非织造布培养基及其制备方法和在浆砌滨岸带植物生态修复中的应用

摘要

本发明提供了一种非织造布培养基及其制备方法，采用气流成网的方式将混合纤维梳理成纤维网；所述混合纤维均采用新纤维，叠加所述纤维网进行针刺加固，得到根层；采用气流成网的方式将聚丙烯腈纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到抗老化层；再采用粘结纤维在所述根层两侧粘结叠加所述抗老化层，得到培养基初体后，进行加热处理，得到非织造布培养基。本发明首先通过气流成网技术得到纤维网后，再结合针刺加固技术得到的透气性良好且高强度的非织造布培养基。本发明还提供了所述非织造布培养基浆砌滨岸带植物生态修复中的应用。

说明书

技术领域

本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种非织造布培养基及其制备方法和在浆砌滨岸带植物生态修复中的应用。

背景技术

水体浆砌滨岸生态修复是水体生态修复的重要环节，现今浆砌滨岸带生态修复技术主要是指采用植物对人工浆砌的滨岸进行修复的生态环境的技术，具有利于截留暴雨径流等面源污染以及利于提升生态景观的优势。

非织造织物具有塑性小，所形成的空隙空间较稳定，有利于植物根系生长的优势；进而非织造布培养基多用于栽培植物。

但是现今非织造布培养基仅能满足平地植物生长的需求，难以满足呈一定倾斜角度的滨岸带对培养基强大的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非织造布培养基及其制备方法和在浆砌滨岸带生态修复中的应用，本发明提供的非织造布培养基强度高，能够用于浆砌滨岸带植物生态修复。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种非织造布培养基的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用气流成网的方式将混合纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到根层；

所述混合纤维包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维包括棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维中的一种或多种，所述第二纤维包括麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶中一种或多种；

(2)采用气流成网的方式将聚丙烯腈纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到抗老化层；

(3)采用粘结纤维在所述根层两侧粘结叠加所述抗老化层，得到培养基初体；

(4)将所述步骤(3)得到的培养基初体进行加热处理，得到非织造布培养基；

所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序。

优选的，所述第一纤维和第二纤维的质量比为(9～1)：(1～9)。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中针刺加固的条件参数独立地为：针刺加固频率45～600次/min，针刺密度为20～200刺/cm²，针刺深度为3～20mm。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中气流成网独立地通过气流成网机完成；气流成网机的设置条件独立地为：风机速度600～1000r/min，输送速度为2～3m/min，主锡林速度为2000～2500r/min，剥棉辊速度20～30r/min，横向吹风机速度80～1000r/min。

优选的，所述步骤(1)和步骤(2)中纤维网的厚度独立地为3～5mm。

优选的，所述步骤(4)中加热处理的温度为130～160℃，加热处理的时间为5～10min。

优选的，所述步骤(3)中粘结纤维为ES纤维；所述粘结纤维在根层单侧的用量为(3～10)g/cm³。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的非织造布培养基，包括根层和粘结于所述根层两侧的抗老化层，所述根层和抗老化层通过粘结纤维层实现粘结。

优选的，所述非织造布培养基的厚度为5～50mm。

本发明提供了上述技术方案所述的非织造布培养基在浆砌滨岸带生态修复中的应用。

本发明提供了一种非织造布培养基的制备方法，采用气流成网的方式将混合纤维梳理成纤维网；其中，混合纤维包括第一纤维和第二纤维，第一纤维包括棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维中的一种或多种，第二纤维包括麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶中一种或多种，两类纤维混合配合，使得混合纤维强度较高，为后续非织造布培养基的高强度提供材料基础；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到根层；采用气流成网的方式将聚丙烯腈纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到抗老化层；再采用粘结纤维在所述根层两侧粘结叠加所述抗老化层，得到培养基初体后，进行加热处理，得到非织造布培养基。本发明首先通过气流成网技术得到纤维网后，再结合针刺加固技术得到的透气性良好且高强度的非织造布培养基，针刺和气流成网加固以后，纤维由比较规律的排列，变成了纤维相互纠缠。这种纠缠增加了纤维和纤维之间的接触面积，挤压力，导致摩擦力提高，非织造布的强度自然提高。实施例结果表明，本发明得到的非织造布培养基的强度进行测试，拉伸断裂强力高达320N，断裂伸长率在50％以上，满足呈一定倾斜角度的滨岸带对培养基强大的要求。

附图说明

图1为本发明非织造布培养基的结构示意图；

其中，1为根层，2和3为抗老化层。

具体实施方式

本发明提供了一种非织造布培养基的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用气流成网的方式将混合纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到根层；

所述第一纤维包括棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维中的一种或多种，所述第二纤维包括麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶中一种或多种；

