超疏水純棉大網孔水刺材料的制備及性能

admin 2年前 (2022-01-30) caiji 273 0

免費的無紡布手提袋在線報價，輸入規格參數，全程10秒鐘出價格，方便快捷，歡迎使用！

點擊上方，輕松關注！！無紡布廠家15838056980本文發表在第33期《紡織技術》雜志上，更多好文章期待您的投稿。投稿、咨詢郵箱：shulijishu@geron-china.com超疏水純棉大網孔水無紡布廠家15838056980刺材料的制備及性能王丹1a, 1b，阮夢瑤1a, 1b，趙保軍2，靳向煜1a, 1b（1.東華大學 a.紡織學院；b.產業用紡織品教育部工程研究中心；2.山東德潤新材料有限公司）紙尿褲是一種具有多層結構及多種材料的組合體，其不同層結構與材料的作用各不相同。例如，面層要求紙尿褲能夠快速滲液并保持干爽，吸收層要求紙尿褲能夠大量存儲尿液，而底層則起到防止尿液外漏污染衣物的作用［1-3］。在紙尿褲的使用過程中，當紙尿褲被尿液浸濕后，液體沿縱向傳輸浸透時需要一定的時間，如果時間過長，輕者紙尿褲表層產生濕氣，重者表層局部區域殘留尿液，如果吸收性能不好或者表層過于親水，還會出現已經被傳輸到吸收層的尿液反滲到表層的現象：無紡布廠家15838056980這樣將使得皮膚與紙尿褲之間形成一個潮濕的微環境［4］，此微環境的出現將會引起嬰兒皮膚的紅腫，進而出現“紅屁股”現象［5，6］。要減少嬰兒的“紅屁股”現象，紙尿褲須具備快速滲液并且表層干爽的特性，這種要求恰好與面層的作用相吻合。因此，為降低嬰兒紅屁股的發生率，有必要對面層的材料與結構進行研究。目前市場上紙尿褲面層的原材料主要有滌綸（PE）、丙綸（PP）、ES（ethylene-propylene side by side）纖維及棉纖維等，結構有微孔、珍珠紋、平紋等［7，8］，測試指標主要有液無紡布廠家15838056980體穿透時間、滑移量、反滲量等［9］。紙尿褲速滲干爽的特點要求尿褲的穿透時間短、反滲量小，而這兩項指標在大多數情況下呈負相關［10］，很難同時實現。本文制備了一種超疏水純棉大網孔水刺材料可用于紙尿褲面層。采無紡布廠家15838056980用拒水整理劑NT-X030和拒水增強劑NT-X628對普通的純棉水刺材料進行拒水整理使其具有超疏水表面（超疏水表面定義：無紡布廠家15838056980接觸角大于150°）［11-13］，然后研究了在同種孔徑排列方式和孔間距條件下，不同孔徑對純棉材料液體穿透時間、滑移量、反滲量等性能的影響，從而得到了具有速滲快干特點的超疏水純棉大網孔水刺材料。 1 試驗部分1.1 材料及儀器材料：脫脂棉纖維（線密度為1.97 dtex，長度為32.64 mm），福建南紡有限責任公司；含有超吸水顆粒的吸收層材料，杭州豪悅實業有限公司；去離子水；固體氯化鈉（99%），氯化鈣，尿素，七水硫酸鎂，冰醋酸，上海凌峰化學試劑有限公司；NT-X030拒水整理劑，NT-X628拒水增強劑，美國加州納米科技公司（Nano-Tex）。其中，拒水整理劑NT-X030和拒水增強劑NT-X628分別是以陽離子烷基胺和丙烯酸酯聚合物為主要組分的碳氫結構聚合物，不含烷基苯酚聚氧乙烯醚（APEO）、全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）等有害物質［14］。此外，NT-X030和NT-X628均為納米級試劑，已經成功商業化，并被應用于服裝及家紡等紡織面料中［14］。儀器：單錫無紡布廠家15838056980林雙道夫梳理機，東華大學；Auftrags Nr.T6616型水刺機，德國Fleissner公司；Spectrum Two型傅里葉變換紅外光譜儀，英國鉑金埃爾默公司；DGG型電熱鼓風干燥機，上海圣試電子科技有限公司；OCA15EC型光學接觸角測量儀，德國Dataphysics公司；FD-460型激光切割機，山東聊城科銳激光設備有限公司；1003+型USB電子顯微鏡，深圳市高索數碼科技有限公司；TM3000型電子掃描顯微鏡，日本日立有限公司；YG461E型全自動透氣性測定儀，溫州方圓儀器有限公司；YG026MB型多功能電子織物強力機，溫州方圓儀器有限公司；LLY-01型電子硬挺度儀，萊州電子儀器有限公司；YG814D型液體穿透儀，溫州方圓儀器有限公司；自制液體殘余量、液體反滲量測試儀器。 