超吸水聚酯纖維面膜基布的制備與性能研究

東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620

面膜作為一種具有保濕、美白和毛孔清潔等多種功效的護(hù)膚，現(xiàn)已成為消費(fèi)者皮膚護(hù)理的首選，其覆蓋于面部使用，以助于所含的液體成分滲入肌膚。目前，市場上的面膜根據(jù)形狀可分為3類，即膏狀、泥狀和片狀[1]。其中，由精華液和面膜紙或面膜基布組成的片狀面膜最為常見。大約70%的片狀面膜使用非織造布特別是水刺非織造布作為基布[2]。這是因?yàn)樗谭强椩觳际指腥彳洠瑥?qiáng)度高，透氣性能和吸濕性能均優(yōu)于其他加固工藝生產(chǎn)的非織造布[3]。

面膜基布的性能評價(jià)主要從拉伸性能、柔軟性能、透氣性能、透濕性能及吸液性能、保液性能等方面展開[4]。因此，面膜基布的原料選擇也非常重要。常見的面膜基布用纖維以天然纖維素纖維(如棉纖維)或再生纖維素纖維(如黏膠纖維)為主。但天然纖維素纖維因直徑和長度分布不勻易導(dǎo)致成網(wǎng)不勻，再生纖維素纖維成本較高，且濕態(tài)下以天然纖維素纖維或再生纖維素纖維為原料的非織造布的力學(xué)性能還會有所下降。盡管可通過與普通聚酯纖維混紡的方式改善以天然纖維素纖維或再生纖維素纖維為原料的非織造布的強(qiáng)力，但產(chǎn)品的吸水性能又會受到影響。這些都限制了天然纖維素纖維和再生纖維素纖維在面膜中的使用。

近年來，新開發(fā)的親水性聚酯纖維在醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，它們能在保持纖維強(qiáng)力的基礎(chǔ)上大大提高吸水性能[5]。本文將基于新型超吸水性聚酯纖維——熱塑性聚酯彈性體纖維(簡稱“TPEE纖維”)、黏膠纖維(簡稱“V纖維”)分別與普通聚酯纖維(簡稱“PET纖維”)混紡，制備水刺面膜基布，并對它們的性能進(jìn)行評價(jià)。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

V纖維(1.60 dtex×38.00 mm)和PET纖維(1.67 dtex×38.00 mm)，中國石化儀征化纖公司提供。TPEE纖維(2.67 dtex×38.00 mm)，江陰和創(chuàng)彈性體新材料科技有限公司提供，其由聚對苯二甲酸(PTA)和1, 4-丁二醇(BDO)在發(fā)生酯化反應(yīng)時(shí)加入多元醇復(fù)合，再通過熔融紡絲法紡制而成，紡絲溫度為250 ℃。

1.2 水刺面膜基布的制備

采用水刺加固工藝。纖維經(jīng)充分開松、梳理、鋪網(wǎng)、水刺、烘干后，得到干態(tài)水刺面膜基布，具體規(guī)格見表1。其中，面密度及厚度分別參照GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第1部分：單位面積質(zhì)量的測定》和GB/T 24218.2—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第2部分：厚度的測定》標(biāo)準(zhǔn)測量。

表1 干態(tài)水刺面膜基布的具體規(guī)格

1.3 性能測試及方法

1.3.1 表面形態(tài)

采用TM-300臺式掃描電子顯微鏡觀察纖維原料及干態(tài)水刺面膜基布的表面形態(tài)。

1.3.2 拉伸性能

參照GB/T 24218.3—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第3部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG028-500型拉伸儀，測量水刺面膜基布干濕狀態(tài)下的拉伸性能。

1.3.3 柔軟性能

采用KES織物風(fēng)格儀測量干態(tài)水刺面膜基布的抗彎剛度B，以表征材料抵抗彎曲變形的能力。具體測試方法：1)樣品正向彎曲，彎曲曲率變化從0.0至2.5再恢復(fù)至0.0，曲率勻速遞增；2)樣品反向彎曲，彎曲曲率變化從0.0至2.5再恢復(fù)至0.0，曲率勻速遞減。

1.3.4 透氣性能

參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》標(biāo)準(zhǔn)，利用YG461E型全自動(dòng)織物透氣儀，測量干態(tài)水刺面膜基布的透氣性能。

1.3.5 透濕性能

參照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》標(biāo)準(zhǔn)，采用正杯法，并根據(jù)式(1)計(jì)算干態(tài)水刺面膜基布的透濕量(WVT)：

(1)

式中：Δm是同一試驗(yàn)組合兩次稱得質(zhì)量之差，g；t是測試時(shí)間，h；S是試樣測試面積，m2。

1.3.6 液體吸收性能

參照GB/T 24218.6—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第6部分：吸收性的測定》標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下，測定干態(tài)水刺面膜基布經(jīng)規(guī)定時(shí)間后所吸收的液體最大質(zhì)量，即最大液體吸收量。

