蠶絲/ES紙尿褲面層材料的開發(fā)及性能研究

(東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海，201620)

非織造技術(shù)具有工藝流程短、生產(chǎn)速度高、原料來源廣、產(chǎn)品品種多、技術(shù)含量高等特點[1]，從而使非織造布的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在一次性衛(wèi)生材料領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。一次性衛(wèi)生材料主要產(chǎn)品有女性衛(wèi)生用品、嬰兒紙尿褲和成人失禁用品等。相對于普通紙尿褲，保健型紙尿褲在防止尿布疹和異味方面有更突出的效果[2]。蠶絲是高檔的紡織原料，具有較好的強伸度，纖維細而柔軟，平滑富有彈性，蠶絲非織造布與人體皮膚的相適性強，對人體的摩擦刺激系數(shù)僅為7.4%[3]，在各類纖維中屬最低，因而一些企業(yè)和相關(guān)學(xué)者在面層非織造布中使用蠶絲纖維，開發(fā)了具有保健作用的蠶絲紙尿褲、衛(wèi)生巾和護墊等產(chǎn)品[4]。對蠶絲纖維與不同纖維組合產(chǎn)品的研發(fā)，并采用不同工藝，可以在滿足不同檔次消費者需求的同時，也可促進蠶絲非織造產(chǎn)品的多樣化。目前尚未見有關(guān)研究與開發(fā)蠶絲/ES非織造產(chǎn)品的報道。本文研究了以蠶絲短纖維和ES熱風(fēng)非織造布為原料，通過水刺加固復(fù)合而成的一種新型紙尿褲面層材料的加工工藝。

1 試驗部分

1.1 原料

(1)蠶絲纖維。纖維線密度(1.1±0.55) dtex，纖維長度(30±5) mm。

(2)ES熱風(fēng)非織造布，上海豐格無紡布有限公司提供。熱風(fēng)非織造布中使用的ES纖維規(guī)格是1.67 dtex×35 mm，纖維組分為聚乙烯/聚酯(PE/PET)；熱風(fēng)非織造布面密度18 g/m2，厚度0.52 mm。

(3)TF629表面活性劑，浙江傳化股份有限公司提供。

1.2 蠶絲/ES紙尿褲表層材料的制備

蠶絲/ES非織造布生產(chǎn)工藝流程如下：

ES熱風(fēng)非織造布—————————蠶絲纖維→抗靜電整理→開松除雜→梳理→鋪網(wǎng)→

疊合→水刺→脫水→親水整理→烘干

1.2.1 蠶絲纖維成網(wǎng)

蠶絲纖維成網(wǎng)需經(jīng)過抗靜電整理、開松除雜、梳理和鋪網(wǎng)幾個步驟。蠶絲纖維的吸濕性小，導(dǎo)電性較差，在梳理過程中纖維與纖維、纖維與機械零部件之間的摩擦?xí)蛊浔砻姘l(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生靜電。若靜電不能及時逸散，在梳理的過程中就會出現(xiàn)纖維纏繞針布和飛花現(xiàn)象，不能順利鋪設(shè)均勻的纖維網(wǎng)，因此必須進行抗靜電處理。用噴霧器將30 g質(zhì)量分數(shù)為5%的TF629表面活性劑噴灑到300 g蠶絲纖維上進行抗靜電整理，密封24 h，晾干。在相對濕度大于85%的環(huán)境下梳理，梳理時適當(dāng)放慢梳理速度。本研究采用手扯開松，使用江西紡織機械廠制造的機械式小樣梳理機ASI8IA梳理。蠶絲纖維網(wǎng)面密度規(guī)格分別設(shè)為17、20和24 g/m2。

1.2.2 熱風(fēng)非織造布工藝

為了確保蠶絲和熱風(fēng)非織造布纏結(jié)牢固，熱風(fēng)非織造布宜蓬松多孔，熱風(fēng)黏合時溫度不高于140 ℃、風(fēng)壓不宜高過45 MPa。

1.2.3 疊合、水刺、親水整理、烘燥工藝

在疊合工藝中，令蠶絲纖維網(wǎng)平鋪在ES熱風(fēng)非織造布上面，疊合后進入水刺系統(tǒng)，水刺時保持蠶絲纖維網(wǎng)在上面。使用FleissnerT6610水刺系統(tǒng)，水刺輸網(wǎng)簾速度12 m/min，水針作用距離12 mm。欲使未纏結(jié)的蠶絲纖維和熱風(fēng)非織造布緊密地纏結(jié)在一起，少起毛和減少低面密度光滑蠶絲纖維網(wǎng)在水刺時的滑移，達到理想的柔軟性和良好的外觀，優(yōu)選平網(wǎng)，水刺壓力需依次增加。