1.2 制備工藝1.2.1 純棉水刺材料的制備稱量28 g脫脂棉，經梳理機（梳理參數見表1）將脫脂棉梳理鋪網成面密度為38 g/m2的纖網，然后通過水刺（水刺參數見表2）加固［15］得到面密度為30 g/m2的純棉水刺非織造材料。1.2.2 超疏水純棉大網孔水刺材料的制備采用浸漬法對純棉水刺非織造材料進行拒水整理得到超疏水純棉材料，之后進行激光打孔處理得到超疏水純棉大網孔水刺非織造材料［16］，制備流程圖如圖1所示。圖1 超疏水純棉大網孔水刺材料的制備流程為確保純棉材料在拒水整理之后具備超疏水性能，需要對拒水整理參數進行控制。具體為：拒水整理劑NT-X030 無紡布廠家15838056980在溶液中的體積分數為0.6%，拒水增強劑NT-X628在溶液中的體積分數為0.3%，冰醋酸的添加量為1~2滴（調節溶液的pH至4~5之間），烘焙溫度為170 ℃，烘焙時間為2 min（在拒水整理劑濃度和溫度確定的條件下，以烘干樣品為主）。選擇參數的依據詳見2.1.2。為得到可控性較強的大網孔材料，采用激光切割的方法對材料進行切割。經過多次調試，設定激光切割速度為90 mm/s，脈沖功率為8 W。網孔的排列方式如圖2所示。圖2 網孔的排列方式尿液分子近似是球狀，因此網孔的無紡布廠家15838056980形狀選擇圓形。一般而言，網孔排列越密集、孔徑越大，則尿液穿透的越快；但是與此相反，網孔排列越稀疏、孔徑越小，則尿液從吸收層反滲到面層的質量越低，即與皮膚直接接觸的尿液越少。因此為了最大程度的提高網孔的排列密度，選擇網孔呈正三角形排列。理論而言，確定了網孔的排列方后，影響液體穿透的參數就是孔間距和孔徑。考慮到孔間距過小會使打孔的可控性降低，因此本文中設定孔間距為2 mm。 1.3 超疏水純棉大網孔水刺非織造材料的測試方法確定孔徑設計方案后，需要測試超疏水純棉大網孔水刺材料的不同性能來確定最適合應用在紙尿褲面層材料中的孔徑（最優的孔徑）的大小，本文中通過測定液體殘余量、液體穿透時間、液體反滲量和液體滑移量來確定最優的孔徑。 1.3.1 網孔孔徑采用1003+型USB數字顯微鏡對網孔材料進行拍照，然后采用Nano Measurement 無紡布廠家15838056980軟件測量圖像中的網孔孔徑。 1.3.2 測試所用液體的配置測定超疏水純棉水刺材料的接觸角時所使用的液體是去離子水。拍照及測定超疏水純棉大網孔水刺非織造材料的液體滑移量（RO）、液體穿透時間（STT）、液體殘余量和液體反滲量時，所采用的液體均為人工尿液。其配制方法為：97.09%去離子水，1.94%尿素，0.8%氯化鈉，0.11%七水合硫酸鎂，0.06% 氯化鈣［17］。 1.3.3 液體滑移量（RO）液體滑移量（RO）指液體流經材料表面未被材料吸收的量，可以用來表征材料的快速導液能力。其值越小，說明液體快速滲透到吸收層的量越快。依據標準GB/T 24218.11-2012中溢流量的測定方法對液體滑移量進行測試。 1.3.4 液體穿透時間（STT）液體穿透時間（STT）指液體在垂直方向上穿過材料所需要的時間，可以用來表征液體在穿透材料上的穿透性能，其數值越小，說明液體穿透材料所需時間越短，液體在材料中滲透越快。考慮到無紡布廠家15838056980對同一塊紙尿褲而言，尿液對紙尿褲是多次穿透的，所以同一試樣測試3次，其數值分別用STT 1，STT 2，STT 3來表示。依據標準GB/T 24218.13-2010中的液體多次穿透時間的測定方法對液體穿透時間進行測試。 