陳晶晶，吳海波

（東華大學(xué) 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620）

蠶絲／ES非織造布的親水整理

陳晶晶，吳海波

（東華大學(xué) 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海 201620）

探討TF 629型親水劑對蠶絲／ES雙組分復(fù)合纖維非織造布親水的整理工藝，討論影響非織造布液體穿透時間的因素，尋找最優(yōu)的工藝參數(shù).研究結(jié)果表明：親水整理工藝中整理劑體積分?jǐn)?shù)為1%、烘干溫度為70℃、烘干時間為5 min，蠶絲／ES非織造布試樣的液體穿透時間可達(dá)到最優(yōu).TF 629型親水劑在蠶絲／ES非織造布中的穩(wěn)定性和耐遷移性較好.親水整理后，試樣的柔軟性與透氣性得到改善，拉伸斷裂性能略有下降，但滿足應(yīng)用要求.

蠶絲；親水整理；非織造布；液體穿透時間；穩(wěn)定性

蠶絲是最早被開發(fā)的天然蛋白質(zhì)纖維之一，其主要含絲素和絲膠.蠶絲質(zhì)地柔軟，手感舒適、平滑，富有彈性，其主要成分含有18種對人體有益的氨基酸［1-2］.蠶絲的延展性非常好，文獻(xiàn)［3］認(rèn)為蠶絲好的延展性可能來源于其無定形區(qū)的伸展，但到目前為止還沒有確定的理論進(jìn)行解釋［4-5］.由于絲膠的光澤、柔軟性、舒適度、力學(xué)性能等均不如絲素蛋白，所以產(chǎn)業(yè)用蠶絲一般需要進(jìn)行脫膠［6-8］.近年來，蠶絲被應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生用品、生物技術(shù)、美容、能源利用等諸多方面，尤其在衛(wèi)生用品領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)價值［9-11］.由于蠶絲成本較高且力學(xué)性能較差，因此其常與雙組分皮芯結(jié)構(gòu)熱風(fēng)布（ES熱風(fēng)布或ES非織造布）復(fù)合.ES熱風(fēng)布是采用雙組分皮芯結(jié)構(gòu)纖維在熱風(fēng)工藝條件下制得的非織造材料.雙組分皮芯結(jié)構(gòu)纖維加熱后皮層熔點較低受熱先熔化，纖維之間接觸點及交叉點相互黏結(jié)，而芯層熔點較高，不發(fā)生熔融，起到骨架作用，從而賦予熱風(fēng)布一定的強(qiáng)力［12］.熱風(fēng)工藝制成的非織造材料具有低溫加工性、無毒無刺激性、輕量化、價格低廉等特點［13］.

本文將蠶絲纖網(wǎng)與ES熱風(fēng)布通過水刺加固，開發(fā)手感柔軟、舒適、無化學(xué)黏合劑、透氣性好的包覆材料.由于精煉后的蠶絲主體成分為吸水性差的絲素，并且ES纖維大分子結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度較高，親水性基團(tuán)缺乏，故其親水性較差，不能滿足衛(wèi)生用品領(lǐng)域?qū)ξ鼭裥缘囊?，因此，必須對其進(jìn)行親水整理.雖然對聚丙烯非織造布、ES熱風(fēng)布等親水整理工藝的研究較多，但是關(guān)于蠶絲／ES非織造布的親水整理的完整工藝研究還較少見.為此，本文研究蠶絲／ES復(fù)合非織造布的親水整理工藝，以液體穿透時間作為親水效果的主要指標(biāo)，著重探討其影響因素，尋找最優(yōu)的參數(shù).

1 實 驗

1.1 實驗材料及設(shè)備

（1）試樣.通過水刺加固獲得面密度為32 g／m2的蠶絲／ES非織造布試樣，其中，試樣上層為未加固蠶絲梳理纖網(wǎng)，面密度為12 g／m2，下層為ES熱風(fēng)布，面密度為20 g／m2（材料來自恒安集團(tuán)），采用水刺道數(shù)為4道，水刺壓力分別為3，4，4，5 MPa.