對蠶絲/ES非織造布采用LP氣動小軋車模擬吻合輥涂法進行親水整理。轉(zhuǎn)輥在盛有親水試劑的槽中轉(zhuǎn)動，使其表面也覆有親水試劑，將非織造布試樣在一定拉力的作用下通過勻速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)輥，由于非織造布在轉(zhuǎn)輥表面通過時是與轉(zhuǎn)輥貼合的，所以在轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)輥表面的親水試劑就會轉(zhuǎn)移到非織造布上，可以保證轉(zhuǎn)移至非織造布上親水試劑的上油率。

蠶絲和ES纖維的熔點較低，烘燥溫度控制在(100±5) ℃，溫度過高蠶絲纖維會變黃，ES纖維會變硬和變脆。

1.3 正交試驗設(shè)計

本研究采用面密度、水刺道數(shù)、TF629上油率三因素三水平，選擇L9(34)正交表進行試驗，選擇直觀分析法，查隨機數(shù)表的辦法來安排試驗次序[5]，優(yōu)化制得反滲量小的蠶絲/ES纖維非織造布。因素水平表見表1。

表1 因素水平表

1.4 性能測試方法

參照標準FZ/T 60003—1991使用圓盤取樣器和FA2004A電子天平測試非織造布面密度；

參照標準GB/T 1380—1997使用YG(B)141D非織造材料厚度儀測試厚度；

參照標準FZ/T 60005—1991使用YG028-500強力儀測試非織造布拉伸性能；

參照標準GB/T 24218.8—2010使用YG814D型液體穿透儀測試非織造布穿透時間；

參照標準GB/T 24218.14—2010使用YG814D型液體穿透儀和FA2004A電子天平測試非織造布反滲量；

參照標準GB/T 5453—1997使用YG461H全自動透氣量測試儀測試非織造布透氣率；

使用TM3000 Table top Microscope 掃描電子顯微鏡觀察非織造布表面形態(tài)；

使用OCA 15 EC 光學(xué)接觸角測量儀測試非織造布接觸角；

使用FA2004A電子天平測試經(jīng)TF629溶液整理后的上油率，其簡便計算公式為：

式中：M0——上液前試樣質(zhì)量(g)；

M1——上液后試樣烘干調(diào)濕后質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 外觀

蠶絲/ES非織造布最大的特點在于水刺纏結(jié)前蠶絲纖維是未加固的，而ES熱風(fēng)非織造布是經(jīng)熱風(fēng)黏合加固過的，此特點賦予蠶絲/ES非織造布外觀的多樣性，可以通過改變輸網(wǎng)簾編織結(jié)構(gòu)和水刺頭壓力來改變非織造布外觀。例如：使用40目滌綸平紋編織輸網(wǎng)簾生產(chǎn)的蠶絲/ES非織造布的電鏡照片和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意見圖1；而使用4目滌綸平紋編織輸網(wǎng)簾生產(chǎn)可形成上層蠶絲纖維開孔，下層ES熱風(fēng)非織造布不開孔的半開孔結(jié)構(gòu)，電鏡照片和結(jié)構(gòu)示意見圖2。

2.2 工藝參數(shù)對反滲量的影響

反滲量是采用定量方法表示非織造包覆材料在尿液已透過面層后，尿液重新回滲至皮膚上的能力[6]。正交試驗結(jié)果見表2。

由表2極差R可知，因素C上油率對反滲量的影響最大，因素B水刺道數(shù)的影響最小。由正交試驗結(jié)果得出最優(yōu)方案是A1B3C1，即面密度35 g/m2、水刺道數(shù)6道、上油率1.7%。

1——非織造布上表面； 2——蠶絲纖維層；3——纖維交叉層； 4——ES纖維層；5——非織造布下表面圖1 蠶絲/ES非織造布

1——非織造布上表面； 2——蠶絲纖維層；3——纖維交叉層； 4——ES纖維層；5——非織造布下表面圖2 半開孔蠶絲/ES非織造布

表2 正交試驗結(jié)果

另外，由于蠶絲纖維質(zhì)量比電阻大，在梳理成網(wǎng)過程中容易繞輥、產(chǎn)生飛花，生產(chǎn)的纖維網(wǎng)均勻度差[6]，且蠶絲纖維網(wǎng)面密度越低，纖維網(wǎng)越不均勻。在本試驗中，使用機械式小樣梳理機ASI8IA很難梳理出成網(wǎng)均勻的17 g/m2的蠶絲纖維網(wǎng)，因此蠶絲纖維網(wǎng)面密度設(shè)定為20 g/m2，則蠶絲/ES非織造布面密度為38 g/m2。

