烏拉草提取液上染純棉非織造布的制備工藝研究*

勞海晴 蔡學(xué)軍 謝仁亮 錢 程

嘉興學(xué)院 材料與紡織工程學(xué)院， 浙江 嘉興 314001

紙尿褲主要由面層、吸收層和底層3部分組成，面層作為直接與人體皮膚接觸的材料，用于促使尿液快速滲透并保持干爽，因此需具備親膚、透氣和透濕等基本性能[1]。此外，若面層具有一定的天然抑菌性，則更理想。烏拉草被稱為百草之王[2]，其提取液中富含游離氨基酸及鐵、鈣、鋅等無(wú)機(jī)元素，更特別的是還含有 “天然抗菌因子”，對(duì)真菌和細(xì)菌具有較好的抑制作用[3]。陳春俠等[4]提取出烏拉草纖維，并對(duì)纖維的性能進(jìn)行表征。文獻(xiàn)[5]探討了烏拉草天然染料的制備方法及在棉織物染色中的應(yīng)用，但目前實(shí)際生產(chǎn)中未見相應(yīng)的報(bào)道。本文對(duì)烏拉草提取液的獲取及其上染純棉非織造布的制備工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)烏拉草提取液染色，賦予純棉非織造布天然抑菌性。將制備的純棉非織造布用作紙尿褲面層，可提升紙尿褲的抑菌性和色彩豐富性，使產(chǎn)品在穿用過(guò)程中更健康、舒適。同時(shí)拓寬純棉非織造布在醫(yī)衛(wèi)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

純棉水刺非織造布，面密度為40 g/m2，由常熟永得利水刺無(wú)紡布有限公司提供；十二水合硫酸鋁鉀(分析純)，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；烏拉草，由吉林美佳烏拉草科技發(fā)展有限公司提供。

1.2 染色試驗(yàn)

1.2.1 烏拉草提取液的制備

以提取溫度、提取時(shí)間和料液比為三因素，設(shè)計(jì)L9(34) 正交試驗(yàn)[6]，根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行烏拉草提取液的制備。對(duì)提取液進(jìn)行過(guò)濾和冷卻，然后通過(guò)測(cè)試其在最大吸收波長(zhǎng)(460 nm)處的吸光度，評(píng)價(jià)提取效果。

1.2.2 純棉非織造布的染色

采用優(yōu)選方案制備烏拉草提取液，然后用其對(duì)純棉非織造布進(jìn)行染色試驗(yàn)。通過(guò)單因素試驗(yàn)考察染色溫度、染色時(shí)間、染液pH值、浴比對(duì)純棉非織造布染色性能的影響，以染色殘液的吸光度為評(píng)判依據(jù)。染色工藝流程如下：將純棉非織造布在一定的溫度下煮練一段時(shí)間后，取出水洗，再放入一定溫度、pH值和浴比的烏拉草染液中，加入一定比例的硫酸鋁鉀溶液，以一定的升溫速率升高至一定溫度并染色一定時(shí)間后，冷卻至室溫，取出水洗，烘干。

1.3 非織造布性能測(cè)試

純棉非織造布試樣的摩擦色牢度采用YB571-II型預(yù)置式色牢度儀測(cè)試，參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行；強(qiáng)力采用YG065 H型電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)試，參照GB/T 3923.1《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；液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞性采用MMT型液態(tài)水分管理測(cè)試儀測(cè)試，參照GB/T 21655.2—2009《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第2部分:動(dòng)態(tài)水分傳遞法》進(jìn)行；抑菌性采用HT-400B型恒溫培養(yǎng)箱測(cè)試，按照美國(guó)AATCC Test Method 90(Halo Test，瓊脂平皿法)進(jìn)行；吸水倍率采用LBX-116型非織造布吸水性能測(cè)試儀測(cè)試，參照FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造布 第2部分：衛(wèi)生用卷材》進(jìn)行；耐磨性采用YG 502型起毛起球儀測(cè)試，根據(jù)GB/T 4802.2—1997《紡織品 織物起球試驗(yàn) 馬丁代爾法》進(jìn)行，將直徑為38 mm的圓形試樣裝夾在夾持器上，在規(guī)定壓力下進(jìn)行摩擦測(cè)試。本文選擇施加壓力的砝碼質(zhì)量為520 g，在砝碼產(chǎn)生的壓力作用下，將試樣對(duì)磨50次，觀測(cè)其表面起毛起球情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 烏拉草提取液提取正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

