水刺面膜基布的性能測試及評價

樊曉燕，吳海波，劉萬軍，3

(1.東華大學產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620；2.東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620；3.上海納米生物材料與再生醫(yī)學工程技術研究中心，上海 201620)

隨著年齡的增長，人類由嬰幼兒時期到老年時期，皮膚受到的損傷越來越大，自身修復能力也越來越弱，導致皮膚水分和膠原蛋白在不斷流失，皮膚也在逐漸老化。 面膜作為一款可以在短時間內(nèi)為皮膚補充水分和營養(yǎng)物質(zhì)的便攜式護膚品，深深地受到了大眾的喜愛，在眾多護膚品里占據(jù)主要地位[1]，其作用原理是與肌膚表面形成封閉空間，提高皮膚表面溫度，使毛孔擴張，新陳代謝速度加快，用水分和活性營養(yǎng)成分滋潤肌膚，去除面部皮脂，保持肌膚水潤，且富有光澤[2]。

在由液態(tài)精華和面膜基布兩部分組成的貼片式面膜中，面膜的使用效果與面膜基布的種類和工藝都有很大聯(lián)系。 為了滿足面膜吸水性和孔隙度高、柔軟性和透氣性好、保水能力強的要求，目前主要采用水刺非織造布作為基材[3]。 除了加工工藝外，基材的性能還高度依賴于材料的類型。 本文主要收集了市場上12 種水刺基布，主要包括滌綸、粘膠、天絲、殼聚糖、竹、玉米和莫代爾這七種纖維，根據(jù)面膜的使用要求測試其相關性能，對比分析不同面膜基布之間的性能差異，系統(tǒng)地研究纖維原料、配比和基布的面密度對其相關性能的影響，為后續(xù)面膜基布的研發(fā)提供新思路。

1 試驗

1.1 試樣

本次研究選用市面上常用的12 種面膜基布，其具體規(guī)格見表1。

表1 試樣的具體規(guī)格

1.2 測試方法

1.2.1 厚度和面密度

采用YG141 數(shù)字式織物厚度儀，依據(jù)GB/T 24218.2－2009 測試樣品的厚度，每種樣品測試10次并取其平均值；依據(jù)GB/T 24218.1－2009 測定試樣的面密度，測試前將樣品用圓形取樣器裁剪成1 m2大小，并用JA103H 電子天平進行稱重，每種樣品測試6 次并取其平均值。

1.2.2 透氣性測試

采用YG461E 數(shù)字式透氣量儀，依據(jù)GB/T 4218.15－2018 測透氣性，設置儀器試樣壓差為50 Pa，測試面積為20 cm2，在實際操作過程選擇合適的噴嘴號，每個樣品測試10 次取其平均值。

1.2.3 干濕態(tài)下力學性能

采用YG020B 型電子單紗強力機，依據(jù)GB/T 24218.3－2010 中的條樣法，分別測試非織造布干濕態(tài)下縱橫向強力，每個樣品縱橫向各裁剪3 塊5 cm×20 cm 大小的試樣，并調(diào)濕。 設置儀器拉伸距離為100 mm，拉伸速度為200 mm/min，干態(tài)測試時，直接將樣品夾持在上下夾頭之間；濕態(tài)測試時，需要將樣品浸泡在去離子水中1 min，然后在豎直方向靜置2 min 使其無水滴落下，此時再將樣品夾持住測試后取平均值。 用纏結(jié)系數(shù)表示水刺基布的纏結(jié)程度，進一步表征經(jīng)過加固后水刺布的力學性能，其計算公式如下[4]:

式中:MD－水刺布的縱向斷裂強力，N；

CD－水刺布的橫向斷裂強力，N；

G－水刺布的面密度，g/m2。

1.2.4 柔軟性測試

采用LLY－01 電子織物硬挺度儀，依據(jù)GB/T 18318－2001 測定試樣的彎曲剛度，實驗時將每個試樣按縱橫向各剪3 塊2.5 cm x 25 cm 大小，記錄每組的彎曲長度，并計算其彎曲剛度G，其計算公式如下:

式中:G－彎曲剛度，mN?cm；

m－試樣的單位面積質(zhì)量，g/m2；

C－試樣的平均彎曲長度，cm。

1.2.5 吸水保水性能

依據(jù)GB/T 24218.6－2010 測定試樣的液體吸收量。 將試樣裁剪成3 個5 cm×5 cm 大小。 首先對量筒進行稱重，記為M0，接著樣品放入量筒中稱重記為M1，樣品浸入去離子水中1 min，靜置2 min使其不滴水，此時和量筒一起稱重記為M2，緊接著放在同樣的大氣條件下，等待15 min 后，再稱其重量記為M3，利用公式計算吸水率和保水率，計算公式如下:

1.2.6 透濕性測試

采用YG601H 電腦型織物透濕儀，依據(jù)GB/T 12704.1－2009 吸濕法測試織物的透濕性，實驗設置儀器參數(shù)溫度為38℃，濕度為90%，利用公式計算其透濕率，公式如下:

式中:WVT－透濕率，g/(m2?h)；

Δm－前后試樣的質(zhì)量之差，g；

A－有效實驗面積，0.00283 m2；

t－測試時間，h。

1.2.7 透明度測試

將12 種水刺面膜基布剪成直徑為10 cm 的圓形，放入去離子水中完全浸沒1 min，并垂直懸掛2 min直至膜布不滴水，此時將其敷在手背皮膚的表面，并都保持在距離皮膚同等高度位置的情況下，用手機拍照記錄不同水刺膜布15 min 前后的透明度變化情況。 將得到的照片放入Image J 軟件中，圖片格式改為8bit，每個樣品選擇5 個相同的位置計算平均值。 以白色膜的灰度值為100%參考，皮膚的灰度值為0%參考，最后得到百分比的透明度值。

2 試驗結(jié)果和討論

2.1 面膜基布的透氣性能

當面膜敷在皮膚表面的時候，需要保證面部皮膚細胞的正常呼吸，不能讓消費者感覺悶熱，故要求膜布具備良好的透氣性。 其中膜布透氣性好壞主要取決于纖維之間的孔隙，孔隙越大，孔隙數(shù)量越多，則透氣性就越好。 而孔隙的形成與纖維原料、結(jié)構(gòu)、性能還有鋪網(wǎng)方式都有很大的關系。

從表2 可以看出，本實驗所選的水刺基布透氣率在601.568 mm/s~1256.26 mm/s 之間。 表中的樣品5＃和6＃、 11＃和12＃對比發(fā)現(xiàn)，在纖維原料相同的情況下，水刺基布的透氣性隨著面密度的增加而下降。 面密度增加，說明此時相同面積下，纖維的根數(shù)變多，此時纖維之間相互覆蓋的面積會增大，導致孔隙減少；另外，測試時氣體在水刺布內(nèi)的路徑會增加，受到的阻力同樣也會增大，故最終透氣性下降。 樣品1＃和11＃、 3＃和10＃顯示出，在同樣面密度情況下，厚度越大，纖維之間越蓬松，透氣性一般越大。 竹纖維的厚度高于粘膠纖維，竹纖維內(nèi)部之間較為蓬松，且由于竹纖維結(jié)構(gòu)中含有較多的孔隙，故整體透氣要好于粘膠纖維[5]。 另外，樣品4＃和7＃顯示出100%含量的天絲水刺布的透氣性稍高于殼聚糖水刺布的透氣性。 雖然天絲水刺布的厚度比殼聚糖小，但是天絲纖維本身具備良好的透氣舒適性，柔軟親膚等特點，故透氣性強于殼聚糖纖維。