根據(jù)表2可得出：

(1)在一定范圍內(nèi)，蠶絲/ES非織造布面密度越大，反滲量越大。親水整理后的蠶絲纖維吸水性強，測試時轉(zhuǎn)移到吸水紙上的水分多，所以隨著蠶絲纖維用量的增加，反滲量增加。

(2)當(dāng)水刺道數(shù)小于5道時，隨著水刺道數(shù)增加，非織造布的反滲量增大；當(dāng)水刺道數(shù)大于5道時，水刺道數(shù)增加，反滲量減小。這是因為水刺道數(shù)小于5道時，隨著水刺道數(shù)的增加，非織造布的厚度降低，此時纖維之間的纏結(jié)沒有達到阻礙液體反滲的程度；而當(dāng)水刺道數(shù)大于5道時，水刺道數(shù)增加使纖維纏結(jié)的緊密程度增加，達到了阻擋液體反滲的程度。試驗結(jié)果說明，對于一定面密度的非

織造布，水刺道數(shù)對反滲量的影響存在一個臨界值。當(dāng)小于該臨界值時，反滲量隨著水刺道數(shù)增加而增大；當(dāng)大于該臨界值時，反滲量隨著水刺道數(shù)增加而減小。

(3)上油率越大，反滲量越大。因為上油率越大，附著在纖維上的親水劑越多，在使纖維表面吸附的水分子增加的同時，增加了非織造布的表面張力，使下層液體容易反滲到表面。

2.3 上油率對穿透時間的影響

紙尿褲面層穿透時間指一定量的液體穿過面層非織造布所需的時間[6]。穿透時間的長短直接影響紙尿褲的舒適性。對于紙尿褲面層材料的要求是：紙尿褲在面層材料的配合下，尿液自嬰兒體內(nèi)排泄出來后能直接穿透面層被芯層吸收。本試驗測得面密度為38 g/m2經(jīng)4道水刺的蠶絲/ES非織造布的上油率與穿透時間的關(guān)系曲線見圖3。

圖3 上油率與穿透時間的關(guān)系曲線

由圖3可知，蠶絲/ES非織造布的穿透時間隨著上油率的增加而降低。因為上油率越高，非織造布纖維上附著的親水劑越多。非織造布由無數(shù)纖維組成，纖維與纖維之間構(gòu)成了很多毛細管，如果液體潤濕了毛細管壁，在毛細管作用下，液體能在毛細管內(nèi)上升到一定高度，從而高出的液體柱產(chǎn)生靜壓強，促使溶液滲透到纖維內(nèi)部。因此，促進非織造布表面潤濕的物質(zhì)親水劑也同樣能促進液體向非織造布內(nèi)部滲透，否則液體將停留在非織造布的表面無法穿透進去。用光學(xué)接觸角測量儀測試蠶絲/ES非織造布接觸角的結(jié)果表明，液滴在非織造布表面無法穿透過去，見圖4。

圖4 蠶絲/ES非織造布表面液滴

2.4 紙尿褲面層非織造布性能比較

對蠶絲/ES非織造布、蠶絲面層非織造布和普通熱風(fēng)面層非織造布的拉伸性能、透氣率、反滲量和透水時間進行測試，結(jié)果見表3。

表3 三種紙尿褲面層非織造布的性能比較

由表3可知：蠶絲/ES非織造布與蠶絲非織造布相比，厚度高73%，縱向斷裂強力高348.95%，橫向斷裂強力高493.01%，透氣率高78.35%，反滲量低90.7%，透水時間低84.96%；與普通熱風(fēng)面層非織造布相比，各項性能均存在一定的差距。對照標準FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造布 第二部分：衛(wèi)生用卷材》，蠶絲/ES非織造布的各項性能已經(jīng)滿足標準的要求，且更具有親膚性。

3 結(jié)論

(1)結(jié)合熱風(fēng)黏合和水刺纏結(jié)技術(shù)生產(chǎn)的蠶絲/ES非織造布是一種新型的非織造布。上層為蠶絲短纖維，下層為ES熱風(fēng)非織造布，上下層通過水刺纏結(jié)在一起。通過改變輸網(wǎng)簾的組織可以生產(chǎn)出半開孔的蠶絲/ES非織造布。

(2)在本試驗條件下，蠶絲/ES非織造布的最優(yōu)制造工藝是：水刺4道，面密度38 g/m2，上油率1.7%。纖維組成為蠶絲∶ES纖維=53∶47(質(zhì)量比)。

(3)蠶絲/ES非織造布拉伸性能、透氣性能、透水時間和反滲量可滿足衛(wèi)生用卷材要求，比普通蠶絲非織造布優(yōu)異，但不及普通熱風(fēng)非織造布。蠶絲/ES非織造布可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生巾、護墊和紙尿褲面層。

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