(2)采用气流成网的方式将聚丙烯腈纤维梳理成纤维网；叠加所述纤维网进行针刺加固，得到抗老化层；

(3)采用粘结纤维在所述根层两侧粘结叠加所述抗老化层，得到培养基初体；

(4)将所述步骤(3)得到的培养基初体进行加热处理，得到非织造布培养基；

所述步骤(1)和步骤(2)没有时间先后顺序。

本发明采用气流成网的方式将混合纤维梳理成纤维网。在本发明中，所述混合纤维包括第一纤维和第二纤维，所述第一纤维和第二纤维的质量比优选为(9～1)：(1～9)，进一步优选为5:5。在本发明中，所述第一纤维包括棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维中的一种或多种，所述第二纤维包括麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶中一种或多种。在本发明中，所述棉纤维、粘胶纤维、维纶、秸秆纤维、麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶均为未使用过的，强韧性高。

本发明对所述棉纤维、粘胶纤维、维纶、秸秆纤维、麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。本发明采用所述混合纤维，能够降低成本，还能以其可降解优势，减弱对环境的危害；并且本发明所采用的混合纤维得的根层在实际应用过程中，水分的吸收不会导致混合纤维的膨胀生长，同时水分蒸发后，混合纤维也不会收缩；不存在明显的受热膨胀以及遇冷收缩的问题，能够为植物生长提供稳定的空间环境。

在本发明中，所述气流成网优选通过气流成网机完成；所述气流成网机的设置条件优选为：风机速度为600～1000r/min，进一步优选为800～900r/min；输送速度为2～3m/min，进一步优选为2.5m/min；主锡林速度为2000～2500r/min，进一步优选为2200～2400r/min；剥棉辊速度20～30r/min，进一步优选为25～28r/min；横向吹风机速度为80～1000r/min，进一步优选为100～500r/min。本发明采用气流成网的方式梳理纤维，以此得到纤维网，气流成网形成的纤维网，纤维杂乱度高，空隙多而杂，便于根系穿过非织造布，非织造布的空隙随根系长粗而扩大，不影响植物生长。在本发明中，所述纤维网的厚度优选为3～5mm，进一步优选为3.5～4mm。

得到纤维网后，本发明叠加所述纤维网进行针刺加固，得到根层。在本发明中，所述叠加的层数优选为12～20。在本发明中，所述针刺加固的条件参数优选为：针刺加固频率为45～600次/min，针刺密度为20～200刺/cm²，针刺深度为3～20mm。在本发明中，所述针刺加固频率进一步优选为80～500次/min；所述针刺密度进一步优选为50～150刺/cm²；所述针刺深度进一步优选为5～15mm。在本发明中，所述针刺加固优选包括依次进行的预针刺加固和主针刺加固；在本发明中，所述预针刺用针优选为标准型针；所述预针刺的针刺密度优选为20～40刺/cm²，进一步优选25～30刺/cm²，针刺加固频率优选为45～300刺/min；所述主针刺用针优选为标准型针；所述主针刺的针刺密度优选为50～200刺/cm²，进一步优选为60～160刺/cm²，针刺加固频率优选为200～600刺/min。在本发明中，所述预针刺用针优选为标准型刺针；所述预针刺的加固频率优选比主针刺的加固频率低，所述预针刺的密度优选比主针刺的针刺密度低。在本发明中，具体的为：预针刺的加固频率为45次/min，预针刺的针刺密度为40刺/cm²，且主针刺的加固频率为200次/min，预针刺的针刺密度为200刺/cm²；还可以具体为：预针刺的加固频率为300次/min，预针刺的针刺密度为70刺/cm²，且主针刺的加固频率为600次/min，主针刺的针刺密度为200刺/cm²。本发明加工时纤维网先经过预针刺，先进行较为粗糙的加工然后再经过主针刺完成加固，使得致密性进一步提高。

本发明通过所述针刺加固，有助于提高纤维网的强度，得到强度较大的根层，符合浆砌滨岸植物生长培养基所需的强度要求。本发明可通过调节所述针刺密度，实现对非织造布培养基的透气性的调节，以满足不同植物生长的需求；本发明还可以通过调节所述针刺密度和针刺加固频率，实现对非织造布培养基强度的调节，以满足不同浆砌滨岸带对培养基强度的需求。

本发明采用气流成网的方式将聚丙烯腈纤维梳理成纤维网。本发明对所述聚丙烯腈纤维的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的即可。在本发明中，所述气流成网的条件参数在前述技术方案对混合纤维梳理的气流成网的条件参数内自行选取，在此不再赘述。

本发明采用所述气流成网的方式将所述聚丙烯腈纤维梳理成纤维网。本发明同样采用气流成网的方式梳理聚丙烯腈纤维，以此得到纤维网，气流成网形成的纤维网，纤维杂乱度高，空隙多而杂，便于根系穿过非织造布，非织造布的空隙随根系长粗而扩大，不影响植物生长。在本发明中，所述纤维网的厚度优选为3～5mm，进一步优选为3.5～4.5mm。

