胡麻纖維衛(wèi)生用非織造材料的制備及性能研究

丁 琛，李 白，李宛鑫，石大為

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 輕工與紡織學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080）

近年來，我國非織造產(chǎn)業(yè)發(fā)展活躍，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，產(chǎn)品不斷創(chuàng)新[1]。就目前情況來看，國民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域已經(jīng)涉及產(chǎn)業(yè)用非織造品，很多產(chǎn)品直接用于民眾的生活中，例如：成人紙尿褲、嬰兒尿不濕、化妝棉等。這些產(chǎn)品是一次性個(gè)人衛(wèi)生用品，即用棄品，因而消耗量大。當(dāng)下，我國正處于人口老齡化時(shí)期，老年人的護(hù)理需求逐漸增加；同時(shí)我國開放三胎政策，嬰幼兒紙尿褲的銷量必定增長。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品的等級(jí)、性能、環(huán)保問題有著越來越高的要求和需求，因此天然纖維開始受到青睞[2-3]。

胡麻是一種油料和纖維兼用的亞麻品種，廣泛種植于我國的內(nèi)蒙古、甘肅、山西等地區(qū)，人們歷來只收取胡麻籽，其秸稈被當(dāng)做廢棄物燃燒，不僅污染環(huán)境，還浪費(fèi)大量的資源[4-5]。胡麻纖維是從韌皮處分離出來的一種纖維，它具有吸濕、透氣、抗過敏等許多優(yōu)良特性[6-7]，是紡織、醫(yī)療、衛(wèi)生、建材等領(lǐng)域不可多得的天然原料，但脫膠工藝使胡麻纖維的發(fā)展受到限制。

為將胡麻纖維更好地應(yīng)用于衛(wèi)生行業(yè)，本研究采用NaOH 和NaHSO3溶液對(duì)胡麻原莖進(jìn)行預(yù)浸處理。探究預(yù)浸過程中不同濃度的溶液對(duì)胡麻原莖脫膠率的影響，通過單纖維電子強(qiáng)力儀和電腦測色配色系統(tǒng)分析脫膠后胡麻纖維的性能變化。將提取出的胡麻纖維梳理鋪網(wǎng)、針刺成型，探究其非織造的面密度、透氣性和吸水率。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

胡麻，產(chǎn)自內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布察右中旗的胡麻田；果膠酶，山東隆科特酶制劑有限公司產(chǎn)；檸檬酸、檸檬酸鈉，天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)；NaOH、NaHSO3，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HH-6 型恒溫水浴鍋，金壇市友聯(lián)儀器研究所產(chǎn)；ESJI20-4B 型電子分析天平，沈陽龍騰電子有限公司產(chǎn)；DGF-4AB 型高溫烘箱，天津泰斯特儀器有限公司產(chǎn)；YG（B）008E 型單纖維電子強(qiáng)力儀，溫州市大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠產(chǎn)；CM-3600A 型電腦測色配色系統(tǒng)，柯尼卡美能達(dá)（中國）投資有限公司產(chǎn)；YG（B）461 型數(shù)字式織物透氣儀，溫州市大榮紡織儀器有限公司產(chǎn)。

1.3 胡麻脫膠工藝

1.3.1 胡麻原莖預(yù)處理

將胡麻原莖剪至5cm 左右，經(jīng)過碾壓處理，用蒸餾水沖洗干凈，烘干。

1.3.2 胡麻預(yù)浸處理

稱取10g 的胡麻纖維，浴比1:100，分別放在不同濃度的NaHSO3、NaOH 溶液中預(yù)浸24h，以蒸餾水預(yù)浸為對(duì)照。實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表1～2。經(jīng)過化學(xué)試劑預(yù)浸后的胡麻纖維用蒸餾水沖洗干凈，烘干。

表1 胡麻預(yù)浸處理的實(shí)驗(yàn)參數(shù)（浸NaHSO3）

表2 胡麻預(yù)浸處理的實(shí)驗(yàn)參數(shù)（浸NaOH）

1.3.3 胡麻脫膠流程

取樣→胡麻原莖預(yù)處理→胡麻預(yù)浸→煮沸（100℃，35min）→打纖→生物脫膠（果膠酶5 萬U/mol，質(zhì)量濃度5g/L，溫度50℃，pH4.6，浴比1:30，時(shí)間36h）→水洗→烘干。

1.4 胡麻針刺非織造材料的制備

非織造材料的制備包括開松、梳理、鋪網(wǎng)、針刺，其針刺過程使用的是自制的針刺板。

針刺加固后得到的樣品手感柔和，為了防止纖維脫落，且保證接觸面符合衛(wèi)生用標(biāo)準(zhǔn)，采用醫(yī)用紗布片包裹在胡麻非織造布的表面，并通過縫紉機(jī)對(duì)非織造布的邊緣進(jìn)行縫合包裹，不讓其松散。如圖1 所示。

