向及国人环保理念的不断提升，选择可生物降解材料是未来市场的发展方向。同时，卫生护理产品要求具有一定的透气性和吸湿性，该复合材料的抑菌性赋予了卫生护理品更多的功能及应用价值。因此，一种新型的汉麻纸非织造复合材料在个人卫生护理品方面具有极大的开发潜能。
图16汉麻纸与Lyocell纤维非织造复合材料纸面/布面（×50倍）
3.4隔热材料
隔热材料主要功能是对热量进行阻隔，缓解热量直接散发到接触表面，避免热量对相连物质造成热量传导。天然汉麻纤维的强度较好、刚度较高，耐热性能好，并且纤维内部具有多孔空腔结构，具备保温隔热材料的潜质。汉麻纤维的非织造隔热性能与传统的隔热材料性能相当[21]。汉麻纸非织造复合材料具有独特的两面性，该特性也为复合材料隔热和缓解热量传导创造了良好的条件。因此，该新型复合材料具有开发隔热性材料的潜在意义和应用价值。
参考文献
[1]张建春.汉麻纤维的结构与性能[M].北京:化学工业出版社,2009.
[2]郝新敏.汉麻纤维与功能性针织面料的开发[J].针织工业,2012(11):4.
[3]陈艳华.汉麻/棉混纺纬编袜织物的开发与性能研发[D].苏州:苏州大学,2012.
[4]杨雷.水刺生产线关键技术研发现状及发展趋势[J].纺织器材,2019(4):255.
[5]陈政.我国水刺非织造布行业发展状况的探讨[J].福建轻纺,2007(1):26.
[6]邰晶磊.聚乳酸涂布——热压复合纸的制备及其水蒸汽渗透行为的研究[D].华南理工大学,2014.
[7]倪冰选,高晓艳,等.水刺非织造布复合技术发展研究[J].产业用纺织品,2017(1):23.
[8]RUEHER J A,柯勤飞.水刺加固的最新发展[J].国外纺织技术(纺织分册),1992(12):31-34.
[9]符芳友.木浆纸与黏胶纤维水刺非织造布复合材料的研究与应用[J].中华纸业,2021(10):27.
[10]赵小泷.汉麻纤维的孔隙结构及吸放湿性能的研究[D].浙江:浙江理工大学,2013.
[11]李景盛.Lyocell纤维及其功能化研究进展[J].2019(2):25.
[12]周永凯,张建春,张华.大麻纤维的抗菌性及抗菌机制[J].纺织学报,2007,28(6):12-15.
[13]龚飞.汉麻纤维及其应用[J].山东纺织科技,2010(3):48.
[14]李晓茹.汉麻基纤维素水凝胶复合功能性伤口敷料制备及性能研究[J].纺织科学与工程学报,2020,37(4):48.
[17]M Theis,B Grohe.Biodegradable lightweight construction boards based on tannin/hexamine bonded hemp shave s[J].HOLZ ALS ROH-UND WERKSTOFF,2002(60):291-296.
[20]怡静.医疗与卫生用纺织现状和趋势[A].纺织服饰科技,2012,3:25.
文章摘自：符芳友,王仕飞,贾耀芳,李金波,张俊奇.汉麻纸非织造复合材料的应用研究[J].中华纸业,2021,42(20):21-27.
