脱漂工艺对医用水刺全棉非织造材料性能的影响

蒋佩林， 俞晶颖， 金平良， 黄 晨， 靳向煜， 李 健

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 上海纺织建筑设计研究院， 上海 200060)

脱漂工艺对医用水刺全棉非织造材料性能的影响

蒋佩林1， 俞晶颖1， 金平良2， 黄 晨1， 靳向煜1， 李 健2

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 上海纺织建筑设计研究院， 上海 200060)

为提高医用非织造材料产品的使用性能，采用氢氧化钠/过氧化氢一步法对棉纤维进行脱脂漂白，通过正交试验设计,利用极差分析法,确定最佳脱漂工艺，探讨先漂后刺和先刺后漂2种工艺对医卫用水刺全棉非织造材料吸水性、白度、强度、柔软性和透气性的影响。结果表明：温度对纤维白度和吸水量的影响最大，时间对纤维强度的影响最大；使用最佳脱漂工艺参数得到的水刺全棉非织造材料，其厚度、面密度和断裂强度有所下降，吸水性明显上升；最佳脱漂工艺参数组合为：时间60 min，浴比1∶30，温度95 ℃；采用最佳脱漂工艺参数组合制备的先漂后刺水刺全棉非织造材料的断裂强度和断裂伸长率较高，而采用先刺后漂水刺全棉非织造材料的柔软性、透气性和吸水性更好。

全棉非织造材料； 医疗纺织品； 水刺法； 脱脂漂白工艺； 水刺吸水性； 白度

医疗卫生用纺织品是产业用纺织品的重要组成部分，过去5年，我国在医疗卫生领域有了突飞猛进的成果[1]。中国成为全球医疗卫生用品的主要贸易国，纯棉水刺非织造材料已实现规模化生产[2-3]。水刺非织造材料可用于加工手术衣、手术巾、手术罩布、伤口敷料、绷带和止血带等医疗制品，以及卫生巾、婴儿纸尿裤、成人失禁垫、湿巾擦布等卫生用品[4-6]。伤口敷料、纸尿裤等医卫用品要求其具有良好的吸收性能(吸液、吸血、止血等)，无毒性，具有亲和性等功能[7]。全棉非织造材料用的原料棉纤维具有上述功能，且水刺工艺生产过程无污染，非织造材料表面不掉毛、无灰尘，非常适合制作上述医卫用品。

医卫用非织造材料产品对吸水性有一定的要求，需要对棉纤维进行脱脂。并且棉纤维本身存在伴生物，如依附在纤维表面的脂肪和蜡质、果胶物质、蛋白质和糖类物质等，为去除伴生物，也必须进行脱脂处理。未经脱脂的棉纤维其吸水量仅为本身质量的四分之一，而脱脂棉纤维的吸水量是纤维本身质量的8倍[8]。医卫用水刺全棉非织造材料主要有2种制备工艺：一种工艺是先漂后刺，即先将原棉散纤维进行脱脂漂白，然后将制备好的脱脂棉进行梳理和水刺，得到所需的水刺全棉非织造材料；另一种工艺是先刺后漂，即先将原棉散纤维进行梳理和水刺，成布后再对非织造材料进行脱脂漂白，得到最终的水刺全棉非织造材料。

为研究脱漂工艺参数对医卫用水刺全棉非织造材料所用棉纤维性能的影响，本文通过正交试验，主要分析脱漂时间、浴比和脱漂温度对棉纤维强度、白度和吸水性能的影响，确定最佳的脱漂工艺参数。并且分别采用先漂后刺和先刺后漂这2种制备工艺，分析2种方案对水刺全棉非织造材料最终性能的影响，为医卫用水刺全棉非织造材料产品的优化与创新提供一定参考。

