凹凸褶皺型純棉水刺非織造布的制備工藝研究*

嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院， 浙江 嘉興 314001

采用印花樹(shù)脂法，對(duì)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(jīng)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(shí)膨化、在松式洗烘后發(fā)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(huì)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(shí)施后，整理劑會(huì)與纖維形成化學(xué)結(jié)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(huì)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(huì)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(shí)，還具備良好的吸液性、蓬松性、單向?qū)裥?如某些特定工藝的產(chǎn)品)等，產(chǎn)品可用于面膜和衛(wèi)生護(hù)理用品等領(lǐng)域。

本文將對(duì)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(jìn)行試驗(yàn)性研究。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)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(wú)紡布有限公司提供；SG-5有機(jī)硅拒水劑，嘉興華晟助劑工業(yè)有限公司提供；氫氧化鈉(AR)(氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96.0%)，西隴科技股份有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)儀器

YG461D數(shù)字式織物透氣儀、FY908柔軟度測(cè)定儀、FY101A-II電熱恒溫鼓風(fēng)烘箱、YG026H-50電子強(qiáng)力機(jī)、YG141N型數(shù)字式織物厚度儀等。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試樣制備

純棉水刺非織造布局部區(qū)域先用SG-5有機(jī)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(huán)境下堆置一定時(shí)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(guò)程中，氫氧化鈉用量是主要的影響因素。文獻(xiàn)[3]已就氫氧化鈉用量進(jìn)行了論述，故本文確定選取的氫氧化鈉質(zhì)量濃度在250～300 g/L。

下文將以該制備工藝為基礎(chǔ)，應(yīng)用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)法，確定主要的工藝參數(shù)及范圍，并驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。

1.3.2 性能指標(biāo)

力學(xué)性能測(cè)試參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》進(jìn)行；厚度測(cè)試參照GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第2部分：厚度的測(cè)定》進(jìn)行；透氣性測(cè)試參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》進(jìn)行。每個(gè)試樣測(cè)試5次，其中力學(xué)性能測(cè)試為縱橫向各5個(gè)測(cè)試結(jié)果，最終結(jié)果取平均值。

2 測(cè)試結(jié)果與討論

2.1 正交設(shè)計(jì)結(jié)果與分析

以氫氧化鈉質(zhì)量濃度、溫度、堆置時(shí)間為3因素，且不考慮3因素間的交互作用，每個(gè)因素取3個(gè)水平，選取正交表L9(34)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)[4]，測(cè)試制備的9組試樣的斷裂強(qiáng)力、透氣量、柔軟度和保水率，并通過(guò)極差分析評(píng)價(jià)制備的凹凸褶皺型純棉水刺非織造布，找到最優(yōu)工藝。表1為各因素水平選取表，表2為正交設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果，表3為試驗(yàn)結(jié)果的分析。

表1 各因素水平選取表

表2 正交設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果

表3 試驗(yàn)結(jié)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(qiáng)力和透氣量越大越好，柔軟度和1 h 液體蒸發(fā)率越小越好。從表3可以看出：若以透氣量為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A2B3C1，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度300 g/L、溫度50 ℃、堆置時(shí)間4 min；若以柔軟度為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A2B1C3，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度300 g/L、溫度30 ℃、堆置時(shí)間12 min；若以1 h液體蒸發(fā)率為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A1B2C2，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度250 g/L、溫度40 ℃、堆置時(shí)間8 min；若以吸液率為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A2B3C2，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度300 g/L、溫度50 ℃、堆置時(shí)間8 min；若以橫向斷裂強(qiáng)力為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A3B1C2，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度350 g/L、溫度30 ℃、堆置時(shí)間8 min；若以縱向斷裂強(qiáng)力為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇最優(yōu)方案為A1B1C2，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度為250 g/L、溫度30 ℃、堆置時(shí)間8 min。

因此，從縱橫向斷裂強(qiáng)力、透氣量、吸液率、柔軟度和1 h液體蒸發(fā)率等因素綜合考慮，確定最優(yōu)方案為A2B1C2，即對(duì)局部拒水劑整理的純棉水刺非織造布進(jìn)行堿處理，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為300 g/L、溫度為30 ℃、堆置時(shí)間為8 min時(shí)，所得試樣的綜合性能較為優(yōu)異，是較理想的凹凸褶皺風(fēng)格產(chǎn)品。

2.2 產(chǎn)品性能對(duì)比分析

將篩選出的最優(yōu)方案對(duì)局部拒水整理的純棉水刺非織造布試樣進(jìn)行堿處理，并與未經(jīng)堿處理的試樣進(jìn)行性能對(duì)比分析。

2.2.1 物理力學(xué)性能

堿處理前后試樣物理力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 堿處理前后試樣的物理力學(xué)性能

從表4可以看出，試樣經(jīng)堿處理后其柔軟度有所下降，斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率在縱橫向上都表現(xiàn)出明顯的增強(qiáng)。主要原因是，堿處理后，除拒水劑整理的區(qū)域沒(méi)有發(fā)生變化外，試樣其他區(qū)域均產(chǎn)生了收縮，尺寸變小、厚度增加，纖維之間纏結(jié)更緊密。加之，非織造材料的斷裂強(qiáng)力與纖維自身強(qiáng)力及其纏結(jié)程度密切相關(guān)[5]，故在纖維自身強(qiáng)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(qiáng)力均會(huì)隨著纖維之間纏結(jié)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(cè)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(duì)濕度為65%、溫度為25～27 ℃的環(huán)境中平衡2 h，然后稱取試樣質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)為吸水前試樣質(zhì)量；再將試樣完全浸沒(méi)在水里，用網(wǎng)兜撈出并懸掛至不再滴液時(shí)進(jìn)行質(zhì)量稱取，記錄數(shù)據(jù)為吸水后試樣質(zhì)量；再將試樣放置在同等環(huán)境下，1 h后稱量其質(zhì)量，計(jì)算其1 h液體蒸發(fā)率；2 h后稱量其質(zhì)量，計(jì)算其2 h液體蒸發(fā)率；3 h后以同樣方法計(jì)算其3 h液體蒸發(fā)率。

吸液率與液體蒸發(fā)率按式(1)～式(4)計(jì)算，測(cè)試及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(guān)。堿處理后的試樣發(fā)生了收縮，厚度增加，導(dǎo)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(duì)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(fā)率和3 h液體蒸發(fā)率均小于堿處理前試樣相應(yīng)的液體蒸發(fā)率，這進(jìn)一步說(shuō)明在堿縮的作用下，眾多的孔隙率對(duì)非織造布的保水性有一定程度的改進(jìn)，堿處理后試樣具有較好的保濕性。

2.2.3 尺寸穩(wěn)定性及質(zhì)量變化

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

測(cè)試方法：試樣尺寸取35.00 cm×35.00 cm，測(cè)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(zhì)量。尺寸穩(wěn)定性指標(biāo)——收縮率按式(5)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

(5)

表6 試樣縱橫向收縮率及質(zhì)量變化結(jié)果

如表6所示：堿處理后試樣質(zhì)量都有所增加，說(shuō)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(qiáng)力(即縱向斷裂強(qiáng)力大于橫向斷裂強(qiáng)力)相對(duì)應(yīng)。

3 結(jié)論

經(jīng)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(wěn)定性及斷裂強(qiáng)力等方面有較大改善。且當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為300 g/L、溫度為30 ℃、堆置時(shí)間為8 min時(shí)，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。

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