聚丙烯非织造布拒水整理对葡萄套袋微环境的影响

李继丰，杜兆芳，董丹丹，颜家俊, 许云辉, 梅 毓

(1. 安徽农业大学 轻纺工程与艺术学院，安徽 合肥 230036；2. 包河区大圩镇农业技术服务站，安徽 合肥 230041)



聚丙烯非织造布拒水整理对葡萄套袋微环境的影响

李继丰1，杜兆芳1，董丹丹1，颜家俊2, 许云辉1, 梅 毓1

(1. 安徽农业大学 轻纺工程与艺术学院，安徽 合肥 230036；2. 包河区大圩镇农业技术服务站，安徽 合肥 230041)

为提高普通聚丙烯(PP)非织造布拒水性以及获取果实套袋对生长微环境影响状况等信息，以水性聚氨酯(PU)为交联剂，用氟系拒水剂对PP非织造布进行拒水整理，通过正交试验分析拒水剂质量浓度、交联剂质量浓度、浸润时间、焙烘温度对整理后拒水效果、透气率、透光率、断裂强力的影响，并得出最优整理工艺。用非织造布制袋并进行葡萄套袋下田试验，测量果袋内外日均光照强度、温度、湿度，探究拒水PP套袋对果袋内微环境和葡萄果实品质的影响。结果表明，影响拒水整理的因素主次排序及最佳工艺分别为：焙烘温度130 ℃；拒水剂质量浓度40 g/L；浸润时间10 min；水性PU质量浓度3 g/L。整理后PP果袋拒水性提高60%。

聚丙烯；拒水整理；非织造布；葡萄套袋；微环境

聚丙烯(PP)非织造布作为一种环保材料，因成本低、性能佳而被广泛应用于包装材料、农业果树栽培、覆盖大棚、果实套袋等领域[1-2]。有研究表明，PP非织造布作为果袋具有一定的透气、调光功能[3]，可调控果袋内环境条件平缓变化，使果袋内极端温度和湿度持续时间比纸袋少20%～80%[4]，有效降低果实日灼病和烂果率[5-8]。然而对于普通PP非织造布来说，其拒水性能仍需强化。使用氟系拒水剂，以水性聚氨酯作为交联剂[9-11]对非织造布进行拒水整理，可提高PP非织造布拒水效果并改善非织造布套袋在使用过程中的耐久性。套袋能降低果实烂果率，提升果实糖酸比和口感，有利于果实的销售量，提高果实利用价值和农产品经济效益。本文通过正交试验分析拒水剂质量浓度、交联剂质量浓度、浸润时间、焙烘温度对PP非织造布拒水影响并得出最优整理工艺；通过制袋、果穗套袋对比试验，分析套袋对袋内光照强度、温度、湿度以及果实品质的影响，为相关领域的应用提供技术参考。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

试验材料：纺粘PP非织造布，含氟拒水剂菲克斯YF-659(盈丰达纺织助剂实业有限公司)，水性聚氨酯(含固率为38%，青岛洁恩特化工)，渗透剂JFC-E(临沂绿森化工有限公司)，异丙醇(国药集团化学试剂有限公司)，去离子水。

试验仪器：ZGJ-850型小型浸轧样机(无锡瑞佳精机有限公司)；DZF-6053型真空干燥箱 (上海一恒科学仪器有限公司)；JC2000D 3B型接触角测量仪(北京中仪科信科技有限公司)；YG(B)461E型数字式织物透气性能测定仪(温州大荣纺织仪器有限公司)；TASI-8721型数字式照度计(上海精密仪器仪表有限公司)；YG(B)026D-250型电子织物强力机(温州大荣纺织仪器有限公司)；UV-3600型紫外-可见分光光度计(日本岛津仪器公司)；KJT-TA218A型电子式温湿度计(北京理弘远见科贸有限公司)；BS210S型全自动光电天平(北京塞浦路斯仪器有限公司)。

1.2 拒水整理工艺

配制拒水整理液(由拒水剂、JFC渗透剂2 g/L、水性聚氨酯组成)，按浴比1∶100将非织造布浸渍于30 ℃整理液中处理一段时间，经浸轧(轧液率为150%)后，于80 ℃预烘5 min，不同温度下焙烘3 min。洗涤条件为：浴比1∶30，洗涤剂1 g/L,水洗温度40 ℃，水洗时间15 min，漂洗，烘干即可。