1 试验部分

1.1 原料及生产设备

棉纤维(产地新疆)，规格见表1[9]，由USTER HVI1000测试；BG038-100开松机、BG058-120大仓混棉箱、BG179-70气压棉箱、BG218A-100双道夫杂乱梳理机和BG258-60交叉铺网机(胶南德峰机械制造有限公司)；Aquajet Y500-2水刺机(德国Fleissner公司)；ZK100B型真空干燥箱(上海实验仪器厂有限公司)。

表1 棉纤维的物理指标及来源Tab.1 Physical index and source of cotton fiber

1.2 脱漂试剂和测试仪器

过氧化氢(H2O2，国药集团化学试剂有限公司)；氢氧化钠(NaOH，平湖化工试剂厂)；Goon1011低温精练剂和Goon2011氧漂稳定剂(嘉宏科技有限公司)。

HH-4数显电热恒温水浴锅(常州朗越仪器制造有限公司)；FA2004A电子天平(上海精天电子仪器有限公司)；LLY-01电子硬挺仪(莱州市电子仪器有限公司)；XQ-2纤维强伸度仪(常州朗越仪器制造有限公司)；YG026MB多功能电子织物强力机和YG461E全自动透气性测定仪(温州方圆仪器有限公司)。

1.3 工艺流程

工艺一：原棉→脱脂漂白→开松除杂→梳理→铺网→水刺→烘干，先漂后刺。

工艺二：原棉→开松除杂→梳理→铺网→水刺→脱脂漂白→烘干，先刺后漂。

1.4 脱脂漂白试验方案

采用正交试验方法，选取影响脱漂工艺的3个主要参数脱漂温度、脱漂时间和浴比作为正交试验的3个因素，各因素取3个水平，按L9(33)正交表来安排试验，确定最佳的脱漂工艺参数。在工厂的实际生产中，脱漂温度的高低、时间的长短和浴比都直接关系到产量的多少。同时，这3个因素对棉纤维的白度、强力和吸水性能都有一定的影响，因此，从生产实际角度和材料性能方面综合考虑，合理设计各因素的3个水平，确定最佳工艺参数。脱脂漂白试验因子水平表如表2所示。

表2 脱脂漂白试验因子水平表Tab.2 Levels of factor coding for degreasing bleaching experiments

1.5 梳理与水刺

为去除纤维中的杂质，使纤维平行伸直，达到后续水刺加工的纤维网要求，本文试验采用单锡林双道夫梳理机对纤维进行梳理成网。梳理参数如表3所示。

表3 梳理参数表Tab.3 Carding parameter

水刺法加固纤维网原理是采用高压产生的多股微细水射流喷射纤维网。水射流穿过纤维网后，受托持网帘的反弹，再次穿插纤维网，由此，纤维网中纤维在不同方向高速水射流穿插的水力作用下，产生位移、穿插、缠结和抱合，从而使纤维网得到加固[10]。本文采用平网式水刺加固机，经过3个水刺头，其中第1个水刺头进行预湿。其水刺工艺流程见图1所示。水刺加固具体参数如表4所示。

图1 水刺工艺流程图Fig.1 Spunlace process flow chart

压强/MPa水刺头1水刺头2水刺头3水针距离/mm网帘速度/(m·min-1)2.54.06.0142

1.6 性能测试

1.6.1强力的测试

参照GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》对棉纤维进行单纤维强力测试。试验条件为：夹距10 mm；拉伸速度10 mm/min；预加张力0.1 cN；温度20 ℃，相对湿度65%。

参照GB/T 24218.3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》对水刺全棉非织造材料进行沿帘网输出方向(MD)与垂直帘网输出方向(CD)方的拉伸强力测试，试样大小为300 mm×50 mm,夹距为200 mm；拉伸线速度为100 mm/min；预加张力为 1 N。试验条件：温度为20 ℃，相对湿度为65%。

1.6.2白度的测试

参照GB/T 17644—2008《纺织纤维白度色度试验方法》对棉纤维进行白度测试，其原理是利用分光光度法色度仪直接测量一定压缩密度的试样在试验盒透射面上的三刺激值X、Y、Z，通过计算获得白度值。