烏拉草提取液提取正交試驗(yàn)方案見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 烏拉草提取液提取正交試驗(yàn)方案

表2 烏拉草提取液提取效果正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2的正交試驗(yàn)結(jié)果可知，影響烏拉草提取液提取的主要因素是提取溫度，其次是提取時(shí)間，料液比的影響最小，且4號(hào)試驗(yàn)獲取的烏拉草提取液的吸光度最大，為1.644。吸光度越大，表明提取液的濃度越高，提取效果越好[7]?；诖耍_定烏拉草提取液提取的優(yōu)化工藝參數(shù)如下：提取溫度為95 ℃，提取時(shí)間為120 min，料液比為1∶25。

2.2 純棉非織造布染色試驗(yàn)與結(jié)果分析

2.2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

烏拉草提取液上染純棉非織造布的單因素試驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖1a)可以看出，隨染色溫度的升高，染色殘液的吸光度先逐漸下降后上升，表明純棉非織造布的上染率先上升后下降；染色溫度為85 ℃時(shí)，殘液的吸光度最低，之后，殘液吸光度隨著染色溫度的上升而上升，因此，選擇85 ℃作為優(yōu)選染色溫度。由圖1b)可以看出，染色時(shí)間為20～60 min時(shí)，殘液吸光度隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，染色時(shí)間為60 min時(shí)殘液的吸光度最低，之后隨著染色時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，殘液吸光度上升，上染效果下降，因此，優(yōu)選染色時(shí)間為60 min。由圖1c)可以看出，殘液吸光度在pH值為5～6時(shí)出現(xiàn)最低值，表明弱酸性條件下上染效果較好，有利于烏拉草提取液與純棉非織造布的結(jié)合。由圖1d)可以看出，浴比為1∶40時(shí)，殘液吸光度低，上染效果較好，繼續(xù)增大浴比，殘液吸光度變化較平緩，因而較適宜的浴比為1∶40。綜上，由烏拉草提取液上染純棉非織造布的單因素試驗(yàn)可知，烏拉草提取液上染純棉非織造布的最佳染色工藝參數(shù)如下：染色溫度為85 ℃，染色時(shí)間為60 min，染液pH值為6，浴比為1∶40。

圖1 烏拉草提取液上染純棉非織造布單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 染色試驗(yàn)

以明礬為媒染劑，分別通過(guò)預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色方式，采用烏拉草提取液對(duì)純棉非織造布進(jìn)行染色。染色工藝流程如圖2所示。

圖2 烏拉草提取液上染純棉非織造布工藝流程

烏拉草提取液上染純棉非織造布的染色效果圖如圖3所示。媒染劑明礬中含有鋁金屬離子，能夠在染液中與棉纖維素纖維的羥基基團(tuán)形成配位鍵，提高纖維與染料之間的結(jié)合力[8]。由圖3可以看出，采用烏拉草提取液，分別通過(guò)預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色方式對(duì)純棉非織造布進(jìn)行染色后，所得非織造布分別呈淺黃褐色、黃褐色和褐色，表明采用烏拉草染液上染純棉非織造布是可行的。并且采用后媒染染色工藝，烏拉草染液的上染率更高，所得染色純棉非織造布色澤更鮮艷。表明烏拉草提取液上染純棉非織造布較優(yōu)的染色方式為后媒染染色。