圖1 成型的胡麻非織造材料

1.5 測試與表征

1.5.1 脫膠率測試

按照GB 5889—1986《苧麻化學(xué)成分定量分析法》進(jìn)行取樣及測定，將胡麻原莖放置稱量瓶中并放于烘箱，烘至恒重，取出后迅速放于干燥器中冷卻稱其重量，為L0；然后將預(yù)浸后的胡麻放置稱量瓶中，烘至恒重，取出后迅速放于干燥器中冷卻稱其重量，為L1。脫膠率按照公式（1）計(jì)算：

式中：L 為脫膠率，%；L0為原胡麻質(zhì)量，g；L1為胡麻預(yù)浸后的質(zhì)量，g。

1.5.2 斷裂強(qiáng)力測試

胡麻原莖經(jīng)過脫膠流程后，采用手工剝離的方式將纖維與秸稈分開，通過YG（B）008E 型單纖維電子強(qiáng)力儀測試胡麻纖維的斷裂強(qiáng)力，夾持距離為10mm，下降速度為20mm/min。每個(gè)試樣做6 次平行測試。

1.5.3 黃度測試

將胡麻纖維平鋪梳理成平行厚度均勻、不透光的纖維層，得到實(shí)驗(yàn)樣本，選5 個(gè)不同的點(diǎn)取平均值。

1.5.4 面密度測試

按照GB/T 24218.1-2009 《單位面積質(zhì)量的測定》進(jìn)行取樣和測定。每個(gè)試樣使用電子天平稱量3 次，得到其面密度平均值。

1.5.5 透氣性測試

按照GB/T 24218.15-2018《透氣性的測定》進(jìn)行取樣和測定。用YG（B）461 型數(shù)字式織物透氣儀測試胡麻纖維針刺非織造材料的透氣性。

1.5.6 吸水率測試

試樣尺寸為14cm×11cm，放入烘箱中烘至恒重，取出稱量非織造的重量，記為G0；然后將試樣放入裝滿水的容器中，等試樣充分滲入后，取出試樣并垂直懸掛，直到?jīng)]有滲水為止，立即稱其質(zhì)量，記為G1。吸水率按照公式（2）計(jì)算：

式中：W 為吸水率，%；G0為試樣的原重量，g；G1為試樣飽含水分的重量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)溶液預(yù)浸對(duì)胡麻原莖脫膠率的影響

胡麻原莖的脫膠率如圖2，由圖2 可知，不同的化學(xué)溶液對(duì)胡麻原莖的脫膠率存在著較大的差異，其中NaHSO3最高的脫膠率為6.95 %，而NaOH 最高的脫膠為13.47%。由此可見，選擇NaOH 溶液處理胡麻原莖的效果遠(yuǎn)比NaHSO3好。

圖2（a）為NaHSO3預(yù)浸濃度對(duì)胡麻原莖脫膠率的影響。隨著NaHSO3濃度的升高，胡麻原莖的脫膠率呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，但脫膠率普遍偏低，與對(duì)照組相當(dāng)。這反映NaHSO3溶液水解胡麻膠質(zhì)的效果不好。

圖2（b）為NaOH 預(yù)浸濃度對(duì)胡麻原莖脫膠率的影響。從圖中可以觀察出，經(jīng)NaOH 預(yù)浸后胡麻原莖的脫膠率均高于對(duì)照組。這說明NaOH 溶液使胡麻原莖膠質(zhì)層受到破壞，溶解一部分果膠，使得果膠酶更易滲透內(nèi)部[8]。隨著NaOH 濃度的升高，胡麻原莖的脫膠率與NaHSO3趨勢(shì)是一致的，5# 和8# 組處理效果較好，脫膠率分別為12.37%和13.47%，這意味著低濃度和高濃度的NaOH 溶液均對(duì)胡麻原莖具有較好的脫膠效果。預(yù)浸時(shí)胡麻吸收溶液有限，當(dāng)達(dá)到飽和后再提升NaOH 濃度，脫膠率就僅有略微的提高[9]。

圖2 胡麻原莖的脫膠率:(a)NaHSO3 ;(b)NaOH

2.2 化學(xué)溶液預(yù)浸對(duì)胡麻纖維斷裂強(qiáng)力的影響

預(yù)浸后的胡麻經(jīng)36 h 的果膠酶脫膠，再通過手工剝離的方式獲得胡麻纖維，采用單纖維電子強(qiáng)力儀測試胡麻纖維的斷裂強(qiáng)力。