1.6.3吸水量的测试

取棉纤维试样,质量为5 g,用水浸泡后取出悬挂30 s称量,按下式计算棉纤维吸水率：

式中：m1为干态质量；m2为吸水后质量。

水刺全棉非织造材料的吸水量测试参照 GB/T 24218.6—2010《纺织品 非织造布试验方法 第6部分：吸收性的测定》，取尺寸为100 mm×100 mm的试样称量，放入水中60 s后取出试样，垂直悬挂试样120 s后再称量，按下式计算吸水量：

式中：mn为调湿后试样(或组合试样)的质量，g；mk为吸液后试样(或组合试样)的质量，g。

1.6.4其他性能测试

2种工艺制备得到的水刺全棉非织造材料的透气性和柔软性能分别参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》和GB/T 18318.1—2009《纺织品 弯曲性能的测定 第1部分：斜面法》进行测试。

采用TM-3000型台式扫描电子显微镜对原棉纤维、脱脂棉纤维及脱漂前后水刺非织造布表面形貌进行观察。

2 实验结果分析

2.1 脱脂漂白正交试验结果分析

本文试验的直观分析采用指标单个分析综合处理法，即多指标试验结果直观分析时，对每一个试验结果单个进行分析，得到每个指标的影响因素的主次顺序和最佳水平组合，然后根据相关的专业知识、试验目的和试图解决的实际问题综合分析，结果如表5所示。总体来说，原棉经过脱脂漂白后，其白度和吸水量都有明显提高，单纤维强度与原棉的 3.29 cN/dtex相比有所降低，主要原因是棉纤维表面的脂肪和蜡质、果胶物质、蛋白质和糖类等物质被去除。

从单个指标分析可知，影响白度的主次顺序为温度>浴比>时间，最佳水平组合为时间 60 min，浴比1∶30，温度95 ℃。影响吸水量的主次顺序为温度>浴比>时间，最佳水平组合为时间30 min，浴比1∶30，温度95 ℃。影响单纤维强度的主次顺序为时间>温度>浴比，最佳水平组合为时间60 min，浴比1∶30，温度60 ℃。

表5 正交试验方案及结果Tab.5 Program and result of orthogonal test

时间对脱脂棉的单纤强度影响最大，而对白度和吸水量的影响较小，因此综合考虑时间的最佳水平为60 min；浴比对白度和吸水量的影响较大，而对单纤维强度的影响较小，因此综合考虑浴比的最佳水平为1∶30；温度对脱脂棉的白度和吸水量的影响最大，对单纤维强度的影响也较大，因此综合考虑温度的最佳水平为95 ℃。经上述综合分析，最佳水平组合为：时间60 min，浴比1∶30，温度95 ℃。因此，在制备医卫用水刺全棉非织造材料的过程中，将脱脂漂白工艺参数确定为最佳水平组合。脱漂前后棉纤维由黄色变为白色。

图2示出脱漂工艺参数采用最佳水平组合的脱脂棉。由图可明显看出，棉纤维在脱漂前后，其天然转曲的结构没有明显破坏。

图2 原棉与脱脂棉纤维的表观形貌照片Fig.2 Surface morphology graph of raw cotton (a) and cotton after degreasing (b)

2.2 非织造材料性能测试分析

表6示出采用先刺后漂工艺制备得到的水刺全棉非织造材料在脱漂前后基本性能测试结果。由此可以看出，水刺全棉非织造材料经脱漂后(3#、4#)，面密度和厚度都有所下降，原因是经过脱脂漂白处理后，棉纤维表面的脂肪和蜡质等物质被脱漂干净，伴随纤维的棉屑和杂质也一同被去除。虽然棉纤维在脱脂漂白处理后，纤维本身受到损伤，单纤维断裂强度有所下降，但是纤维断裂伸长率有些许上升，同时，水刺全棉非织造材料脱漂后的横向(MD)和纵向(CD)方向的断裂强度有些许增加，其抗弯刚度和透气率数据相差不大，说明采用最佳水平组合的脱漂工艺参数对水刺全棉非织造材料的透气性和柔软性影响不大。经过脱漂后的水刺全棉非织造材料，其吸水性明显增加。脱漂前的全棉水刺非织造布的布面偏黄，而脱漂后的布面较白。