表2 不同水刺面膜基布的透氣率

在表2 中的2＃、3＃試樣顯示出，隨著粘膠質(zhì)量的增加，膜布的透氣性呈現(xiàn)出下降的趨勢，這是因為粘膠的親水性好，在水刺加固工藝中，纖維之間纏結(jié)的更加緊密，同樣克重下，厚度變小，使得纖維之間的孔徑變小，故透氣性有所下降。 樣品8＃、9＃隨著竹纖維的增加，同樣面密度下，水刺布的厚度下降，透氣性也在下降，但是下降的趨勢不是很明顯，也是因為竹纖維本身透氣性好的緣故。 厚度變小，但是竹纖維膜的含量在變大，故前后水刺基布的透氣性變化不大。

2.2 面膜基布的力學性能

由于消費者的臉型存在差異性，這就需要貼式面膜在被使用的過程中，具備一定的強力和伸長率，這樣才能保證使用時面膜基本形狀不會變形，且能夠完全貼合臉部的曲線。 一般來說，貼式面膜是通過膜布負載足量的液態(tài)精華，敷在皮膚表面并被其吸收，故相較于干態(tài)，選擇面膜基布時則更看重膜布濕態(tài)下的強力和伸長率。

根據(jù)表3 的數(shù)據(jù)看出，本實驗研究的12 種水刺基布在干態(tài)和濕態(tài)兩種情況下，縱向斷裂強力均大于其橫向斷裂強力，相對應的縱向斷裂伸長率則小于其橫向斷裂伸長率。 猜測可能是因為水刺基布在被制備的過程中，主要采用的是平行式鋪網(wǎng)的方式，從而導致水刺纖維網(wǎng)中的纖維大多呈縱向排列，故縱向強力高而伸長低，橫向強力低但伸長高。所以每種水刺布樣品，無論是在干態(tài)還是濕態(tài)，自身的縱橫向斷裂強力都存在較大的差異性。 此外，表3 中同種基布干濕態(tài)縱橫向斷裂強力對比發(fā)現(xiàn)，除了含有天絲纖維的基布，其它基布的干態(tài)縱橫向斷裂強力均大于濕態(tài)。 這是因為水分子進入纖維內(nèi)部，導致纖維之間的抱合力下降，基布斷裂強力下降。 另外，部分水會進入纖維的無定形區(qū)，與纖維的分子基團發(fā)生相互作用，從而導致纖維大分子之間的滑移，最終使得單根纖維強力下降，水刺基布強力也會受到影響。

表3 不同水刺面膜基布的斷裂強力

表3中的5＃和6＃、11＃和12＃對比發(fā)現(xiàn)，在纖維原料相同的情況下，隨著面密度的增加，水刺布的干濕態(tài)斷裂強力都相應提高，這是因為纖維根數(shù)增加，使得單位面積內(nèi)的纖維纏結(jié)量增加，抱合力提高，從而提高了縱橫向斷裂強力。 從樣品2＃和3＃中可以看到，纖維比例的變化也會對基布的力學性能產(chǎn)生影響，隨著粘膠纖維的增加，面密度增加，但是強力下降較為明顯，這主要是因為滌綸的力學性能強于粘膠；8＃、9＃隨著竹纖維的增加，強力也有所下降，但是并不明顯。

根據(jù)圖1 的數(shù)據(jù)，分析樣品3＃和10＃、4＃和7＃、6＃和8＃三組之間的力學性能發(fā)現(xiàn)，在面密度幾乎相同的情況下，纖維原料保持不變時，在相同克重下，膜布的厚度越小，說明纖維之間纏結(jié)的越緊密，纏結(jié)系數(shù)越大[6]，水刺布的強力越高。 另外，粘膠纖維的強力大于竹纖維，但是粘膠的濕強度其自身干強的一半左右，這是因為粘膠短纖維的橫截面是一個不規(guī)則的多邊形，呈扁平狀，縱向有多條溝槽，纖維內(nèi)部有大量孔隙，尤其當纖維處于濕態(tài)時，孔隙處的薄弱環(huán)節(jié)因為水的介入而變的更脆弱。 從圖中可以看到，雖然100%天絲纖維的面密度不是最大，但是其干濕強力最高；另外，含有天絲纖維的濕態(tài)纏結(jié)系數(shù)均大于干態(tài)。 這是由于天絲纖維橫截面為圓形[7]，且結(jié)晶度、取向度高，超過其他纖維素纖維，與滌綸纖維相近。