1.3.7 保液性能

保液性能目前沒有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)。本文根據(jù)面膜的使用時(shí)間在10～20 min這一特點(diǎn)展開測試。先將干態(tài)水刺面膜基布置于去離子水中2 min，取出后靜置1 min瀝干多余水分，稱量水刺面膜基布此刻的質(zhì)量m0；然后，將水刺面膜基布置于室溫(25 ℃)下放置20 min ，稱取其質(zhì)量M0。保水率(WR)按照式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

2 測試結(jié)果與討論

2.1 表面形態(tài)

圖1為TPEE纖維、V纖維和PET纖維的SEM照片，可以看出：(1)TPEE纖維和PET纖維表面光滑，V纖維表面溝槽較明顯；(2)TPEE纖維直徑明顯大于V纖維和PET纖維。綜上可知，TPEE纖維不是通過改變表面結(jié)構(gòu)來提高吸水性能的。

(a) TPEE纖維

(b) V纖維

(c) PET纖維

圖2以TPEE/PET(50/50)和 V/PET(50/50)為例，展示了干態(tài)水刺面膜基布的SEM照片。其中，圖2(a)中較細(xì)的PET纖維穿插、纏結(jié)在較粗的TPEE纖維周圍，它們相互纏結(jié)、抱合，圖2(b)中光滑的PET纖維也與帶有溝槽的V纖維相互穿插、纏結(jié)在一起。由圖2可以看出：纖維都沿一個(gè)方向呈束狀排列，這與前期采用平行鋪網(wǎng)的加工方式有關(guān)；纖維混合都較均勻，且纏結(jié)效果較好，纖網(wǎng)網(wǎng)孔清晰。

(a) TPEE/PET(50/50)

(b) V/PET (50/50)

2.2 拉伸性能

圖3為水刺面膜基布試樣在干濕狀態(tài)下的縱橫向拉伸斷裂強(qiáng)力。

(a) 干態(tài)縱向

(b) 干態(tài)橫向

(c) 濕態(tài)縱向

(d) 濕態(tài)橫向

從圖3可以看出：

(1) 無論干態(tài)還是濕態(tài)，隨著TPEE纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少，TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)TPEE纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，TPEE/PET水刺面膜基布中吸水性纖維最多，水刺時(shí)滯留的水量最多，這會導(dǎo)致水射流能量分散，不利于纖維纏結(jié)，故TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力偏小。當(dāng)TPEE纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到30%時(shí)，吸水性差的PET纖維增多，這也不利于水刺加固，故TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力下降。而干濕狀態(tài)的V/PET水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力隨V纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的減少而變化規(guī)律不明顯。

(2) 濕態(tài)水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力較干態(tài)都有所下降。表2為TPEE纖維和V纖維干濕狀態(tài)的拉伸性能數(shù)據(jù)，可知濕態(tài)的TPEE纖維與V纖維的斷裂強(qiáng)力均有所下降，這導(dǎo)致纖維間抱合力下降，故濕態(tài)水刺面膜基布試樣的拉伸斷裂強(qiáng)力較干態(tài)有所下降。

表2 纖維拉伸性能

(3) 由表2可知，V纖維的斷裂強(qiáng)力始終低于TPEE纖維，且V纖維的濕態(tài)強(qiáng)力下降更明顯，故無論干態(tài)還是濕態(tài)，面密度和質(zhì)量配比相同的水刺面膜基布，TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸斷裂強(qiáng)力始終大于V/PET水刺面膜基布。

(4) 相同狀態(tài)的水刺面膜基布，其縱向拉伸斷裂強(qiáng)力均明顯大于橫向，這與采用平行的鋪網(wǎng)方式有關(guān)，水刺面膜基布各向異性差異較大。

2.3 柔軟性能

觸感柔軟舒適是面膜的性能要求之一。圖4反映了干態(tài)水刺面膜基布的柔軟性能。

圖4 抗彎剛度-質(zhì)量配比變化曲線

從圖4可以看出：

(1) 隨著TPEE纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，TPEE/PET水刺面膜基布的抗彎剛度B在減小。由表1可知，對于相同面密度的水刺面膜基布，TPEE纖維或V纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，水刺面膜基布的厚度減小，故抗彎剛度減小，柔軟性能提高。而當(dāng)水刺面膜基布中疏水性的PET纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，水刺面膜基布的厚度增加，再加上PET纖維自身卷曲率低，故水刺時(shí)纏結(jié)不夠緊密，柔軟性降低。