1.3.5 液體殘余量和液體反滲量考慮到紙尿褲是一種多結構的材料，本文中重新定義了液體殘余量和液體反滲量，并在標準GB/T 24218.14-2010的基礎上設計了新的測試方法，其測試示意圖如圖3所示，其中圖3（a）是液體殘余量測試示意圖，圖3（b）是液體反滲量測試示意圖。圖3 液體殘余量和反滲量測試示意液體殘余量指經過液體穿透后殘余在材料表層的液體，可以用來表征材料的干爽性，其數值越小，說明表層殘留的液體越少，則表層越干爽。將尺寸為10 cm×10 cm的試樣懸空放置，并將15 mL液體平均分3次倒在試樣上，時間間隔為1 min；第3次倒完液體后，將已知質量m1的標準吸收墊置于試樣表面，并壓上直徑為10 cm、質量為4 kg（0~2 無紡布廠家15838056980歲的嬰兒其體重范圍是3~5 kg）的聚丙烯壓塊，待1 min后取出吸收墊并稱其質量m2，則標準吸收墊的差值（m2-m1）即為液體殘余量。液體反滲量指液體被材料吸收后通過網孔反滲到表層的液體含量，可以用來表征材料的干爽性，其數值越小，說明液體通過網孔反滲到材料表面的含量越少，表面越干爽。將尺寸為10 cm×10 cm的吸收層材料（含有超吸水樹脂）平放在測試桌面上，然后將15 mL液體平均分3次倒在吸收層上，時間間隔為1 min，待第3次倒完液體后將網孔材料置于吸收層上，然后將已知質量m′1的標準吸收墊置于網孔材料表面，并且壓上直徑為10 cm、質量為4 kg的聚丙烯壓塊，待1 min后取掉吸收墊并稱其質量m′2，則吸收墊的差值（m′2-m′1）就是反滲量。 2 結果與討論2.1 超疏水純棉非織造材料的制備及其性能表征2.1.1 超疏水整理前后纖維表觀形態的變化拒水整理前后超疏水材料和棉纖維表觀形態的對比如圖4所示。其中，圖4（a）~（d）無紡布廠家15838056980分別是水滴在親水材料（拒水整理前的材料）表面的宏觀形態，拒水整理前棉纖維的微觀形態，水滴在拒水材料（拒水整理后的材料）表面的宏觀形態，拒水整理后棉纖維的微觀形態。圖4 拒水整理前后純棉材料和棉纖維表觀形態的對比由圖4（a）可知，在拒水整理之前，棉纖維本身是親水性材料，液滴（5μL）在材料表面完全鋪展；而經過拒水整理之后，材料變得疏水，此時水滴在材料上呈球狀（圖4（c））。由圖4（b）和4（d）可知，整理前后棉纖維表觀并未發生明顯變化，這是因為拒水整理劑NT-X030的原理是在不改變材料微觀形態的基礎上，通過納米科技實現材料的疏水性：NT-X030里面存在3種分子，分別是帶有鉤子的分子、帶有絨毛的分子以及水溶性分子；在引發劑存在的情況下這3種分子鏈成里面是絨毛，外邊是鉤子的球狀形態；之后帶有鉤子的分子在被處無紡布廠家15838056980理材料表面附著，通過進一步的加熱使得球狀形狀變成絨毛在外邊而鉤子與材料相結合的鏈狀形狀。這種鏈狀形狀鋪展在材料表面相當于材料表面形成了一層納米級的物質，水分子透不過這層納米層，故而材料具備了拒水的效果。同時，這層納米層也使得拒水整理前后材料的手感和透氣性不會發生明顯的變化，而且材料的拒水效果比較持久。 2.1.2 拒水整理參數的優化及表征材料疏水的程度可以用材料的接觸角（CA）來表征，處理前后純棉材料接觸角（5 μL）隨拒水整理參數的變化如圖5所示。其中圖5（a）~（f）分別是材料的接觸角隨NT-X030的體積分數的變化趨勢圖，材料接觸角與增強劑NT-X628之間的關系圖，材料接觸角隨烘培溫度的變化，水滴（10 μL）形態隨時間的變化，接觸角隨時間的變化關系圖，打孔前后材料表面接觸角的變化。為了確定拒水整理劑NT-X030和拒水增強劑NT-X628在溶液中的體積分數，本文中采用控制變量法。即：研究NT-X030對接觸角的影響時，控制NT-X628的體積分數為0.3%；在研究NT-X628對接觸角的影響時，控制NT-X030的體積分數為0.6%；研究溫度對接觸角的影響時，控制NT-X030和NT-X628的體積分數分別為0.6%和0.3%。