完成对聚丙烯腈纤维的梳理后，本发明叠加所述纤维网进行针刺加固，得到抗老化层。在本发明中，所述叠加的层数优选为5～8。在本发明中，所述针刺加固的条件参数在前述技术方案所述针刺加固的条件参数内自行选取，在此不再赘述。

本发明对根层和抗老化层的制备顺序没有特殊要求，优先制备某一层或者同时制备根层和抗老化层均可。

本发明采用所述气流成网方式首先得到纤维网，再结合针刺加固技术得到根层以及抗老化层，在制备中会形成众多曲折孔径，并且孔隙率较大，以此得到非织造布性质的培养基透气性非常好；较好的透气性有利于植物根系的生长不会产生烂根现象。并且制备过程中所形成的曲折孔隙可遂根系生长而有所扩大，有利于根系扩张。

得到根层和抗老化层后，本发明采用粘结纤维在所述根层两侧粘结叠加所述抗老化层，得到培养基初体。在本发明中，所述粘结纤维优选为ES纤维，所述粘结纤维在根层单侧的用量优选为(3～10)g/cm³，进一步优选为(5～8)g/cm³。本发明优选在所述根层的一侧上铺撒粘结纤维后，将抗老化层叠加至铺撒有粘结纤维的一侧，得到初级叠加体；再在所述叠加体中根层的另一侧上铺撒粘结纤维后，将另一个抗老化层叠加至该叠加体新铺撒的粘结纤维一侧。在本发明中，粘结叠加至根层两侧的抗老化层的厚度可以相等，也可以不等。

得到培养基初体后，本发明将所述培养基初体进行加热处理，得到非织造布培养基。在本发明中，所述加热处理的温度优选为130～160℃，进一步优选为135～155℃，更优选为140～150℃。在本发明中，所述加热处理的时间优选为5～10min，进一步优选为6～8min。本发明在所述加热处理过程中，粘结纤维起到粘结剂的作用，在根层和抗老化层之间形成粘结纤维层。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的非织造布培养基，包括根层和粘结于所述根层两侧的抗老化层，所述根层和抗老化层通过粘结纤维层实现粘结。在本发明中，所述非织造布培养基的厚度优选为5～50mm，进一步优选为10～40mm，更优选为15～30mm。本发明对所述非织造布培养基中根层和抗老化层的总厚度的关系没有特殊要求，根据所适用的条件确定。在本发明中，所述根层两侧的抗老化层的厚度可以相等也可以不等。

本发明制备得的非织造物培养基的塑性小，所形成的空隙空间较稳定，有利于植物根系生长，没有外力的作用，不会影响植物生长。

本发明提供了上述技术方案所述非织造布培养基在浆砌滨岸带生态修复中的应用，优选为将所述非织造布培养基作为浆砌滨岸带生态修复中的植物修复毯，为植物生长提供培养基质。在本发明中，所述应用优选包括以下步骤：将所述非织造布培养基铺设于浆砌滨岸带的水泥面上，将所述非织造布培养基中的抗老化层割开便于再将植物种植于根层中，然后重新封住抗老化层中割裂口。本发明对所述浆砌滨岸带的来源没有特殊要求，本领域中任意需要生态修复的浆砌滨岸带均可。本发明将非织造布培养基铺在浆砌滨岸上，利用非织造布培养基内部多孔结构适合植物根系的生长特性，使植物直接在种植毯上生长，这样一方面可以提升滨岸生态景观，另一方面可以截留面源污染物。

为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的非织造布培养基及其制备方法和在浆砌滨岸带生态修复中的应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)将90kg的第一纤维(第一纤维为棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维)与10kg第二纤维(第二纤维为麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶)混合后加入到气流成网机梳理形成厚度为4mm的纤维网；

其中气流成网机的设置条件为：风机速度为600r/min；输送速度为2m/min；主锡林速度为2000r/min；剥棉辊速度20r/min；横向吹风机速度为80r/min。

(2)通过铺网机将梳理好的纤维网进行多层铺设，随后将梳理好的纤维网在针刺机上进行针刺预加固，得到厚度为3mm的根层，其中，预针刺加固频率45次/min，针刺密度为40刺/cm²；主针刺加固频率为200次/min，针刺密度为200刺/cm²，针刺深度3mm。

(3)将20kg聚丙烯腈纤维用气流成网的方法形成均匀的纤维网；其中，气流成网机的设置条件独立地为：风机速度1000r/min，输送速度为3m/min，主锡林速度为2500r/min，剥棉辊速度30r/min，横向吹风机速度100r/min。

