凹凸褶皺型純棉水刺非織造布的制備工藝研究*

嘉興學院材料與紡織工程學院， 浙江 嘉興 314001

采用印花樹脂法，對純棉水刺非織造布局部加以拒水劑整理，然后將拒水整理后的純棉水刺非織造布浸軋于氫氧化鈉溶液中，再經堆置和松式洗烘，得到布身呈凹凸褶皺狀的純棉水刺非織造布[1]。其原理是利用棉纖維在堿液處理時膨化、在松式洗烘后發生收縮的特性，純棉水刺非織造布上未印有拒水劑的部分會受氫氧化鈉的作用而收縮，而印有拒水劑的部分則可免受氫氧化鈉的堿縮作用。拒水整理工藝實施后，整理劑會與纖維形成化學結合并牢固地附著于纖維表面，故純棉水刺非織造布的透氣性會有所下降，但因水刺非織造布中有孔洞的存在，局部拒水整理后的純棉水刺非織造布仍會保持著良好的透氣性[2]。因此，最終獲得的凹凸褶皺型純棉水刺非織造布在具有天然棉纖維特性的同時，還具備良好的吸液性、蓬松性、單向導濕性(如某些特定工藝的產品)等，產品可用于面膜和衛生護理用品等領域。

本文將對具有最佳效果的凹凸褶皺型純棉水刺非織造布的制備工藝進行試驗性研究。

1 試驗

1.1 試驗材料

純棉水刺非織造布，面密度為60 g/m2，常熟永得利水刺無紡布有限公司提供；SG-5有機硅拒水劑，嘉興華晟助劑工業有限公司提供；氫氧化鈉(AR)(氫氧化鈉質量分數為96.0%)，西隴科技股份有限公司提供。

1.2 試驗儀器

YG461D數字式織物透氣儀、FY908柔軟度測定儀、FY101A-II電熱恒溫鼓風烘箱、YG026H-50電子強力機、YG141N型數字式織物厚度儀等。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣制備

純棉水刺非織造布局部區域先用SG-5有機硅拒水劑處理成條紋狀，自然晾干，再浸軋氫氧化鈉溶液，在松式環境下堆置一定時間，最后用清水洗凈再用烘箱烘干，得到凹凸褶皺型純棉水刺非織造布試樣。其中，在試樣的制備過程中，氫氧化鈉用量是主要的影響因素。文獻[3]已就氫氧化鈉用量進行了論述，故本文確定選取的氫氧化鈉質量濃度在250～300 g/L。

下文將以該制備工藝為基礎，應用正交設計試驗法，確定主要的工藝參數及范圍，并驗證優化結果。

1.3.2 性能指標

力學性能測試參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》進行；厚度測試參照GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第2部分：厚度的測定》進行；透氣性測試參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行。每個試樣測試5次，其中力學性能測試為縱橫向各5個測試結果，最終結果取平均值。

2 測試結果與討論

2.1 正交設計結果與分析

以氫氧化鈉質量濃度、溫度、堆置時間為3因素，且不考慮3因素間的交互作用，每個因素取3個水平，選取正交表L9(34)設計正交試驗[4]，測試制備的9組試樣的斷裂強力、透氣量、柔軟度和保水率，并通過極差分析評價制備的凹凸褶皺型純棉水刺非織造布，找到最優工藝。表1為各因素水平選取表，表2為正交設計與試驗結果，表3為試驗結果的分析。

表1 各因素水平選取表

表2 正交設計與試驗結果

表3 試驗結果分析

若此凹凸褶皺型純棉水刺非織造布用于制作面膜，則以吸液率、斷裂強力和透氣量越大越好，柔軟度和1 h 液體蒸發率越小越好。從表3可以看出：若以透氣量為單一評價指標，選擇最優方案為A2B3C1，即氫氧化鈉質量濃度300 g/L、溫度50 ℃、堆置時間4 min；若以柔軟度為單一評價指標，選擇最優方案為A2B1C3，即氫氧化鈉質量濃度300 g/L、溫度30 ℃、堆置時間12 min；若以1 h液體蒸發率為單一評價指標，選擇最優方案為A1B2C2，即氫氧化鈉質量濃度250 g/L、溫度40 ℃、堆置時間8 min；若以吸液率為單一評價指標，選擇最優方案為A2B3C2，即氫氧化鈉質量濃度300 g/L、溫度50 ℃、堆置時間8 min；若以橫向斷裂強力為單一評價指標，選擇最優方案為A3B1C2，即氫氧化鈉質量濃度350 g/L、溫度30 ℃、堆置時間8 min；若以縱向斷裂強力為單一評價指標，選擇最優方案為A1B1C2，即氫氧化鈉質量濃度為250 g/L、溫度30 ℃、堆置時間8 min。