（2）親水劑.由于蠶絲／ES非織造材料作為包覆材料與人體皮膚直接接觸，選擇刺激性最小的非離子型表面活性劑.本文采用浙江傳化股份有限公司TF 629型親水劑，該親水劑外觀為黃色黏稠液體，其體積分?jǐn)?shù)為0.1%的水溶液的p H值為5.0～7.0，親膚性好，滑爽性佳，不刺激，能提供長效的親水性能，多次滲透且穿透時間小于5 s，表面張力低.

（3）親水整理設(shè)備.PA-1型小軋車（南通寶來紡織設(shè)備有限公司），DGG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司）.

（4）測試儀器與溶液.YG 814D型穿透儀（溫州方圓儀器有限公司）、模擬嬰兒負(fù)荷（SBW）、標(biāo)準(zhǔn)濾紙（尺寸為100 mm×100 mm）、精密電子天平、5 m L移液管.

1.2 親水整理工藝

（1）親水劑的配置.在室溫（25℃）下，往油槽中注入計量好的去離子水（水質(zhì)要求：SiO2質(zhì)量濃度小于0.08 mg／L，電導(dǎo)率小于1μS／cm），邊慢慢攪拌，邊將經(jīng)計量的原油慢慢注入，然后再慢慢攪拌30 min；

（2）設(shè)定小軋機(jī)壓輥兩端壓力為0.2 MPa，壓輥轉(zhuǎn)速為20 r／min；

（3）在室溫下，將親水整理劑配置成不同體積分?jǐn)?shù)的溶液，浸漬試樣，浸漬時間為3 min，將浸透的試樣依次軋去多余液體；

（4）浸漬后的試樣放入熱風(fēng)烘箱中，設(shè)置不同的烘干溫度、烘干時間；

（5）調(diào)濕24 h.

1.3 單次穿透時間與多次穿透時間的測試

液體穿透時間是指一定量的液體流到鋪在標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上的非織造布包覆材料表面，穿透包覆材料所需的時間.根據(jù)GB／T 24218.8—2010的測試方法，在125 mm×125 mm底板上放5片標(biāo)準(zhǔn)濾紙，將試樣放在濾紙上，取5 m L模擬尿液，注入到穿透儀漏斗中，啟動儀器進(jìn)行測試，記錄液體穿透試樣所需的時間，同一樣品在縱向取10個不同試樣進(jìn)行測試，取平均值，即得單次液體穿透時間（以下簡稱穿透時間）.

根據(jù)GB／T 24218.13—2010的測試方法，可以通過測試試樣多次穿透時間來評價親水劑的耐遷移性與穩(wěn)定性.在穿透儀的底板上放置10片濾紙，將試樣放置在濾紙上，然后將5 m L模擬尿液注入穿透儀漏斗中，記錄第1次穿透時間，每隔60 s往漏斗中再加入5 m L模擬尿液，重復(fù)以上操作.如果3次穿透時間的總和小于20 s，則認(rèn)為親水劑耐久性與穩(wěn)定性達(dá)到要求.

1.4 測試標(biāo)準(zhǔn)

（1）非織造布透水性能測試.參照 GB／T 24218.8—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第8部分：液體穿透時間的測定（模擬尿液）》；參照GB／T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第13部分：液體多次穿透時間的測定》.

（2）非織造布強(qiáng)度測試.參照GB／T 24218.3—2010《紡織品非織造布試驗方法 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》.

（3）非織造布透氣性能測試.參照 GB／T 5453—1997《紡織品 透氣性的測定》.