1.3 制袋与套袋

经剪裁、缝合制成35 cm×30 cm的 PP非织造布果袋。选用合肥市大圩镇葡萄园玫瑰香葡萄作为试材，于2015年7月10日—9月10日进行套袋试验。在枝蔓健壮、负载量基本一致、采光方向一致的树上各选5串果穗用拒水PP果袋、未处理PP果袋、纸质果袋作套袋处理，并以不做处理果穗为对照组，进行套袋微环境测试对比试验。

1.4 测试方法

1.4.1 接触角测试

采用量角法测试接触角，将液滴直接滴在织物表面，通过接触角测试仪投影到计算机屏幕上，直接测量气-液界面和固-液界面两切线将液相夹在中间时所形成的角，从而测量接触角大小。

1.4.2 拒水等级测定

参考AATCC-193—2004《对水性溶液的抵抗性：抗水/乙醇溶液测试》，将异丙醇与去离子水以不同比例(体积)混合，配制标准测试液体系。检测试样拒水等级，每个试样测5次，取其平均值。

1.4.3 透气率测试

根据GB/T 5453—1985《纺织品织物透气性的测试》，选择合适喷嘴和孔径，每块织物取5个点，在织物透气性能测定仪测试织物的透气率，结果取其平均值。

1.4.4 透光率测试

通过数字式照度计，利用如下公式计算果袋透光率。

式中：T为果袋透光率，%；Eo为果袋外光照强度，lux；Ei为果袋内光照强度，lux。

1.4.5 断裂强力测试

参照GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分 断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》，利用电子织物强力机测试织物强力。

1.4.6 光照强度和温湿度测试

套袋试验中，用数字式照度计、电子式温湿度计探针置于果袋内外，记录1 d内果袋内外的光照强度和温湿度变化。

1.4.7 果实品质测试

在果实成熟期取样，按如下公式计算果实烂果率和内在品质。

式中：S为烂果率，%；N为每果穗烂果粒数；M为每果穗总果粒数。

利用电子天平称量葡萄单果质量；采用蒽酮比色法测定总糖含量；用0.1 mol/L的NaOH中和滴定法测量总酸含量；采用紫外-可见分光光度法测定果实维生素C含量。

2 结果与讨论

2.1 拒水整理正交试验的工艺优化

在PP非织造布拒水整理单因素试验基础上，考虑到因子之间协同效应，利用正交试验分析各因子影响大小并得出最佳整理条件。选取拒水剂质量浓度、交联剂质量浓度、浸润时间、焙烘温度4个因子进行L9(34)正交试验，如表1所示。取整理后PP非织造布与水接触角、透光率、透气性、断裂强力为考核指标，确定整理最佳工艺，结果如表2所示。

表1 因子水平表Tab.1 Factors level table

表2 正交试验结果Tab.2 Results of orthogonal experiment

表3示出极差分析结果。极差越大，说明该因素对实验指标的影响越大，越重要。由表可知，对PP果袋拒水整理后的性能影响因素主次顺序为D>A>C>B，即焙烘温度对拒水整理效果影响最大，拒水剂质量浓度次之，浸润时间、交联剂质量浓度最小。拒水整理是在纤维集合体间隙和表面形成一定的拒水膜。焙烘温度直接影响拒水剂和交联剂在纤维表面成膜性，合适的焙烘温度使整理剂在PP非织造布表面可形成均匀致密的拒水薄膜层；拒水剂质量浓度影响纤维和纤维集合体表面拒水膜的表面张力，从而直接影响拒水效果；浸润时间及交联剂质量浓度分别影响拒水剂的扩散和成膜稳定性，也间接影响整理后织物拒水性能。由均值综合计算分析得出，PP果袋拒水整理的优化工艺为A3B3C1D3，即：拒水剂质量浓度40 g/L，交联剂质量浓度5 g/L，浸润时间10 min,焙烘温度130 ℃。此时PP非织造布果袋拒水性好、透气率、透光和断裂强力较高，拒水整理后织物表面整理剂交联成膜完整。最优拒水工艺整理后PP非织造布面密度增加，拒水性提高60%，透气率、透光率和干湿断裂强力分别下降16.2%、3.5%、4.5%、3.1%；与纸袋相比，拒水PP面密度略高，但透气率、透光率分别是纸袋的68倍和2.1倍；湿态处理拒水PP非织造布果袋和纸袋断裂强力损失率分别为6.1%、62.1%。