(2) 對于纖維原料相同的水刺面膜基布，面密度增加，厚度增加，抗彎剛度隨之增加，柔軟性變差，手感變硬。

(3) 對于纖維原料不同的水刺面膜基布，面密度相同時(shí)，TPEE/PET水刺面膜基布的厚度小于V/PET水刺面膜基布，故前者抗彎剛度小，柔軟性好。

2.4 透氣性能

水刺面膜基布的透氣性取決于纖維間的孔隙數(shù)量、纖維的性質(zhì)及材料的結(jié)構(gòu)。圖5反映了干態(tài)水刺面膜基布的透氣性能。

圖5 試樣的透氣量

從圖5可以看出：

(1) 纖維原料與質(zhì)量配比相同時(shí)，水刺面膜基布的透氣量隨面密度的增加而降低。這是因?yàn)楫?dāng)面密度較小時(shí)，纖網(wǎng)較薄，故氣體通過時(shí)受到的阻力較小，透氣量較高。

(2) 面密度相同時(shí)，隨著TPEE纖維或V纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水刺面膜基布的厚度在減小，孔徑增大，透氣量增加。

(3) 質(zhì)量配比相同時(shí)，TPEE/PET水刺面膜基布的透氣量幾乎總是大于V/PET水刺面膜基布。于暉[6]研究表明，當(dāng)纖維長度、水刺工藝參數(shù)及面密度相同時(shí)，纖維的線密度越小，則水刺時(shí)纖維纏結(jié)越緊密，孔隙及孔隙率越小。TPEE纖維的線密度大于V纖維，故V/PET水刺面膜基布的纏結(jié)更緊密，透氣性能差。

2.5 透濕性能

圖6反映了干態(tài)水刺面膜基布的透濕性能。

圖6 試樣的透濕量

從圖6可以看出：

(1) TPEE/PET水刺面膜基布的WVT隨TPEE纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加，其原因主要在于TPEE纖維較粗，制成的水刺面膜基布厚度偏小，這有助于水分子通過。V/PET水刺面膜基布的WVT隨V纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低，這是因?yàn)橛H水性V纖維的增加使得水刺過程中纖維更容易纏結(jié)，基布孔隙率降低[7-8]。

(2) 質(zhì)量配比相同時(shí)，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的透濕量隨著面密度的增加而減小，這是因?yàn)槊婷芏仍黾?，厚度增加，纖維間孔隙減小，水分子透過受阻。

(3) 質(zhì)量配比和面密度相同時(shí)，TPEE/PET水刺面膜基布的WVT幾乎都高于V/PET水刺面膜基布。這主要與質(zhì)量配比和面密度相同時(shí)，V/PET水刺面膜基布的厚度都是大于TPEE/PET水刺面膜基布的厚度有關(guān)，前者水分子通過的路徑更長，加之前者的孔隙大小及數(shù)量減少，故前者透濕性能較差。

2.6 液體吸收性能

影響液體吸收性能的因素有纖維組分、織物厚度等[9]。鑒于人們使用面膜時(shí)多考慮精華液的含量問題，本文將利用最大吸液量來表征干態(tài)水刺面膜基布的液體吸收性能。

圖7 干態(tài)水刺面膜基布的最大吸液量

TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的最大吸液量與親水性纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水刺面膜基布的厚度與面密度等有關(guān)。圖7表明：

(1) TPEE纖維或V纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的最大吸液量增加。

(2) 面密度和質(zhì)量配比相同的情況下，TPEE/PET水刺面膜基布的最大吸液量小于V/PET水刺面膜基布，原因與V/PET水刺面膜基布厚度更大、比表面積更大，更有助于液體吸收有關(guān)。

(3) 質(zhì)量配比相同時(shí)，面密度減小，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布厚度減小，比表面積減少，故最大吸液量下降。

2.7 保液性能

面膜的美容功能是由面膜吸收的營養(yǎng)液來實(shí)現(xiàn)的，因此面膜應(yīng)具有良好的保液能力。本文利用保水性表征保液能力。圖8反映了水刺面膜基布的保水性。

圖8 水刺面膜基布試樣的保水性

從圖8可以看出：(1)水刺面膜基布的保水性隨試樣面密度的增加而增加，因?yàn)槊婷芏仍黾雍穸仍黾?，水刺面膜基布中孔隙增加，貯水能力增強(qiáng)；(2)水刺面膜基布的保水性隨親水性纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加；(3)質(zhì)量配比及面密度相同時(shí)，TPEE/PET水刺面膜基布的保水性優(yōu)于V/PET水刺面膜基布，這與TPEE纖維本身具有的吸水保水性優(yōu)于V纖維有關(guān)。

3 結(jié)語

本文采用TPEE纖維和V纖維分別與PET纖維混紡制備水刺面膜基布，測試分析水刺面膜基布的力學(xué)性能、柔軟性能、透氣性能、透濕性能、吸液性能及保液性能發(fā)現(xiàn)：與V/PET水刺面膜基布相比，TPEE/PET水刺面膜基布具有厚度薄、拉伸斷裂強(qiáng)力大、透氣性和透濕性高、柔軟性好、保水率高等優(yōu)異性能，只有其吸液性能稍低于V/PET水刺面膜基布。目前，TPEE纖維成本低于V纖維，故可選擇TPEE纖維取代V纖維制備面膜基布，其產(chǎn)品滿足面膜基布的技術(shù)及市場要求。