2 結(jié)果與討論

2.1 烘干時間對穿透時間的影響

當(dāng)浸漬溫度為25℃、烘干溫度為70℃、親水劑體積分?jǐn)?shù)為1%時，蠶絲／ES非織造布液體穿透時間隨烘干時間的變化如圖1所示.由圖1可以看出，當(dāng)烘干時間小于5 min時，穿透時間隨著烘干時間的延長而逐漸減?。缓娓蓵r間為1 min時，穿透時間的標(biāo)準(zhǔn)差最大；當(dāng)烘干時間為5 min時，穿透時間最短且標(biāo)準(zhǔn)偏差最低；隨著烘干時間的繼續(xù)增加，液體穿透時間變大.這是因為烘干時間過短，在烘干溫度一定的條件下，非織造布上水分蒸發(fā)不完全，親水劑可能會吸附未被完全蒸發(fā)的水分子，因而提前占據(jù)非織造布纖維的部分間隙，導(dǎo)致部分液體不能快速通過毛細(xì)作用進(jìn)入試樣，穿透時間增加；但烘干時間過長，試樣會略有皺縮現(xiàn)象，蠶絲／ES非織造布纖維間隙會產(chǎn)生一定的縮小，減少了水分子的進(jìn)入空間，導(dǎo)致穿透時間延長.

圖1 穿透時間隨烘干時間的變化Fig.1 Relationship between strike-through time and drying time

2.2 烘干溫度對穿透時間的影響

在浸漬溫度為25℃、親水劑體積分?jǐn)?shù)為1%、烘干時間為9 min時，蠶絲／ES非織造布液體穿透時間隨烘干溫度的變化如圖2所示.由圖2可以看出，隨著烘干溫度的升高，穿透時間逐漸降低，當(dāng)烘干溫度為70℃時，穿透時間達(dá)到最小且標(biāo)準(zhǔn)偏差最低；之后隨著烘干溫度的繼續(xù)升高，穿透時間略有增大，當(dāng)溫度由90℃升到110℃時，穿透時間由2.09 s升至3.71 s，超過3 s，不符合非織造包覆材料行業(yè)要求；當(dāng)烘干溫度超過120℃時，試樣會出現(xiàn)發(fā)硬、蠶絲變黃的現(xiàn)象.這是因為親油基團(tuán)通過色散力被吸附于蠶絲／ES非織造材料表面，色散力不但存在于非極性分子間，而且存在于極性與非極性分子間［14］.在烘干溫度較低時，水分子作為極性分子存在，部分水分子通過色散力吸附在非織造布表面，占據(jù)一部分親油基的位置，影響親水劑的親油基團(tuán)緊密地固著在試樣上，由于親水劑一端為親油基，一端為親水基，因而也就影響了親水基團(tuán)緊密排列，從而延長了試樣的穿透時間［15］.隨著烘干溫度的升高，水分的蒸發(fā)速度加快，水分被完全蒸發(fā)，親水基團(tuán)緊密排列，在非織造布表面形成致密的親水膜，穿透時間減小；但是當(dāng)溫度繼續(xù)升高，水分的蒸發(fā)速度過快，可能會引起蠶絲中的絲素蛋白變性，理化性質(zhì)發(fā)生改變，有些原來存在于分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)由于結(jié)構(gòu)松散而暴露出來，影響液體穿透，穿透時間反而增加.

圖2 穿透時間隨烘干溫度的變化Fig.2 Relationship between strike-through time and drying temperature

2.3 親水劑體積分?jǐn)?shù)對穿透時間的影響

當(dāng)浸漬溫度為25℃、烘干溫度為70℃、烘干時間為3 min時，蠶絲／ES非織造布液體穿透時間隨親水劑體積分?jǐn)?shù)的變化如圖3所示.

圖3 穿透時間隨親水劑體積分?jǐn)?shù)的變化Fig.3 Relationship between strike-through time and volume fraction of hydrophilic agent

從圖3可以明顯看出，當(dāng)親水劑體積分?jǐn)?shù)小于1%時，穿透時間隨親水劑體積分?jǐn)?shù)的增大有較大幅度的降低；親水劑體積分?jǐn)?shù)為1%時，穿透時間最短；繼續(xù)增加親水劑體積分?jǐn)?shù)，穿透時間反而略有增加.這是因為當(dāng)親水劑體積分?jǐn)?shù)為1%時，親水劑的疏水基團(tuán)與疏水性的蠶絲／ES非織造布結(jié)合，其親水基團(tuán)朝向空氣中，會在蠶絲／ES非織造布表面形成一層致密而均勻的親水膜，從而穿透時間可達(dá)到最短.而當(dāng)親水劑體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增大，會在已經(jīng)形成的致密親水膜上繼續(xù)吸附第二層、第三層甚至多層親水劑.雖然親水膜層覆蓋在非織造布表面，但是朝向空氣的親水基團(tuán)數(shù)量沒有增加，反而是親水膜的厚度有所增加，液體穿過非織造布的路徑變長，穿透時間略有增加.包覆材料穿透時間的行業(yè)要求為小于3 s，由圖3可以看出，親水劑體積分?jǐn)?shù)大于0.3%時，穿透時間均小于3 s，滿足要求.