表3 极差分析结果Tab.3 Range analysis results

2.2 拒水整理对PP非织造布拒水性能影响

根据得出的最佳整理工艺对非织造布进行拒水处理，以水滴在非织造布表面的接触角来直接反映拒水性能。整理前后水滴在非织造布表面的形态和接触角分别如图1(a)、(b)所示。由图看出：整理前非织造布有一定的拒水性，水滴静态接触角平均值为120.0°；整理后非织造布的拒水性能得到显著提高，水滴静态接触角均值达到147.2°。这是由于表面张力较低的拒水整理剂在非织造布的纤维集合体间隙和表面交联成膜，使整理后织物表面张力远低于水的表面张力，从而使非织造布表面具有更好的拒水效果。

图1 布面水滴静态接触角Fig.1 Static contact angle of water drop on fabric cover.(a) Before treatment; (b) After treatment

2.3 拒水整理果袋对葡萄生长微环境影响

强日照、极端温湿度是引起果实日灼病和烂果率的主要因素[12]，通过田间葡萄套袋试验利用照度计、温湿度仪，测试葡萄果穗在普通PP非织造布套袋、拒水整理套袋、纸质套袋下袋内外日均光照强度、温湿度变化，对比分析微环境变化趋势，以不套袋作为对照组。葡萄果实生长时光照强度平均日变化如图2所示。可看出：袋内外光照强度在一天中从早上8点至下午6点，随着外界日光变化，光照强度先增后降；套袋组的日均光照强度都小于不套袋对照组，光照强度极差较小。由于光照中部分紫外光能降解叶绿素，促进类胡萝卜素合成，使果实褐变，从而光照直接参加果实日灼病的生化过程[12]。套袋遮光可降低果实受日光照强度、光照产生的附加温度并缓解光照强度变化，有效防止果实套果袋前后的日灼病发生。套袋组对比结果表明，拒水整理PP非织造布的袋内光照强度小于普通PP非织造布套袋，大于纸袋，说明拒水整理后非织造布表面的拒水膜有一定的阻光效果，在12：00—14：00保持光照在35～40 lux，可确保果实的有机物传输和积累并更好地缓解光照强度变化，不会因产生过多的附加温度而降低烂果率；纸袋因造纸工艺原因，阻光性能更强，但纸袋透气性差，受光照会变脆硬，遇风雨天气又极易受潮破损，耐久性差，使用不经济。

图2 葡萄果实生长光强微环境日均变化Fig.2 Microenvironment of light intensity at average diurnal variation for grape fruit growth

果袋内外温度、湿度变化如图3、4所示。由图可看出，温度呈先升后降的趋势，湿度则是先下降后上升，即在葡萄生长时高温伴随着相对的干燥[13]。套袋后袋内温湿度较袋外变化平缓。在14：00时袋外温度为37.6 ℃，达到最高，湿度最低为39%，袋内温度明显低于袋外；普通PP果袋内温度最低为36.9 ℃，湿度最低为42%；而经拒水整理的果袋内的温度最低为36.1 ℃，湿度最低为45%。由于PP非织造布套袋具有优异的透气透湿性能，有效减缓夏日高温极端气候对葡萄生长的影响。试验对比发现，PP非织造布可提供果实生长所需适宜温湿度的环境，不会引起如纸袋套袋带来的高温使果实的蒸腾速率加快从而导致的果皮细胞快速失水发生褐变或非酶性褐变的日灼病[12]。拒水整理PP非织造布套袋内温度和湿度与普通PP非织造布套袋内差异不大，较接近自然温湿度且稳定，对果实形成一种温室效应。综上分析，拒水PP套袋可有效改善果实袋内生长日照强度、温湿度微环境，降低果实的日灼病和烂果率[14-15]。

图3 葡萄果实生长温度微环境日均变化Fig.3 Microenvironment of temperature at average diurnal variation for grape fruit growth

图4 葡萄果实生长湿度微环境日均变化Fig.4 Microenvironment of humidity at average diurnal variation for grape fruit growth

2.4 拒水整理果袋对葡萄品质的影响

正交试验最优工艺下PP拒水果袋、普通PP果袋、纸袋对葡萄浆果品质影响如表4所示。与普通PP套袋相比，拒水PP套袋烂果率明显降低，由5.2%减少到2.0%，果实总糖含量略有下降，降低了0.29%，单果质量、果实的可滴定酸及维生素C含量无显著变化；与纸套袋比较，拒水PP套袋果实烂果率降低了75.0%，总糖含量提高了5.87%，可滴定酸含量下降了8.48%，即糖酸比较高，拒水套袋果实风味更佳[14]。单果质量、维生素C含量二者相比差异明显，且经过田间实验观察，拒水PP果袋套袋后葡萄果实晶莹剔透，果皮色泽鲜艳，果粒大。

