(南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，南通，226007)

植被修復(fù)是恢復(fù)建筑及道橋施工對生態(tài)環(huán)境破壞的重要手段，這項技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于堤壩綠化、公路護坡生態(tài)防護[1]。目前普遍將經(jīng)過抗紫外線處理的聚丙烯(PP)纖維非織造材料作為公路護坡植被修復(fù)材料，既增加了成本，又不利于環(huán)保。

服裝用材料主要是化學(xué)纖維和天然纖維，一件化學(xué)纖維服裝需要消耗一定的石油，一件純棉服裝也消耗了棉花種植、施肥、收割、紡織和印染等各環(huán)節(jié)的資源和能源，如果廢舊服裝不能再循環(huán)利用，那就意味著資源和能源的巨大浪費[2]。日本東京一家服裝制造商Onward Kashiyama 公司將回收售出的服裝產(chǎn)品重新做成紗線，然后生產(chǎn)手套和地毯[3]。本文借鑒相關(guān)技術(shù)，獲取廢舊服裝中的棉纖維，并與PP纖維、麻纖維混合，開發(fā)植被修復(fù)材料，研究不同結(jié)構(gòu)對材料梯度降解性能和植被修復(fù)性能的影響，獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、性能符合要求且能梯度降解的環(huán)境友好型植被修復(fù)材料。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

廢棉：來自廢舊棉服裝開花的再生纖維，纖維主體長度8～9 mm。

PP：纖維長度64 mm，線密度3.3 dtex，斷裂強度4.5 cN/dtex。PP纖維是實現(xiàn)制品高強低伸力學(xué)性能、輕量化特性及梯度降解性能的主要成分。

黃麻：纖維切斷長度100 mm左右[4],回潮率12.6%，斷裂強度2.7 cN/dtex，斷裂伸長率3.1%。黃麻纖維是實現(xiàn)制品高強低伸力學(xué)性能、抗蟲害性能及梯度降解性能的重要成分。

1.2 試樣制備

以一定質(zhì)量分數(shù)的棉/麻/PP纖維為原料，采用不同的鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)制備面密度為270(1±5%) g/m2的針刺氈試樣。鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括一層結(jié)構(gòu)、二層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)。一層結(jié)構(gòu)是將棉、黃麻、PP纖維按配比一起混合開松，再梳理成網(wǎng)，利用針刺加固方法，對纖維網(wǎng)進行加固，制成針刺氈；二層結(jié)構(gòu)是將麻纖維單獨開松成網(wǎng)，棉和PP纖維混合開松成網(wǎng)，然后將兩者層疊針刺制成針刺氈；三層結(jié)構(gòu)是將棉、黃麻、PP纖維按總體質(zhì)量要求分別開松梳理成網(wǎng)，然后再按黃麻在表層、PP在中層、棉在底層的次序?qū)盈B針刺制成針刺氈。

1.3 降解試驗

以土埋法進行降解試驗，試樣掩埋深度5～10 cm，時間節(jié)點為0、24、48、72、96 d，到預(yù)定的時間取樣、清洗、干燥，經(jīng)調(diào)溫調(diào)濕處理，測試試樣的質(zhì)量損失、強力損失。采用KYKY 2800-B型掃描電子顯微鏡(SEM)表征植被修復(fù)材料表層、中層、底層的表觀形態(tài)[5]。

1.4 植被修復(fù)試驗

植被修復(fù)試驗是在相同自然環(huán)境下，將植被種子種植在不同試驗箱內(nèi)。1號、2號、3號試驗箱分別覆蓋一層結(jié)構(gòu)、二層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)試樣，4號試驗箱不覆蓋試樣，觀察比較同一時間段內(nèi)植被生長情況，以草籽發(fā)芽時間及植被生長高度來表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 材料的降解性能

取棉/麻/PP纖維的質(zhì)量比為2∶3∶5，針刺密度為325刺/cm2，面密度為270(1±5%)g/m2的三種鋪網(wǎng)結(jié)構(gòu)試樣，對試樣進行降解試驗。不同結(jié)構(gòu)植被修復(fù)材料的質(zhì)量損失及拉伸強力隨時間的變化關(guān)系如表1、表2和表3所示。

表1 試驗周期內(nèi)植被修復(fù)材料的質(zhì)量損失

表2 試驗周期內(nèi)植被修復(fù)材料的縱向強力損失

表3 試驗周期內(nèi)植被修復(fù)材料的橫向強力損失

由表1可知，在0～48 d時間段內(nèi)，試樣的質(zhì)量變化較小；在48～72 d時間段內(nèi)，試樣質(zhì)量損失快速增加；在72～96 d時間段內(nèi)，試樣質(zhì)量損失較小。這是因為在0～72 d的時間范圍內(nèi)降解的主要是棉纖維，其間只有部分麻纖維降解；在72～96 d內(nèi)棉纖維已基本完成降解，而麻的降解速度較慢，所以試樣的質(zhì)量損失較小，符合梯度降解的要求。其中三層結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量損失更大，降解更徹底。

