纯棉水刺非织造材料单向导湿整理工艺的优化

周晓洁，李建强



纯棉水刺非织造材料单向导湿整理工艺的优化

周晓洁，李建强*

（武汉纺织大学 纺织学院，湖北 武汉 430073）

本研究采用含氟拒水整理剂（FG-910）对纯棉水刺非织造材料进行单面整理，使之具有亲疏水双侧结构，从而获得单向导湿功能。经分析可知，影响整理结果的有四个因子：整理液浓度、单位面积使用量、烘干温度和时间以及焙烘温度和时间。对这些因子进行分析，得出最佳整理方案为：整理液浓度40g/L，单位面积使用量为10g/m2，烘干条件为110℃×3min以及焙烘条件为160℃×2min。

纯棉水刺非织造布；单向导湿；拒水整理；影响因子

纯棉水刺非织造材料作为一种新型的纤维材料，其秉着柔软、悬垂、蓬松、舒适、强力高、吸湿性好、不含非纤维组分等优异的性能越来越广泛的应用于各种领域，如医疗卫生用、生活用、工业用等[1-7]。但是，当材料与人体皮肤接触时，由于棉纤维本身优异的吸湿性，使得水分和汗液迅速被吸到材料上，虽然材料的网孔能散去一部分水分，但由于棉的保水性强，很难快速达到干爽，在这种情况下就会让使用者产生很强烈的不舒适感，而且还会造成汗液和水分反渗透回接触面，造成细菌和病毒的交叉感染，影响人们的健康。因此，研制具有单向导湿、快干等功能性的非织造材料引起了世人的关注[8-12]。本研究采用拒水整理剂（FG-910）对纯棉水刺非织造材料进行单面拒水整理[13-17]，并对整理工艺影响因子：整理液浓度、单位面积使用量、烘干温度和时间以及烘焙温度和时间进行分析，以获得最佳整理方案，使整理后的材料具有优异的单向导湿功能，当人体大量产生体液时，材料亲水性的外侧就会迅速将水分导出，保持拒水性内侧的干爽和舒适。

1　实验材料、设备及步骤

1.1实验材料及药品

黄冈稳健医疗有限公司生产的纯棉水刺非织造材料（40g/m2）；北京洁尔爽公司生产的FG-910型含氟类拒水整理剂；

1.2实验设备

透湿杯；烘箱；电子天平等

1.3 实验步骤

本实验中采用的整理工艺为：式样→配置整理液→喷洒整理液→烘干→烘焙。

2　实验结果

2.1影响因子的确定

2.1.1整理液浓度

将拒水整理剂用去离子水稀释，配成不同浓度的整理液，浓度范围为：10～90g/L。用不同浓度的整理液对纯棉水刺非织造布进行单面整理，整理工艺为：单位面积内整理剂的喷洒量为10g/m2，烘干工艺条件110℃×3min，焙烘工艺条件150℃×3min。对整理后纯棉水刺非织造布进行透湿性能测试，测试结果如图1所示。

由图1可知，随着拒水整理液浓度的增加，整理后的材料的透湿量先增大后降低。当整理液浓度为10g/L时，整理后材料的透湿性能较弱，原因在于整理液的浓度过低，氟的含量较低，材料整理面的拒水性仍很弱，材料整体的吸湿性很强，无法使水分快速蒸发；当浓度增加达到30g/L左右时，整理后的材料实现了单向导湿性能；当整理液的浓度为90g/L时，由于整理液中氟的含量过大，使得材料整理面的拒水性过强，亲水面无法导出水分，透湿量下降。因此，拒水整理液的浓度应控制在20～40g/L。

图1　整理后纯棉水刺非织造布的透湿量与整理液浓度的关系

图2　整理后纯棉水刺非织造布的透湿量与整理液单位面积用量的关系

2.1.2单位面积使用量

采用30g/L的拒水整理液整理纯棉水刺非织造布，单位面积的使用量设计为4g/m2、6g/m2、8g/m2、10g/m2、12g/m2以及14g/m2。然后将材料置于110℃条件下烘干3min，并在150℃条件下焙烘3min。单位面积使用量与整理后材料的透湿性能的关系如图2所示。

由图2可知，随着单位面积整理液用量的增加，整理后的材料的透湿量呈先增大后降低的趋势。当单位面积整理液用量为4g/m2时，整理后材料的透湿性能较弱，主要原因在于单位面积整理液用量过低，氟的含量较低，使得材料整理面的拒水性仍然很弱，材料整体的吸湿性很强，而无法使水分快速蒸发；当单位面积整理液用量增加达到10g/m2左右时，整理后的材料获得比较优异的透湿性能，实现了单向导湿性能；当单位面积整理液用量为16g/m2时，由于用量过大，整理液中氟的含量过大，整理液在材料中的渗透深度增加，导致未整理面的亲水性下降，无法导出水分，材料的透湿性能下降。从以上分析结果可知，单位面积整理液用量应该控制在8～12g/m2为最佳。