圖3 烏拉草提取液上染純棉非織造布效果圖

2.3 耐干、濕摩擦色牢度

對(duì)經(jīng)烏拉草提取液染色的純棉非織造布進(jìn)行干、濕摩擦色牢度進(jìn)測(cè)試，結(jié)果見表3。由表3可以看出，染色方式對(duì)烏拉草染色純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度有一定的影響。經(jīng)3種染色方式染色后，純棉非織造布的耐干、濕摩擦色牢度達(dá)3級(jí)或以上。按照干、濕摩擦色牢度從高到低的順序排列，后媒染最優(yōu)，同浴媒染次之，預(yù)媒染較差。從媒染劑用量對(duì)摩擦色牢度的影響來(lái)看，當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度為6 g/L時(shí)，純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度最高，為4級(jí)或以上。基于此，在染色配方中優(yōu)選媒染劑質(zhì)量濃度為6 g/L。

2.4 液態(tài)水分管理性能

為檢測(cè)染色后純棉非織造布對(duì)液體的傳導(dǎo)能力，對(duì)其進(jìn)行液態(tài)水分管理性能測(cè)試，結(jié)果分別見圖4

表3 染色純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度測(cè)試結(jié)果

和表4。由圖4a)可以看出，未染色純棉非織造布的液態(tài)水傳遞圓整體顏色較深，圓外周有一個(gè)顏色接近黑色的圓環(huán)，且圓環(huán)直徑較大，表明液態(tài)水含量較高，水分?jǐn)U散速度慢。由圖4b)可以看出，預(yù)媒染染色純棉非織造布的液態(tài)水傳遞圓顏色與未染色純棉非織造布相比較淺，圓外周圓環(huán)的直徑相對(duì)較小，表明其液態(tài)水含量比未染色純棉非織造布低，水分?jǐn)U散速度優(yōu)于未染色純棉非織造布。由圖4c)可以看出，同浴媒染染色純棉非織造布液態(tài)水傳遞圓的圓外周圓環(huán)直徑相比前兩者更小，表明其液態(tài)水含量更低，水分?jǐn)U散速度相對(duì)較快。由圖4d)可以看出，后媒染染色純棉非織造布液態(tài)水傳遞圓的整體顏色最淺，液態(tài)水含量最少，圓外周的黑色圓環(huán)直徑最小，表明其水分?jǐn)U散速度最快。表4的液態(tài)水分管理測(cè)試結(jié)果與圖4顯示的結(jié)果相符，即液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)按由高到低的順序排列，依次為后媒染非織造布、同浴媒染非織造布、預(yù)媒染非織造布、未染色非織造布。

2.5 拉伸性能

對(duì)染色前后的純棉非織造布進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，結(jié)果見表5。由表5可見，經(jīng)預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色的純棉非織造布，其橫向斷裂強(qiáng)力均低于未染色純棉非織造布，降低了約0.8%，縱向斷裂強(qiáng)力均高于未染色純棉非織造布，提高了約0.4%，染色處理前后純棉非織造布的斷裂強(qiáng)力偏差小于1.0%，因此可認(rèn)為烏拉草提取液染色處理對(duì)純棉非織造布縱、橫向斷裂強(qiáng)力的影響不大。

圖4 不同純棉非織造布的水分?jǐn)U散位置圖示

表4 不同純棉非織造布的液態(tài)水分管理測(cè)試數(shù)據(jù)

表5 不同純棉非織造布的拉伸性能測(cè)試結(jié)果

2.6 吸水倍率

對(duì)染色處理前后的純棉非織造布進(jìn)行吸水倍率測(cè)試，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，染色處理后，純棉非織造布的吸水倍率明顯高于未染色處理的純棉非織造布，其吸水倍率相比未染色純棉非織造布提高了12.38%。吸水倍率反映材料的吸水能力，其值越大，說(shuō)明材料的吸水能力越強(qiáng)，越有利于液體的傳導(dǎo)和輸送[9]。研究結(jié)果顯示，烏拉草提取液染色可有效改善純棉非織造布的吸水能力，且不同染色方式對(duì)純棉非織造布吸液能力的改善程度相近。