2.4 親水劑在蠶絲／ES非織造布中的穩(wěn)定性

不同親水劑體積分?jǐn)?shù)下蠶絲／ES非織造布的多次穿透時間測試結(jié)果如表1所示.從表1可知，在本文所測試的5種不同親水劑體積分?jǐn)?shù)下，試樣的3次穿透時間總和均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于20 s，表明TF 629型親水劑在蠶絲／ES非織造布中穩(wěn)定性與耐遷移性較好.

表1 試樣多次穿透時間測試結(jié)果Table 1 Test results of repeated strike-through time

2.5 蠶絲／ES親水整理前后的性能

選擇親水劑體積分?jǐn)?shù)為1%、烘干溫度為70℃、烘干時間為5 min，對蠶絲／ES非織造布進(jìn)行親水整理，對整理前后非織造布的性能進(jìn)行比較，結(jié)果如表2和3所示.

表2 整理前后蠶絲／ES非織造布透水性能比較Table 2 Permeable performance of silk／ES nonwovens before and after finishing

其中上油率的計算式為

上油率（%）＝（上液后試樣烘干調(diào)濕后的質(zhì)量-試樣上液前的質(zhì)量）／試樣上液前的質(zhì)量×100%

由表2可以看出，必須對蠶絲／ES非織造布進(jìn)行親水整理，其穿透時間才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且整理后其親水性能得到很大改善.

由表3可以看出，整理后試樣的透氣量因非織造布親水性提高而提高；試樣的彎曲剛度與彎曲滯后量減小，表明整理后試樣的柔軟性有所增加；整理后試樣的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率略有下降，但滿足FZ／T 64012.2—2001的要求.

3 結(jié) 語

（1）TF 629型親水劑適用于蠶絲／ES非織造布的親水后整理.親水整理劑的最佳整理工藝條件：整理劑體積分?jǐn)?shù)為1%、烘干溫度為70℃、烘干時間為5 min.

（2）經(jīng)TF 629型親水劑親水整理后，蠶絲／ES非織造布的3次液體穿透時間之和遠(yuǎn)小于20 s，親水劑在蠶絲／ES非織造布中具有很好的穩(wěn)定性和耐遷移性.

（3）經(jīng)親水整理后，蠶絲／ES非織造布的透水性得到顯著的改善，液體穿透時間由50.32 s下降到1.59 s，柔軟性與透氣性均得到改善，力學(xué)性能雖略有下降，但仍能滿足應(yīng)用要求.

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Hydrophilic Finishing of Silk／ES Nonwovens

CHEN Jing-jing，WUHai-bo

（Engineering Research Center of Technical Textiles，Ministry of Education，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The hydrophilic finishing process of hydrophilic agent TF 629 on silk／ES（ethylene-propylene side by side）nonwoven fabric is studied，factors which influence on the liquid strike-through time are discussed，and the optimal parameters are confirmed.The results show that the finishing agent concentration is 1%，drying temperature is 70℃，and drying time is 5 min，the best liquid strike-through time is obtained.In addition，the stability and resistance of the hydrophilic agent in non-woven fabrics is good.After hydrophilic finishing process，the softness and breathability of the silk／ES nonwoven fabrics are improved，the tensile properties fall slightly，but it is still good for application.

silk；hydrophilic finishing；nonwovens；liquid strike-through time；stability

TS 174.3

A

2014-06-03

陳晶晶（1989—），女，江蘇泰州人，碩士研究生，研究方向為衛(wèi)生用包覆材料生產(chǎn)工藝及后整理.E-mail：jing＿chen1989＠126.com

吳海波（聯(lián)系人），男，高級工程師，E-mail：hbwu＠dhu.edu.cn

1671-0444（2015）05-0615-05