因此，從縱橫向斷裂強力、透氣量、吸液率、柔軟度和1 h液體蒸發率等因素綜合考慮，確定最優方案為A2B1C2，即對局部拒水劑整理的純棉水刺非織造布進行堿處理，當氫氧化鈉質量濃度為300 g/L、溫度為30 ℃、堆置時間為8 min時，所得試樣的綜合性能較為優異，是較理想的凹凸褶皺風格產品。

2.2 產品性能對比分析

將篩選出的最優方案對局部拒水整理的純棉水刺非織造布試樣進行堿處理，并與未經堿處理的試樣進行性能對比分析。

2.2.1 物理力學性能

堿處理前后試樣物理力學性能測試結果見表4。

表4 堿處理前后試樣的物理力學性能

從表4可以看出，試樣經堿處理后其柔軟度有所下降，斷裂強力和斷裂伸長率在縱橫向上都表現出明顯的增強。主要原因是，堿處理后，除拒水劑整理的區域沒有發生變化外，試樣其他區域均產生了收縮，尺寸變小、厚度增加，纖維之間纏結更緊密。加之，非織造材料的斷裂強力與纖維自身強力及其纏結程度密切相關[5]，故在纖維自身強力變化不大的情況下，局部拒水整理的純棉水刺非織造布的縱橫向斷裂強力均會隨著纖維之間纏結程度的增加而增加，但柔軟度和透氣量有一定程度的減小。

2.2.2 吸液性及保水性

測試方法及步驟：將大小相等的、堿處理前后的、局部拒水整理的純棉水刺非織造布試樣在相對濕度為65%、溫度為25～27 ℃的環境中平衡2 h，然后稱取試樣質量，記錄數據為吸水前試樣質量；再將試樣完全浸沒在水里，用網兜撈出并懸掛至不再滴液時進行質量稱取，記錄數據為吸水后試樣質量；再將試樣放置在同等環境下，1 h后稱量其質量，計算其1 h液體蒸發率；2 h后稱量其質量，計算其2 h液體蒸發率；3 h后以同樣方法計算其3 h液體蒸發率。

吸液率與液體蒸發率按式(1)～式(4)計算，測試及計算結果見表5。

吸液率% (1)

從表5可以看出，堿處理后的試樣的吸液率有一定程度的增加。主要原因在于，材料的吸液率與其接觸液體的面積和自身孔隙有關。堿處理后的試樣發生了收縮，厚度增加，導致纖維之間孔隙率增加，這增大了可吸液的面積，使堿處理后的試樣對液體具有良好的吸收性能。此外，從表5還可以看出，堿處理后試樣的2 h液體蒸發率和3 h液體蒸發率均小于堿處理前試樣相應的液體蒸發率，這進一步說明在堿縮的作用下，眾多的孔隙率對非織造布的保水性有一定程度的改進，堿處理后試樣具有較好的保濕性。

2.2.3 尺寸穩定性及質量變化

尺寸穩定性表示非織造布在使用過程中，受濕、熱、洗滌或溶液浸漬作用而產生的尺寸變化，通常也稱為收縮性[6]。

測試方法：試樣尺寸取35.00 cm×35.00 cm，測量并記錄堿處理前后局部拒水整理的純棉水刺非織造布試樣的尺寸及質量。尺寸穩定性指標——收縮率按式(5)計算，結果見表6。

(5)

表6 試樣縱橫向收縮率及質量變化結果

如表6所示：堿處理后試樣質量都有所增加，說明堿液有部分殘留；縱橫向收縮都較為劇烈，且縱向收縮率明顯大于橫向收縮率，這與表4中試樣的縱橫向斷裂強力(即縱向斷裂強力大于橫向斷裂強力)相對應。

3 結論

經拒水劑局部整理和高濃度氫氧化鈉溶液處理后，純棉水刺非織造布在吸液性、保水性、厚度、尺寸

穩定性及斷裂強力等方面有較大改善。且當氫氧化鈉質量濃度為300 g/L、溫度為30 ℃、堆置時間為8 min時，可獲得良好吸濕保濕且具有美觀效果的凹凸褶皺型純棉水刺非織造布。

[1] 蔡再生.染整概論[M].2版.北京：中國紡織出版社，2008：207-209.

[2] 潘虹，李建強，周曉潔.純棉水刺非織造材料單向導濕性能研究[J].非織造布，2012(4)：58-61.

[3] 吳少新.純棉泡泡紗產品的開發[J].針織工業，2003(1)：75-76.

[4] 王頡.試驗設計與SPSS應用[M].北京：化學工業出版社，2007.

[5] 于偉東.紡織材料學[M].北京：中國紡織出版社，2006：13-26.

[6] 郭秉臣.非織造布的性能與測試[M].北京：中國紡織出版社，2007：136-137.