由圖3（c）可知，經(jīng)NaHSO3處理與未處理相比，纖維的斷裂強(qiáng)力顯著降低，這是因?yàn)镹aHSO3溶液對(duì)果膠水解不活躍，經(jīng)果膠酶脫膠后，胡麻纖維表面的果膠、脂蠟質(zhì)被逐漸去除，所以纖維的斷裂強(qiáng)度逐漸降低。由圖3（d）可知，與未處理組相比，NaOH 處理組的斷裂強(qiáng)力都有所下降。隨著NaOH 濃度的升高，胡麻纖維的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)。NaOH 溶液濃度較低時(shí)，纖維之間還存在果膠成纖維束狀，纖維與纖維之間的抱合力較大，在拉伸的過程中不容易分離，從而造成力學(xué)性能較好的現(xiàn)象。NaOH 溶液濃度高時(shí)，胡麻原莖表面遭到損壞，減輕生物脫膠的負(fù)擔(dān)，過度脫去果膠和半纖維素等物質(zhì)，使纖維間大分子纖維素抱合力增大，斷裂強(qiáng)度升高。

圖3 胡麻纖維的斷裂強(qiáng)力:(c)NaHSO3;(d)NaOH

2.3 化學(xué)溶液預(yù)浸對(duì)胡麻纖維黃度的影響

試樣采用不同濃度的NaOH、NaHSO3溶液對(duì)胡麻原莖進(jìn)行預(yù)浸處理，再進(jìn)行生物脫膠，測定處理后胡麻的黃度，結(jié)果見表3。

表3 化學(xué)溶液預(yù)浸對(duì)胡麻纖維黃度的測試值

由表3 可知，NaHSO3預(yù)浸濃度的變化對(duì)胡麻纖維黃度值影響不大，從而說明NaHSO3濃度的改變并不能降低胡麻纖維的黃度。NaOH 預(yù)浸濃度的增大對(duì)胡麻的黃度有明顯的改善，由41.99 YI 下降到33.91 YI。

2.4 胡麻針刺非織造材料的面密度測試

經(jīng)上述最優(yōu)脫膠工藝得到的胡麻纖維制備非織造材料。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)胡麻纖維進(jìn)入梳理機(jī)梳理時(shí)，預(yù)計(jì)纖網(wǎng)面密度比喂入的纖維總質(zhì)量低25%～38%。本研究設(shè)定的胡麻非織造材料的面密度為40g/m2，取3 組試樣測試。如表4 所示。

表4 胡麻針刺非織造材料面密度的測試值

由表4 可知，得到的胡麻針刺非織造材料的面密度基本達(dá)到設(shè)定的面密度，均勻度較好。

2.5 胡麻針刺非織造材料的透氣性測試

使用YG（B）461 型數(shù)字式織物透氣儀測試胡麻纖維針刺非織造材料的透氣性，結(jié)果見表5。

表5 胡麻針刺非織造材料透氣量的測試值

由表5 可知，非織造透氣度的最大值為2291.91mm/s，最小值為2238.17mm/s，最大值與最小值之間幾乎未有差距。因此可以看出，胡麻針刺非織造材料的透氣性可以達(dá)到一次性個(gè)人衛(wèi)生用品的標(biāo)準(zhǔn)，為胡麻纖維應(yīng)用于衛(wèi)生領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。

2.6 胡麻針刺非織造材料的吸水率測試

對(duì)于衛(wèi)生用非織造材料而言，材料的吸水率也是至關(guān)重要的，胡麻針刺非織造材料吸水率的測試值見表6。

表6 胡麻針刺非織造材料吸水率的測試值

由表6 可知，胡麻纖維針刺非織造材料的吸水率均優(yōu)于針織布，主要原因是非織造的孔隙率比較大，所以吸水率也比較高。

3 結(jié)語

3.1 采用化學(xué)溶液對(duì)胡麻原莖進(jìn)行預(yù)浸處理，強(qiáng)堿性溶液可以與胡麻原莖表面的果膠發(fā)生反應(yīng)，使胡麻原莖膠質(zhì)層受到破壞，克服生物脫膠過程中果膠酶溶液難以滲透的缺點(diǎn)，并節(jié)省酶的用量和脫膠時(shí)間。

3.2 NaOH 預(yù)浸濃度為12g/L 時(shí)，對(duì)胡麻原莖的脫膠有較好的促進(jìn)作用，脫膠率為13.47%;經(jīng)果膠酶脫膠后，其纖維的力學(xué)性能為105.93cN，且黃度值最低。

3.3 經(jīng)上述脫膠工藝得到的胡麻纖維并制備成非織造材料，經(jīng)過面密度、透氣性和吸水率測試均符合衛(wèi)生用非織造材料的指標(biāo)，為衛(wèi)生用非織造材料研究提供新思路。