圖5 拒水整理參數的優化及其表征由圖5（a）可知，在拒水增強劑NT-X628的體積分數確定時，隨著拒水處理劑NT-X030體積分數的增加，CA值逐漸增大，表明材料的拒水效果越來越顯著，當體積分數達到0.6%時，材料的CA值可以達到154.4°，此時材料具備超疏水的特性，故選用NT-X030的體積分數為0.6%。由圖5（b）可知，在NT-X030體積分數為0.6%時，隨著NT-X628體積分數的增加，CA值增大，當其體積分數為0.3%時，材料的CA值大于150°，具備超疏水性能，故選用NT-X628的體積分數為0.3%。由圖5（c）中可知，隨著烘培溫度的增加，CA值呈現出先快速增大后緩慢增加的現象，說明當溫度高到一定的值時，拒水整理劑分子與織物中纖維中的結合達到無紡布廠家15838056980了一定的飽和值，因此選擇烘培溫度為170℃。圖5（d）和圖5（e）表明拒水整理穩定性良好，由圖5（d）可知，經過1 h后水滴的外觀形態并沒有發生很明顯的變化；圖5（e）客觀上證明了這點，可以看到經過1 h后，材料的CA值大于140°。由圖5（f）可知，打孔前后材料的CA值變化不大，即打孔處理對材料的拒水性能沒有明顯影響。 2.1.3 拒水整理前后純棉非織造材料的性能變化非織造材料中纖維排列有兩種方向：MD方向和CD方向，其中MD方向排列又稱縱向排列，指纖維排列順著機器輸出方向；CD方向又稱橫向排列，指纖維順著垂直于機器輸出方向排列。水刺材料中纖維大部分沿MD方向排列，使得材料MD方向和CD方向的物理性能差異較大，因此測試水刺材料的物理性能時MD方向和CD方向的性能都要測試。拒水整理前后純棉材料中化學基團的變化及物理性能的對比如圖6所示。其中圖6（a）~（d）分別是整理前后材料無紡布廠家15838056980紅外光譜的對比、整理前后材料拉伸性能的對比、整理前后材料柔軟性能的對比和整理前后材料透氣性能的對比。圖6 水整理參數對純棉非織造材料的影響由圖6（a）可知，整理后在材料中出現了新的峰值（2850 cm-1處和2917 cm-1處），其為亞甲基伸縮峰，表明處理后的材料的分子中不含氟及其基團。由圖6（b）~（d）可知，處理前后材料的物理性能沒有發生很明顯的變化。 2.2 大網孔孔徑的優化2.2.1 網孔孔徑的設計采用圖2中網孔的排列方式，設定孔間距為2 mm，本文設計了6種不同孔徑的網孔材料。網孔材料的實物圖和打孔后孔徑大小的分布如圖7所示，其中圖7（a）~（f）分別是孔徑為0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm的超疏水純棉網孔材料的表觀形態圖，圖7（a′）~（f′）分別是孔徑為0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm的超疏水純棉網孔材料的實際孔徑分布直方圖。圖7 網孔孔徑的設計方案及其孔徑分布由圖7可知，當用激光制備較小孔徑的材料時，因為孔密度較高，無紡布廠家15838056980所以局部偶爾會出現燒黑的現象，見圖7（a）和（b）；當制備的孔徑較大時，燒黑現象則不會出現。由概率分布直方圖中孔徑的分布可以看出，材料中大部分網孔的孔徑都分布在試驗所要求的孔徑大小周邊，孔徑的偏差不是很明顯，說明網孔分布比較均勻，激光打孔可控性較好。 2.2.2 網孔孔徑的優化液體滑移量和液體穿透時間隨網孔孔徑的變化如圖8所示，其中圖8（a）是液體滑移量隨孔徑的變化，圖8（b）是液體穿透時間隨孔徑的變化。圖8 液體滑移量和液體穿透時間隨網孔孔徑的變化從圖8（a）中可以看到，隨無紡布廠家15838056980著孔徑的增大，液體滑移量逐漸降低，當孔徑大于等于1 mm時，液體滑移量明顯降低，當孔徑大于等于3 mm時，液體滑移量為0 g，說明當孔徑大于等于3 mm后，液體可以通過材料中網孔全部被下層吸收層材料所吸收，表層不會有殘留。從圖8（b）中可以看到，隨著孔徑的增大，液體穿透時間逐漸降低，且孔徑大小對STT 1的影響不是很大，對STT 2，STT 3的影響較大，這可能是因為當液體質量少時，液體可以直接穿過網孔。