圖1 不同水刺面膜基布的干濕態(tài)纏結(jié)系數(shù)

2.3 面膜基布的彎曲性能

人體面部并不是平面型，而是立體的，面膜基布要具備一定的柔軟度，才能在使用時更加與面部貼合。 本研究用彎曲剛度這個指標來表征柔軟度，彎曲剛度越大，膜布的硬挺度越好，相對應的柔軟度就越低。

從表4 中的實驗數(shù)據(jù)可以看到，發(fā)現(xiàn)12 種水刺基布干態(tài)情況下，縱向彎曲剛度范圍在0.21 mN?cm~1.42 mN?cm 之間，橫向彎曲剛度范圍在0.07 mN?cm~0.25 mN?cm 之間；同一基布的縱向彎曲剛度都遠高于橫向彎曲剛度，并且不同基布之間的橫向彎曲剛度幾乎差別不大，可能是因為水刺基布是平行式鋪網(wǎng)，纖維大都沿縱向排列，縱向的柔軟度小于橫向[8]。

表4 不同水刺面膜基布干態(tài)下的彎曲剛度

從表4 中可以看到如樣品5＃和6＃、11＃和12＃，同種纖維原料下，隨著面密度增加，水刺布厚度增加，縱橫向彎曲剛度都有所增大，硬挺度提高，故基布的柔軟性變差。 相同面密度下，4＃、7＃相比，天絲纖維的柔軟度最差；3＃、10＃相比，粘膠纖維的柔軟度比竹纖維的柔軟度稍低；1＃、11＃相比，莫代爾纖維的柔軟度比粘膠纖維低。 不同纖維原料配比也會影響基布的彎曲剛度，如2＃、3＃相比發(fā)現(xiàn)隨著粘膠纖維的增加，織物的柔軟度提高[9]；8＃和9＃比較發(fā)現(xiàn)隨著竹纖維的含量增加，水刺布的彎曲剛度減小，織物會變?nèi)彳洝?12 種水刺基布中，面密度為30 g/m2的20/80 殼聚糖/天絲縱向彎曲剛度最低，為0.21 mN?cm，其柔軟性最好。

2.4 面膜基布的吸水保水性能

水刺基布的原料對基布的吸水保水性能有很大影響，同樣克重下基布的吸水性越高，能夠攜帶的精華液越多，使得面膜包裝袋中不會殘留大量的液態(tài)精華，造成浪費；保水性越好，說明膜布能讓精華液更多的被皮膚吸收，而不是被快速蒸發(fā)浪費，以至于膜布反而會從皮膚吸收水分，達到相反的效果。 此外，不同纖維材料制成的水刺面膜基布對皮膚也有著不同的護理效果[10]。

從表5 中可以看到，面膜基布的保水率都在83.39%~90.87%之間。 如5＃和6＃、11＃和12＃對比發(fā)現(xiàn)，同種纖維原料下，保水率隨著面密度的增加而提高。 4＃、7＃對比發(fā)現(xiàn)，同種面密度下，天絲纖維的吸水量大于殼聚糖纖維，但殼聚糖纖維的保水性稍高于天絲纖維，這是因為殼聚糖纖維完全浸潤水的速度較慢，一定程度上相對來說，具備定向輸水的功能，可防止水分蒸發(fā)，故其保水率較高。

表5 不同水刺面膜基布的吸水量及保水率

不同纖維原料配比如2＃、3＃隨著粘膠含量的增加，水刺基布的吸水率有所提高；8＃、9＃隨著竹纖維含量的增加，水刺布的吸水率增加。 纖維的吸水性與纖維的結(jié)構(gòu)和組成有關，3＃、10＃純粘膠纖維和竹纖維相比，竹纖維的吸水性比粘膠纖維好，因為竹纖維為多孔隙的結(jié)構(gòu)，同樣面密度下，能夠吸收的液體就更多。