表4 果袋材质对果实品质的影响Tab.4 Influence of fruit bag materials on fruit quality

3 结 论

1)拒水整理后的PP非织造布果袋拒水性得到明显改善，正交试验分析对PP果袋拒水整理后的性能影响因素主次顺序及最佳工艺依次为焙烘温度130 ℃、拒水剂质量浓度40 g/L、浸润时间10 min、水性PU质量浓度3 g/L。最佳拒水工艺整理后，PP套袋拒水性提高60%，果袋透气率下降16.2%，透光率、干湿断裂强力略有下降。与普通纸袋性能比较得出，拒水PP果袋拥有高透气、透光性及湿强度等特性，果袋质量更优异。

2)套袋试验对比分析得出：葡萄经拒水PP套袋后，袋内微环境有显著改善，袋内日照强度、温湿度较袋外变化平缓且稳定，可有效降低套袋时和套袋后果实发生日灼病可能性，并为果实生长提供适宜环境。

3)拒水PP套袋相较于普通PP套袋降低了烂果率，果实其他品质参数无显著变化；与纸套袋相比，拒水PP套袋果实烂果率降低75%，糖酸比增加，葡萄果实品质风味更佳。

FZXB

致谢 在田间套袋试验过程中，得到了合肥都市生态农业有限公司经理龚平和农场工作人员的帮助和关心，在此表示诚挚的感谢。

[1] 徐霞，唐季云.葡萄套袋对果实病虫的控制效果及降低农药残留的作用[J]. 安徽农学通报,2005，11(6):76-77. XU Xia, TANG Jiyun. Reseach of grape bagging on fruit diseases and insect pests and effect on reducing pesticide residues[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2005，11(6):76-77.

[2] 王兴.高性能育果套袋生产新技术的研究[D].西安：陕西科技大学,2013:1-2. WANG Xing. The research on new product techonology of high performance fruit-cultivation paper[D].Xi′an: Shaanxi University of Science and Technology,2013:1-2.

[3] 陈纲，杜兆芳，张利玲，等.农业覆盖用非织造布的保温性能[J].纺织学报,2014，35(5)：67-71. CHEN Gang, DU Zhaofang, ZHANG Liling, et al.Thermal insulation properties of agricultural covering nonwovens[J].Journal of Textile Research,2014，35(5)：67-71.

[4] 罗英，张美云，陆赵情．浅析育果套袋纸的应用问题及研究趋势[J]．造纸科学与技术，2011,30(5)：23-26． LUO Ying, ZHANG Meiyun, LU Zhaoqing. Analysis on the application problems and research tendency of fruit bagged paper[J].Paper Science & Technology 2011，30(5): 23-26．

[5] 马文会, 刘晓海.巨峰葡萄套袋与日灼关系的研究[J]. 河北林果研究,1999,14(1):62-65. MA Wenhui, LIU Xiaohai. Studies on the relationship between sunburn and bagging of kyoho grape[J]. Hebei Journal of Forestry and Orchard Research, 1999, 14(1): 62-65.

[6] 滕玉柱，樊连梅，沈俊岭，等.非织造布果袋(PP 果袋)对红地球和玫瑰香葡萄果实品质的影响[J].果树学报,2011，28(5): 787-791. TENG Yuzhu，FAN Lianmei，SHEN Junling，et al. Effects of nonwoven PP fruit bag on berry qualities of red globe and muscat hamburg grape[J]. Journal of Fruit Science,2011，28(5): 787-791.

[7] 原永兵，滕玉柱.PP非织造布果袋在果树优质安全生产中的应用[J].中国果业信息,2013，30(6)：32-33. YUAN Yongbing, TENG Yuzhu. Application of non-woven bag in high quality and safety production of fruit trees[J].China Fruit News,2013，30(6)：32-33.

[8] 刘亚平，刘兴华.非织造布在果实套袋及果蔬保鲜包装中的应用进展研究[J].山西农业科学,2008,36(12)：127-129. LIU Yaping, LIU Xinghua. The progress of nonwovens in the bagged fruit and fresh fruits and vegetables packaging in the application of research[J]. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2008,36(12)：127-129.