表6 水刺全棉非织造材料脱漂前后基本性能Tab.6 Basic properties of pure cotton spunlaced nonwovens before and after degreasing and bleaching

图3示出采用先刺后漂工艺制备得到的全棉水刺非织造布在脱漂前后的电镜照片，由图可看出，棉纤维在脱漂前后并未见明显的损伤，纤维线密度相差不大。

图3 水刺全棉非织造材料脱漂前后的扫描电镜照片Fig.3 Surface morphology graph of pure cotton spunlaced nonwovens before (a) and after (b)degreasing and bleaching

2.3 生产工艺结果分析

本文试验称取等量的原棉和脱脂棉纤维(处理时间为60 min，浴比为1∶30，温度为95 ℃)，采用相同的梳理水刺工艺参数，分别得到原棉水刺非织造材料和脱脂棉水刺非织造材料，其中原棉水刺非织造材料再经过与脱脂棉处理参数相同的脱脂漂白处理，得到2种不同工艺下的水刺全棉非织造材料，3#、4#为先刺后漂工艺得到的水刺全棉非织造材料，5#，6#为先漂后刺工艺得到的水刺全棉非织造材料，通过测试对比了2种工艺下水刺全棉非织造材料的几项性能如表7所示。由表可看出，采用先刺后漂工艺得到的较高面密度的水刺全棉非织造材料(3#)，面密度和厚度比先漂后刺工艺得到的(5#)要小，且差异明显。3#与5#相比，3#水刺全棉非织造材料的拉伸断裂强力明显小于5#水刺全棉非织造材料。水刺及后漂工艺都是造成其面密度小的因素。脱脂漂白是通过化学方法除去棉纤维表面脂肪、蜡质、果胶以及蛋白质等物质的过程，脱脂漂白后棉纤维表面的物质中脂肪和蜡质的减少会使纤维表面摩擦力增大，在梳理成网过程中更易发生纤维间的缠结，纤维间的结合更紧密，纤网强力更大，经水刺加固后得到的水刺非织造材料的力学性能更好，梳理成网过程的纤维损失也会相对较小，水刺工艺主要依靠水射流穿透纤网使得纤维产生位移、缠结和抱合，水射流作用于纤维的力是很大的，未经脱脂漂白的棉纤维形成的纤网中纤维间的缠结不如已脱脂漂白的纤维，在水刺过程中纤维会有一定损失并更易发生CD方向的位移，纤网幅宽变大使得面密度下降；先刺后漂工艺得到的水刺材料是水刺加固后再进行脱脂漂白的，脱脂漂白过程中水刺材料中纤维上的脂肪、蜡质、果胶以及蛋白质等物质被除去，同样会导致材料面密度下降。导致材料厚度的差异与面密度相同。采用先刺后漂和先漂后刺2种工艺得到的较低面密度的水刺全棉非织造材料(4#、6#)，纵横向断裂强力和断裂伸长率差异的影响较小。

表7 2种生产工艺的水刺全棉非织造材料基本性能对比Tab.7 Specification parameters contrast of pure cotton spunlaced nonwovens produced by different processing technique

但是，对于非织造材料的柔软性、透气性和吸水性而言，采用先刺后漂工艺会比先漂后刺工艺得到的水刺全棉非织造材料要好。先刺后漂工艺中的脱脂漂白工序是在水刺之后进行的，水刺非织造材料在较高温度下的漂白溶液中经过煮炼后材料的结构会比先漂后刺工艺下得到的水刺非织造材料疏松，孔隙变大，因而弯曲刚度更小、透气率更大，液体吸收性更好。