但是當液體質量增大時，除了穿過網孔的液體之外，還有部分液體存儲在材料內部，進而影響穿透時間。分析是由于棉纖維雖然經過了拒水整理，但是其本身是親水纖維，纖維內部纖維與纖維之間還是會有少量的毛細吸水現象存在［9］，纖維與纖維之間會存儲微量液體，所以當孔徑較小的時候，隨著穿透次數的增加，穿透時間會明顯增大。當孔徑大于等于3 mm時，液體穿透時間明顯降低，說明此時，液體可以通過網孔快速的被下層吸收層材料所吸收。超疏水純棉大網孔水刺材料干爽性的表征參數與網孔孔徑間的關系如圖9所示，其中圖9（a）是液體殘余量隨孔徑的變化，圖9（b）液體反滲量隨孔徑的變化。從圖9（a）中可以看出，隨著孔徑的增大，液體殘余量逐漸降低，當孔徑大于等于1 mm時，液體殘余量明顯降低，當孔徑大于等于3 mm時，液體殘余量為0 g，說明當孔徑大于等于3 mm后，液體可以通過材料中網孔全部被傳導到下層吸收層中，表層不會有殘留。因為液體反滲量是指液體從紙尿褲吸收層中反滲到表層的液體體積，所以在測試的時候使用到了吸收層，故而測試吸收層的反滲量也是必要的。經過測試，吸收層反滲量為0.4 g。從圖9（b）中可以看出，隨著網孔孔徑的增大，反滲量逐漸增加，當孔徑大于3 mm以后，反滲量明顯增大，這說明當孔徑大于3 mm以后，液體通過網孔反滲到表面的體積增大，影響表面干爽性。因此3 mm的網孔孔徑是臨界值，小于等于3 mm時反滲量小于0.1 g。圖9 超疏水純棉大網孔水刺材料干爽性的表征參數與網孔孔徑間的關系 3 結論（1）脫脂棉纖維經過水刺加固形成純棉水刺材料，采用拒水整理劑NT-X030和增強劑NT-X628對其進行拒水整理，當NT-X030和NT-X628的含量分別是溶液體積分數的0.6 %和0.3 %時，純棉材料具備超疏水性能，其接觸角可達154.4°，并且拒水效果穩定；（2）將超疏水純棉水刺材料進行激光打孔處理可以得到大網孔純棉水刺材料，當孔徑3 mm時，其具有快速導液、保持干爽的特性，此時超疏水純棉大網孔水刺材料的液體穿透時間為1.41 s，液體滑移量為0 g，液體殘余量為0.29 g，液體反滲量為0.08 g。參考文獻：［1］KRAFCHIK B. History of diapers and diapering［Ｊ］. International Journal of Dermatology, 2016, 55 Suppl 1(S1):4.［2］王雨,錢曉明.嬰兒紙尿褲各層結構的研究現狀及市場發展［Ｊ］.紡織導報, 2016(12):66－69.［3］李悅.嬰兒尿褲結構與吸收性能關系的研究［D］.上海:東華大學, 2015:10－11.［4］張思云.紙尿褲熱濕舒適性的評價與研究［D］.上海:東華大學, 2014:5－15.［5］YOKURA H, SUKIGARA S. Evaluation of the wetness of pantiliners［Ｊ］. Textile Research Journal, 2010, 80(16): 1643－1647.［6］GUO Y, NG F, HUI P, et al. Heat and mass transfer of adult incontinence briefs in computational simulations and objective measurements［Ｊ］. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2013, 64(7):133－144.［7］徐小萍,張寅江,靳向煜. 紙尿褲各層結構的作用及吸液機理分析［Ｊ］.產業用紡織品, 2013(5):19－23.［8］趙學玉,邢明杰.嬰兒紙尿褲面層材料的發展［Ｊ］.山東紡織科技, 2016, 57(5):48－50.［9］郭曉彤.