2.5 面膜基布的透濕性能

透濕性好的面膜基布在被使用時不會悶痘，可在一定程度上提高消費者的使用舒適度。 綜合對比分析以上性能，我們選擇4＃~9＃這6 種面密度較低的水刺布做透濕性測試。 從圖2 中數(shù)據(jù)可以看出，這6 種基布的透濕率范圍在404.77 g/(m2?h)~451.59 g/(m2?h)之間，可以看到它們的差距較小，這是因為水分子的體積比空氣分子小，所以相較于透氣性，透濕性之間的差距變化較小。

圖2 不同水刺面膜基布的透濕率

2.6 面膜基布的透明度分析

人們在使用面膜的過程中，除了關注其功效性、舒適性，還有美觀性，這時就需要膜布能夠更輕薄透明，當被人們敷在皮膚上時，可以達到隱形的效果。 圖3 為面密度較大的6 種基布0 min 和15 min在手背上的透明度變化情況。 從圖中可以直觀地看出，膜布的面密度越大，即孔隙越少，光透過的量減少，所以透明度越低，且15 min 后隨著膜布中的水分含量下降，相應地透明度也都有所下降。

圖3 不同水刺面膜基布在皮膚上的透明度直觀比較圖:(a)0min；(b)15min

從圖4(a－c)中可以得到，選出的這6 種面密度較低的水刺布在剛吸完水0 min 時的濕態(tài)透明度范圍在57.52%±7.93%~78.16%±8.74%之間。其中樣品5＃(面密度為3 mg/cm2的20/80 殼聚糖/天絲水刺布) 的濕態(tài)透明度最高，在0 min 和15 min時，分別78.16%±8.74%和50.20%±6.51%；其次為樣品4＃(面密度為4.2 mg/cm2的100%天絲纖維水刺布)的濕態(tài)透明度在0 min 和15 min 時分別為73.51%±7.67%和46.90%±10.91%。 影響透明度高低的指標一方面是膜布面密度，另一方面是纖維原料的結(jié)構(gòu)[11]。 研究發(fā)現(xiàn)，纖維橫截面的形狀對透明度影響很大，與圓形截面相比，異形透過的光強減弱。 天絲纖維的橫截面為圓形，粘膠纖維的橫截面為鋸齒狀皮芯結(jié)構(gòu)，而且天絲纖維內(nèi)部取向度高[12]，光能更容易透過，所以相比較于其它粘膠等其它纖維，其本身的透明度就較高。

圖4 不同水刺面膜基布在皮膚上的透明度直觀比較圖和數(shù)據(jù)圖:(a)0min；(b)15min；(c)濕態(tài)透明度數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

(1)本實驗所選的水刺面膜基布透氣率在601.568 mm/s~1256.26 mm/s 之間。 相同纖維原料下，隨著面密度的增加，纖維之間的孔隙減少，基布的透氣性和透明度下降，縱橫向彎曲剛度增大，柔軟性變差，但基布的干濕態(tài)斷裂強力都有所提高。 另外，面密度相同的情況下，膜布的厚度越小，即纖維之間纏結(jié)的更緊密，相應地纏結(jié)系數(shù)越大，此時透氣性下降，水刺布的強力提高。

(2)本實驗研究的12 種水刺基布實驗結(jié)果表明，干態(tài)和濕態(tài)兩種情況下，同種基布的縱向斷裂強力均大于橫向斷裂強力，縱向彎曲剛度也都遠高于橫向彎曲剛度，猜測可能是因為采用平行鋪網(wǎng)導致纖維大多沿縱向排列；一般來說，除天絲纖維外，同樣的基布濕態(tài)下的強力均小于干態(tài)，這是因為水分子的進入減少了纖維之間的抱合力，使得強力下降。

(3)面密度較低的6 種基布之間的透濕率差距較小，范圍在404.77 g/(m2?h)~451.59 g/(m2?h) 之間，且在玻璃上的濕態(tài)透明度范圍在57.52%±7.93%~78.16%±8.74%之間。 由于天絲纖維取向度高，光容易透過，故透明度最好。