图4示出不同工艺制备的水刺全棉非织造材料的微观形貌。可看出，采用先刺后漂制备的水刺全棉非织造材料未见纤维损伤，而采用 先漂后刺制备的水刺全棉非织造材料纤维出现有明显的折断现象，说明前者对纤维的损伤较小，而后者对纤维损伤较大。棉纤维在经过脱脂漂白后，纤维表面脂肪、蜡质等物质被去除，其强力已经受到一部分损伤，当将其再进行水刺加固时，在水针压力的作用下，纤维进一步受损，以致出现如图4(b)中的部分纤维损伤。而对于采用先刺后漂工艺的水刺全棉非织造材料，棉纤维在受到水针压力时，纤维本身并未受损，能够在水针压力下保持纤维完整不被破坏，因此，采用先刺后漂制备的水刺全棉非织造材料强度较高，手感柔软性较好。

图4 不同工艺制备的水刺全棉非织造材料SEM照片Fig.4 SEM images of pure cotton spunlaced nonwovens produced by different processing technique. (a) Spunlaced-to-bleaching; (b) Bleaching-to-spunlacied

3 结 论

1)用H2O2和NaOH对棉纤维进行脱漂一步法处理，得到的最佳工艺参数组合为：处理时间 60 min，浴比1∶30，温度95 ℃。

2)通过正交试验分析得出，影响纤维白度的主次顺序为温度>浴比>时间，影响纤维吸水量的主次顺序为温度>浴比>时间，影响单纤维强度的主次顺序为时间>温度>浴比。

3)使用最佳脱漂工艺参数得到的水刺全棉非织造材料，其厚度、面密度和断裂强度有所下降，吸水性明显上升，而对透气性和柔软性影响不大。

4)采用先刺后漂工艺得到的水刺全棉非织造材料的柔软性、透气性和吸水性较好，采用先漂后刺工艺得到的水刺全棉非织造材料的断裂强度和断裂伸长率较高。

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Influenceofdegreasingandbleachingprocessonperformanceofpurecottonspunlacednonwovensusedformedicaltreatmentandhygiene

JIANG Peilin1， YU Jingying1， JIN Pingliang2， HUANG Chen1， JIN Xiangyu1， LI Jian2

(1.CollegeofTextiles，DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.ShangtexArchitecturalDesignResearchInstitute,Shanghai200060,China)

In order to improve the performance of nonwoven fabric used for medical treatment and hygiene, the optimal degreasing and bleaching process was determined by orthogonal test and range analysis which is studied by NaOH / H2O2one-step method and studied the effects of the bleaching-to-spunlaced and the spunlaced-to-bleaching process on water absorption, whiteness, strength, softness and permeability of the spunlaced nonwoven fabric. The results show that the optimum parameters are as follows: time 60 min, liquor ratio 1∶30, temperature 95 ℃. The effect of temperature on fiber whiteness and water absorption was the most significant, and time had the greatest effect on fiber strength. The thickness, weight and tensile strength of cotton spunlaced nonwoven fabric with the best bleaching parameters decreased, and the water absorption increased significantly. The bleaching-to-spunlaced nonwoven fabric prepared with this parameter combination has higher tensile strength and elongation, and the spunlaced-to-bleaching nonwoven fabric has better softness, permeability and water absorption.

pure cotton nonwovens materials; medical and hygiene textiles; spunlaced method; degreasing and bleaching; water absorption; whiteness

TS 174.8；TS 192.7

A

10.13475/j.fzxb.20161204106

2016-12-23

2017-05-25

蒋佩林(1993—)，女，硕士生。研究方向为非织造材料结构与性能。金平良，通信作者，E-mail:jpl_2006@126.com。