(4)通过铺网机将梳理好的纤维网进行多层铺设，随后将梳理好的聚丙烯腈纤维网在针刺机上进行针刺预加固形成厚度为1mm的抗老化层，预针刺加固频率45次/min，针刺密度为40刺/cm²；主针刺加固频率为200次/min，针刺密度为200刺/cm²；预针刺和主针刺的针刺深度3mm；

(5)将(2)中处理好的根层上下表面铺一层ES纤维，铺撒密度10g/cm²；

(6)截取(4)中形成的纤维网中的两段，分别作为底层和表层，与(5)中的纤维网按照图1所示的结构关系排放，培养基初体，即在根层1两侧粘结抗老化层2和抗老化层3；

(7)将(6)得到的培养基初体进行10min热风粘合，热风粘合温度160℃，得到的非织造布培养基的厚度为5mm。

实施例2：

(1)将10kg的第一纤维(第一纤维为棉纤维、粘胶纤维、维纶和秸秆纤维)与90kg第二纤维(第二纤维为麻纤维、椰壳纤维、涤纶和锦纶)混合后加入到气流成网机梳理形成厚度为5mm的纤维网；

其中气流成网机的设置条件为：风机速度为1000r/min；输送速度为3m/min；主锡林速度为2500r/min；剥棉辊速度30r/min；横向吹风机速度为100r/min。

(2)将梳理好的纤维网在针刺机上进行针刺预加固，得到厚度为3mm的根层，其中，预针刺加固频率300次/min，针刺密度为70刺/cm²；主针刺加固频率为600次/min，针刺密度为200刺/cm²；预针刺和主针刺的针刺深度10mm。

(3)将20kg聚丙烯腈纤维用气流成网的方法形成均匀的纤维网；其中，气流成网机的设置条件独立地为：风机速度600r/min，输送速度为2m/min，主锡林速度为2000r/min，剥棉辊速度20r/min，横向吹风机速度80r/min。

(4)将梳理好的聚丙烯腈纤维网在针刺机上进行针刺预加固形成厚度为2mm的抗老化层，预针刺加固频率300次/min，针刺密度为70刺/cm²主针刺加固频率为600次/min，针刺密度为200刺/cm²，针刺深度20mm；

(5)将(2)中处理好的根层上下表面铺一层ES纤维，铺撒密度3g/cm²；

(6)截取(4)中形成的纤维网中的两段，分别作为底层和表层，并与(5)中的纤维网按照图1所示的结构关系排放，得到培养基初体，即在根层1两侧粘结抗老化层2和抗老化层3；

(7)将(6)得到的培养基初体进行8min热风粘合，热风粘合温度130℃，得到的非织造布培养基的厚度为7mm。

将实施例1和实施例2得到的非织造布培养基均用于浆砌滨岸植物修复，将非织造培养基作为种植毯铺设到滨岸带上后，植物生长良好。

将实施例1和实施例2得到的非织造布培养基分别在5个位置取样，依据《GB/T3923纺织品织物拉伸性能》测试标准进行拉伸断裂强力和拉伸断裂伸长率进行检测，结果分别如表1和表2所示。

表1实施例1得到的非织造布培养基的断裂强力和断裂伸长率测试结果

表2实施例2得到的非织造布培养基的断裂强力和断裂伸长率测试结果

由表1和表2可知，本发明得到的非织造布培养基的强度进行测试，拉伸断裂强力高达320N，断裂伸长率在50％以上；可见本发明的非织造布培养基强度优异，并且韧性良好，满足呈一定倾斜角度的滨岸带对培养基强大的要求。

为了精确研究本发明得到的非织造布培养基的抗日光照射特性，采用日晒牢度仪对实施例1～2得到的非织造布培养基模拟日晒24小时，测量日晒前后拉伸断裂强力和拉伸断裂伸长率，与测试前的力学性能进行对比，结果如表3所示。由表3可知，发现断裂强力损失分别为9.17％和57.7％，断裂伸长率分别损失26.85％和32.48％，可见本发明得到的培养基具有抗日光照射的特性。

表3实施例1～2的非织造布培养基日晒前后力学性能对比

采用全自动比表面孔隙测定仪(Porometer 3G)对实施例1和2得到的培养基的孔径进行测试，结果显示非织造布的孔径大于500微米(仪器最大只能测试到500微米以下的孔，结果显示500微米以下的孔的数量为0)，可见培养基中孔径较大；并且孔隙较多，用于植物生长，具有良好的透气性。

由以上实施例说明，本发明提供的非织造布培养基的强力性能和抗日光照射性能优异，可用于倾斜的滨岸带；并且本发明制备方法简单，生产流程短，原料易得，生产成本低。

本发明所用纤维原料均是可降解的，对环境无害，且化学稳定性良好，不会对植物的生长产生不利影响。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。