2.1.3烘干温度及时间

为了确定烘干温度及时间对材料整理效果的影响，本课题采用30g/L的拒水整理液整理纯棉水刺非织造材料，单位面积用量为10g/m2。烘干条件设计为1：90℃×5min，2：100℃×4min，3：110℃×3min，4：120℃×3min，和5：130℃×2min。然后将材料在150℃条件下焙烘3min。不同的烘干条件对材料的透湿性能的影响如图3所示。

图3　整理后水刺非织造布的透湿量与烘干条件的关系

由图3可知，当烘干条件发生变化时，整理后材料的透湿量曲线变化非常平缓，说明当烘干条件控制在合适范围内时，烘干温度及时间对材料的整理效果影响较小。烘干工艺的目的主要任务是将材料中的水分去掉，以免在后续烘焙过程中对整理剂成膜造成不良影响。在设计实验时，烘干工艺参数并不是主要的影响因子，在后续正交试验设计时不予考虑。从材料本身性能及经济效益出发，本研究将纯棉水刺非织造材料拒水整理后的烘干工艺确定为110℃×3min。

2.1.4焙烘温度及时间

焙烘条件同样也影响着材料的整理结果。本研究采用30g/L的拒水整理液整理材料，单位面积用量为10g/m2，在110℃下烘燥3min。焙烘条件设计为1：130℃×4min，2：140℃×3min，3：150℃×3min，4：160℃×2min，和5：170℃×2min。不同的焙烘条件对材料的透湿性能的影响如图4所示。

图4　整理后水刺非织造布的透湿量与烘干条件的关系

在材料拒水整理工艺过程中，整理液成膜以及与纤维交联的反应均在焙烘过程中完成的。一般来说，焙烘需要一个较高的温度，但是高温不利于纤维材料的物理机械性能，因此要视不同整理剂和材料而定。图4显示，随着焙烘温度的升高，整理后的纯棉水刺非织布的透湿量逐渐增加，但增加大一定程度时变趋于平缓，因此选定焙烘条件为140℃×4min，150℃×3min和160℃×2min。

2.2正交实验分析

由以上分析结果可知，对于纯棉水刺非织造布，当整理液的浓度在20～40g/L，单位面积使用量在8～12g/m2，110℃下烘干3min，焙烘条件为140～160℃下焙烘2～4min，最终所得的材料的透湿性能比较优异。

2.2.1正交实验设计

为了选择最佳整理工艺，本研究用采正交实验进行深入分析，正交实验设计方案安排如表1所示：

表1　因子水平表

表2　正交试验表及结果

2.2.2实验结果统计分析

由表2及表3可以看出，整理液的浓度对实验结果影响最大，其次是单位面积整理液的使用量，最后是焙烘条件，即因素主次顺序为：A-B-C。由表3可知，拒水整理液的浓度对纯棉水刺非织造材料最终的单向导湿性能影响最为显著。结合表中计算结果，最优水平组合为A3B2C3。综合前面烘干工艺的研究，则最佳组合即为：拒水整理液的浓度为40g/L，单位面积整理液用量为10g/m2，烘干工艺条件为110℃×3min，焙烘工艺条件为160℃×2min。

表3　方差分析表

3　结论

在对纯棉水刺非织造材料进行单面整理时，影响整理结果的主要因素有三个，即：整理液浓度，整理液单位面积使用量以及焙烘条件。根据分析可知，最佳的整理方案为：拒水整理液的浓度为40g/L，单位面积整理剂用量为10g/m2，烘干工艺条件为110℃×3min，焙烘工艺条件为160℃×2min。

随着纯棉水刺非织造材料在医疗、卫生等领域越来越广泛的运用，单向导湿功能的实现将使其在各领域具有更好的应用前景。

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Optimization in Single-wizard Wet Finishing on Pure Cotton Spunlace Nonwoven Material

ZHOU Xiao-jie, LI Jian-qiang

(College of Textile Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

In this study, fluorine-containing water repellent finishing agent (FG-910) is used to finish one side of the pure cotton spunlace nonwoven material. Thus the material obtains the hydrophobic bilateral structure and gets single wet wizard function. The analysis shows there are four factors affecting the finishing result, namely, the concentration of finishing agent, amount of finishing solution per unit area, drying and baking condition. The analysis shows that the best finishing scheme is: finishing agent concentration of 40g/L, amount of finishing solution per unit area of 10g/m2, drying condition of 110℃×3min and baking condition of 160℃×2min.

Pure Cotton Spunlace Nonwoven Material; Single Wizard Wet; Water Repellent Finishing; Factors

TS174.3

A

1009－5160(2011)03－0024－04

*通讯作者：李建强（1964-），男，教授，研究方向：新型纺织材料.