一次性衛生用表層材料液體傳無紡布廠家15838056980遞機理及主客觀評價的研究［Ｊ］.上海:東華大學, 2013:1－4.［10］SOTELO-NAVARRO P X, POGGI-VARALDO H M, TURPIN-MARION S J, et al. Biohydrogen production from used diapers: evaluation of effect of temperature and substrate conditioning［Ｊ］. Waste Manage Res, 2017, 35(3):267.［11］LI J, ZHAO Y, GE M, et al. Superhydrophobic and luminescent cotton fabrics prepared by dip-coating of APTMS modified SrAI2O4:Eu2+,Dy3+ particles in the presence of SU8 and fluorinated alkyl silane［Ｊ］.Journal of Rare Earths, 2016, 34(7):653－660.［12］MURESAN E I, BALAN G, POPESCU V. Durable hydrophobic treatment of cotton fabrics with glycidyl stearate［Ｊ］. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2013, 52(18):6270－6276.［13］WANG H, XUE Y, DING J, et al. Durable, self-healing superhydrophobic and superoleophobic surfaces from fluorinated-decyl polyhedral oligomeric silsesquioxane and hydrolyzed fluorinated alkyl silane［Ｊ］. Angewandte Chemie, 2011, 50(48):11433.［14］陳鎮,趙世顯,黃斌,等. 滌棉混紡織物納米無氟拒水整理［Ｊ］.現代紡織技術, 2014, 22(6):18－21.［15］柯勤飛,靳向煜.非織造學［Ｍ］.第2版.上海:東華大學出版社,2010:114－125.［16］GUERRA A J, FARJAS J, CIURANA J. Fibre laser cutting of polycaprolactone sheet for stents manufacturing: a feasibility study［Ｊ］. Optics & Laser Technology, 2017, 95:113－123.［17］林松柏.高吸水性聚合物［Ｍ］.北京:化學工業出版社,2013:127. 往期精選梳棉機附加分梳板針布的設計與創新Uster質量檢測技術應用與分析紡織梳理機械的現狀及其發展專家文集已開通專家文集陸續推出中，目前已開通倪遠、任家智、馮學本、楊巧云、歐懷林、許鑑良、肖光偉等7位專家。后臺回復專家名字即可看到，方法如下。《梳理技術》于2017年更名為《紡織技術》，雜志創刊于2000年，由金輪針布公司和原上海紡科院部分老專家，在梅自強院士（已故）的指導下聯合創辦。黃錫疇（已故）、許鑑良、孫鵬子（已故）、周建平先后任主編。并擁有一支國內外學界權威、行業技術專家組成的編委隊伍。《紡織技術》每期發行一萬多份，讀者覆蓋高校、科研機構、紡織企業各層面。成為紡織行業梳理領域內公認的具有極高專業性、權威性的技術刊物。《紡織技術》的宗旨是助力紡織行業進步，致力于行業技術的突破與提升，積極倡導學術爭鳴，為技術交流提供平臺，堅持免費提供給讀者的原則，愿與廣大客戶和各界朋友攜手共創梳理技術美好未來!