圖5 不同純棉非織造布吸水倍率測(cè)試結(jié)果

2.7 表面耐磨性

對(duì)染色處理前后純棉非織造布進(jìn)行表面耐磨性測(cè)試，結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，經(jīng)50次對(duì)磨后，所有純棉非織造布試樣的表面均僅表現(xiàn)出輕微的起毛，且起毛部分主要為短纖維，無(wú)明顯的長(zhǎng)絲出現(xiàn)，表明染色處理后純棉非織造布的耐磨性未受到明顯的影響。

圖6 純棉非織造布的表面耐磨性測(cè)試結(jié)果

2.8 抑菌性能

對(duì)未染色處理和經(jīng)后媒染染色處理的純棉非織造布進(jìn)行抑菌性能測(cè)試，結(jié)果見圖7。由圖7a)對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌性能測(cè)試結(jié)果可以看出，盡管試樣周圍沒有出現(xiàn)明顯的抑菌圈，但接近試樣區(qū)域的菌落生長(zhǎng)較稀疏。試驗(yàn)中將培養(yǎng)皿打開，用鑷子取出經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布，可以直觀地看到，試樣覆蓋的區(qū)域無(wú)菌落生長(zhǎng)，而未染色純棉非織造布試樣覆蓋的區(qū)域則長(zhǎng)滿菌落，表明經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布對(duì)金黃色葡萄球菌具有一定的抑制作用。由圖7b)對(duì)大腸埃希菌的抑菌性能測(cè)試結(jié)果可以看出，經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布試樣周邊存在明顯的抑菌圈，表明其對(duì)大腸埃希菌具有較好的抑制作用。

圖7 純棉非織造布的抑菌性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

本文對(duì)烏拉草提取液上染純棉非織造的工藝進(jìn)行研究。制備烏拉草提取液，探討提取溫度、提取時(shí)間和料液比對(duì)烏拉草提取液提取效果的影響，并進(jìn)一步就烏拉草提取液上染純棉非織造布的影響因素進(jìn)行探討，得出如下結(jié)論。

(1)烏拉草提取液的最優(yōu)提取工藝參數(shù)如下：提取溫度為95 ℃，提取時(shí)間為120 min，料液比為1∶25，此時(shí)提取液的吸光度最大。

(2)采用烏拉草提取液上染純棉非織造布的最佳染色工藝參數(shù)是染色溫度為85 ℃，染色時(shí)間為60 min，染液pH值為6，浴比為1∶40，較優(yōu)的染色方式為后媒染工藝。此工藝下制得的純棉非織造布具有較高的染色牢度。

(3)分別通過(guò)預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染3種染色方式，采用烏拉草提取液上染純棉非織造布，測(cè)試并分析染色處理前后純棉非織造布的性能。結(jié)果表明，染色后純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度達(dá)3級(jí)及以上，耐摩擦性能好；烏拉草提取液染色對(duì)純棉非織造布的斷裂強(qiáng)力和耐磨性未產(chǎn)生明顯影響，但顯著提高了純棉非織造布的吸水倍率；經(jīng)烏拉草提取液染色處理的純棉非織造布在浸濕時(shí)間、吸水速率和液態(tài)水分?jǐn)U散速率方面均明顯優(yōu)于未染色純棉非織造布，液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞綜合指數(shù)按由高到低的順序依次為后媒染非織造布、同浴媒染非織造布、預(yù)媒染非織造布、未染色非織造布，表明染色后純棉非織造布的水分管理能力得以提升；抑菌性能測(cè)試結(jié)果顯示，經(jīng)烏拉草提取液染色的純棉非織造布對(duì)大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌均具有一定的抑菌性能。