由表2和表3可知，三種不同復(fù)合結(jié)構(gòu)植被修復(fù)材料初期強力損失較小，24 d后強力迅速降低。因為棉/麻/PP試樣始終處在弱酸性濕潤土壤包覆中，隨著降解時間延長，棉、麻纖維吸濕水解，纖維表面被刻蝕，加之土壤中微生物等因素的影響，棉、麻纖維降解斷裂，試樣強力下降。

2.2 降解前后試樣的微觀狀態(tài)

由圖1可見，植被修復(fù)材料在土埋96 d后，棉纖維基本完成降解，電鏡下已經(jīng)找不到具有天然卷曲的扁平帶狀棉纖維；PP纖維表面只有少量凹槽刻蝕，降解不明顯；麻纖維表面出現(xiàn)了明顯的結(jié)構(gòu)松散及裂痕凹槽，即表現(xiàn)出部分降解。三層結(jié)構(gòu)針刺植被修復(fù)材料中PP處于黃麻纖維下方，避免了材料使用初期日光對PP纖維的直射，在植被形成過程中表面麻纖維降解后PP纖維再降解，符合梯度降解設(shè)計要求。棉纖維處于底層既有利于與基面貼合，也有利于植被生長初期的營養(yǎng)物質(zhì)補充。針刺作用使纖維之間互相纏結(jié)穿透，形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)及性能的制品，針刺結(jié)構(gòu)留下的特殊空隙結(jié)構(gòu)還有利于雨水滲透。

圖1 三層結(jié)構(gòu)不同纖維層降解的SEM照片

2.3 材料的植被修復(fù)性能

植被修復(fù)試驗的前22 d的平均氣溫為11 ℃，平均濕度為51%，試驗箱置于室內(nèi)的陽面平臺上。各試驗箱中種子發(fā)芽及生長情況如表4及圖2所示。

表4 試驗箱中植被發(fā)芽情況

圖2 植被生長情況

結(jié)果表明，1、2、3號試驗箱覆蓋了植被修復(fù)材料，植被發(fā)芽時間分別為第16、18和17天，而未覆蓋植被修復(fù)材料的4號箱中植被發(fā)芽時間為第22天，植被發(fā)芽時間明顯滯后。這是由于試驗期間氣溫偏低，覆蓋植被修復(fù)材料有利于試驗箱保溫，從而有助于植被發(fā)芽。1、2、3號試驗箱的植被生長平均高度均大于未覆蓋植被修復(fù)材料的4號箱，即制品梯度降解過程向土壤提供了有機質(zhì)補充，促進了植物生長。1、2、3號箱中植被生長情況也存在差異，說明材料結(jié)構(gòu)對植被修復(fù)性能有一定影響，但三類材料均有利于植被修復(fù)。

3 結(jié)語

(1)植被修復(fù)材料的降解主要發(fā)生在48～72 d時間段內(nèi)，在72～96 d時間段內(nèi)試樣質(zhì)量損失減小，符合梯度降解要求。三層結(jié)構(gòu)材料的降解更徹底。

(2)植被修復(fù)材料土埋96 d后，棉纖維降解基本完成；PP纖維表面只有少量凹槽刻蝕；麻纖維出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)松散及裂痕凹槽，即實現(xiàn)了部分降解。三層復(fù)合植被修復(fù)材料符合棉先降解、麻在其后降解、PP纖維最后降解的梯度降解設(shè)計要求。

(3)覆蓋植被修復(fù)材料的1、2、3號試驗箱中，植被發(fā)芽時間及植被生長平均高度均優(yōu)于未覆蓋植被修復(fù)材料的4號箱，即三種結(jié)構(gòu)植被修復(fù)材料均有利于植被修復(fù)。

[1] 程洪，張新全.草本植物根系網(wǎng)固土原理的力學(xué)試驗探究[J].水土保持通報，2002，22(5)：20-23.

[2] 陶輝，王小雷，PAMMI Sinha.廢棄紡織服裝再循環(huán)利用方法研究與再思考[J]．國際紡織導(dǎo)報,2009(12)：43-45.

[3] 郭文怡.日本如何回收再利用纖維制品[J].中國纖檢，2010(10)：75-76.

[4] 劉桂陽.黃麻/PHB復(fù)合材料性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2010,28(6)：19-21.

[5] 康寧.含纖維素紡織品土埋法測試防腐性能研究進展[J].中國纖檢，2012(6)：46-48.