[9] 杨栋梁.水分散型聚氨酯在功能性整理中的应用：二[J].印染,2009(19):42-45. YANG Dongliang. Application of waterborne polyurethane to textile finishing：Ⅱ[J]. China Dyeing & Finishing,2009(19):42-45.

[10] 洪国沈，吴明华，鲍进跃.含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯的制备及其性能[J].纺织学报，2014，35(11)：68-73. HONG Guoshen, WU Minghua, BAO Jinyue. Preparation of waterborne polyurethane modified with fluorinated polysiloxane and its properties[J].Journal of Textile Research, 2014，35(11)：68-73.

[11] 刘戎，张利艳，王平.水性聚氨酯在氟系拒水整理中的应用[J].印染,2007, 33(19):37-39. LIU Rong, ZHANG Liyan, WANG Ping.Water-and oil- resistance with the combined fluoro chemicals and water-based polyurethane[J].China Dyeing & Finishing,2007, 33(19):37-39.

[12] 郝燕燕，李妙玲，张惠荣，等.套袋微环境对果实品质的影响及机理分析[J].山西农业大学学报(自然科学版)，2003，23(3)：238-241,260. HAO Yanyan, LI Miaoling, ZHANG Huirong, et al.Influence on fruit quality under the microenvironment of bagging and analysis its about mechanism[J].Journal of Shanxi Agricultural University(Natural Science)，2003，23(3)：238-241,260.

[13] 刘曼曼，廖康，廖小龙，等.非织造布果袋内微环境特征及其对库尔勒香梨果实品质的影响[J].经济林研究，2014，32(2):84-87. LIU Manman,LIAO Kang,LIAO Xiaolong,et al. Characteristics of microenvironment in non-woven fruit bag and its effects on fruit quality of Korla fragrant pear[J].Nonwood Forest Research,2014，32(2):84-87.

[14] 蒯传化，刘三军，于巧丽，等.不同类型果袋对葡萄果实有关性状的影响[J].中外葡萄与葡萄酒,2012(2):22-24. KUAI Chuanhua, LIU Sanjun, YU Qiaoli，et al. Effect of different bags on berry relevant traits of grape[J]. Sino-Overseas Grape & Wine,2012(2):22-24.

[15] 任晨琛. 不同套袋处理对美人指葡萄果实生长的影响[J].江苏农业学报，2014, 30(1)：178-183. REN Chenchen. Impact of bagging on fruit growth of Manicure finger grape[J].Jiangsu Journal of Agricultural Sciences,2014, 30(1)：178-183.

Influence of water repellent finished polypropylene nonwoven fabric nonwoven fabric on micro environment of grape bagging

LI Jifeng1, DU Zhaofang1, DONG Dandan1, YAN Jiajun2, XU Yunhui1, MEI Yu1

(1.CollegeofLight-TextileEngineeringandArt,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei,Anhui230036,China; 2.AgriculturalTechnologyServiceStationofBaoheDistrictDaweiTownship,Hefei,Anhui230041,China)

In order to improve water repellency of polypropylene (PP) nonwoven fabric and investigate the influence of bagging microenvironment on growth situation, PP nonwoven fabric with water repellent finishing was prepared using the waterborne polyurethane as crosslinking agent in combination with fluorine based water repellent agent. By orthogonal experiments analysis, the influence of water repellent concentration, crosslinking agent concentration, soaking time and curing temperature on water-repellency, ventilation property and light transmittance were studied and the optimal finishing process was obtained. By bagging experiment for grape in the fields, the light intensity, temperature and humidity of grape fruit bag were measured inside and outside, and the influence of PP nonwoven bags of water repellent finishing of fruit microenvironment on grape fruit quality were investigated. The results show that the primary and secondary factors and the optimal processing of water repellent finishing are curing at 130 ℃, water repellent concentration of 40 g/L , soaking time of 10 min and crosslinking agent of 3 g/L. Water repellent performance of the PP nonwoven grape bag increases by 60%.

polypropylene; water repellency; nonwoven fabric; grape bagging; microenvironment

10.13475/j.fzxb.20160800306

2016-08-01

2017-02-20

安徽省教育厅2013年全省高校省学术技术带头人及后备人选培养资助项目(皖人社密发[2013]227)

李继丰(1993—)，男，硕士生。研究方向为农用纺织品和天然纤维材料改性。杜兆芳，通信作者，E-mail:dzf@ahau.edu.cn。

TS 176.4

A