新型高吸水性蒙脱土面膜基材的制备及其性能研究

孙燕霞，郭 阳，倪剑波，王晨晨，陈晓玲，马 辉

(嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314000)

新型高吸水性蒙脱土面膜基材的制备及其性能研究

孙燕霞，郭 阳，倪剑波，王晨晨，陈晓玲，马 辉

(嘉兴学院材料与纺织工程学院，浙江嘉兴 314000)

蒙脱土是一种层状硅酸盐天然矿物，具有良好的生物相容性和在极性介质中的可膨润性。利用同轴法静电纺丝技术将蒙脱土与具有生物相容性的硝化纤维素以无纺布为接收基材制成一种新型的面膜基材。探讨不同浓度的蒙脱土对基材表面形态结构，保水性，吸湿性，机械性能等的影响。实验结果表明，在一定的浓度范围内随着蒙脱土浓度的提高，新型面膜基材具有较高的吸湿性以及良好的保湿性，并且纤维的粗细均匀性好。

蒙脱土 硝化纤维素 同轴静电纺丝 保水性

随着美容行业的发展，面膜越来越成为人们关注的焦点。但目前面膜行业处于产品竞争状态，同时新的产品不断涌现，产品细分化进程加快，各种功能性新型面膜不断出现。撕拉型面膜，泥膏面膜，乳霜面膜等应运而生。其中贴式面膜飞速发展促进了面膜基布厂家在面膜材质和款式上不断创新，开发出各种各样的面膜基布产品。非织造面膜原料纤维向超细化发展，促使营养成分渗入到皮肤深层[1-2]。市售非织造面膜基布主要仍以棉、铜氨纤维、粘胶纤维、蚕丝等为主要原料[3]。其透气性差、克重大、保湿性有限、生产成本高及工艺繁琐的缺点依旧是面膜基材生产无法规避的问题。

静电纺丝技术目前被广泛应用于制备具有大比表面积，高孔隙率的纳米级纤维，在感光材料，超疏水材料及药物载体等方面具有很大的应用[4-5]。蒙脱土(MMT)是一种由纳米厚度的表面负电的硅酸盐片层靠静电作用堆叠而成的土状矿物，表面极性大，层间表面含水，具有较好的吸水性[6-7]。同时，蒙脱土吸水后可形成凝胶，有效地锁住水分，具有较好的保水性[8]。利用蒙脱土这种性能将其与具有生物相容性的硝化纤维素通过静电纺丝制成一种新型的面膜材料，旨在克服目前市面上以铜氨纤维、粘胶纤维、蚕丝等无纺布基材面膜克重大，保湿性较小，生产成本高，生产工艺繁琐，材料来源有限等缺点。

本文利用同轴静电纺丝法制备了五种不同蒙脱土含量的面膜基材，利用扫描电子显微镜对其进行表面形态分析，观察纤维直径大小，形貌及分布情况，并从断裂强力，吸水性，保湿性几个方面进行性能测试。通过分析发现，蒙脱土含量的增加会提高纤维直径的均匀度，在一定浓度范围内纤维的断裂强力，吸湿保湿性均有一定的提高。

1 实验部分

1.1 材料

硝化纤维素(分析纯)：市售。实验用商品化MMT(分析纯)：由浙江丰润投资控股有限公司提供。取一定量的MMT和去离子水配置成MMT悬浮液，在10000HZ下超声2h，经5000r/min离心10min，取上层清液。

1.2 仪器

同轴静电纺丝机SS-3556H静电纺丝机：北京永康乐业科技发展有限公司；分析电子天平：JA203上海海康电子仪器厂；拉伸强力测试仪YG(B)026H-250： 温州大荣纺织仪器有限公司；扫描电子显微镜S-4800：日本日立(HITACHI)；高分辨透射电镜JEM2010：日本电子光学公司。

1.3 样品制备及性能测试

1.3.1 纺丝液的制备

取预处理的MMT分别配置成不同浓度的纺丝液，硝化纤维素乙醇溶液浓度为5%，如表1所示。

表1 五种浓度MMT纺丝液

1.3.2 面膜基材的制备

采用如图1所示同轴法静电纺丝制作面膜基材，其中皮层速度2.4mL/h，芯层速度0.3mL/h，外层纺丝液4为5%的硝化纤维素乙醇溶液，内层纺丝液6为不同浓度的蒙脱土溶液。

图1 同轴法静电纺丝装置示意图

1.3.4 MMT溶液的结构表征

利用日本电子光学公司的JEM2010型高分辨透射电镜测试蒙脱土在水溶液中的均匀性及分布范围。

1.3.5 面膜基材微观结构表征

利用日本日立(HITACHI) S-4800扫描电子显微镜观察五种面膜基材及纯硝化纤维素基材的纤维形状，分布范围及均匀度。

1.3.6 面膜基材性能测试

(1)断裂强力：对五种面膜基材，分别剪取三块试样，规格为5cm×1mm，用单纤维强力仪分别对五种织物进行强力测试，隔距为10mm，速度1mm/min，修正系数为1。

(2)吸湿性：对五种面膜基材，分别剪取三块试样，规格为4cm×4cm，分别对五种织物进行称重为m0，在室温下放置于200mL蒸馏水中，24h后取出，垂直悬挂2min，称重为mi，其中，吸水率=(mi-m0)/m0。

(3)保水性：对五种面膜基材，分别剪取三块试样，规格为4m×4cm，分别将五种试样称重为m0，然后于室温下浸入蒸馏水中，待浸没2min后拿出，将试样悬挂2min，此后每隔3min后再称重，30min后称重为mi，其中，保水率=(mi-m0)/m0。

2 结果与讨论

2.1 MMT溶液结构分析

利用透射电子显微镜对MMT溶液进行结构分析，如图2所示，白色区域为网孔，黑色区域为蒙脱土，从图中可以看出蒙脱土呈小球形均匀稳定的分散在水溶液中，粒径大约为94nm，大大增加了后期静电纺丝溶液的稳定性及可纺性。

图2 MMT溶液的TEM图片

2.2 面膜基材微观形态分析

利用扫描电子显微镜对样品进行表面形态分析，从图3SEM图片可以看出，A图中纤维产生了珠状纤维，单根纤维分布不均匀，纤维分散的比较开。而在图B-E珠状纤维数量随着蒙脱土比例的增加明显减少，分叉纤维增多，纤维直径趋于均匀，并且纤维的分布集中，越来越接近于F纯硝化纤维素，在相同的纺丝工艺下产生这种差异的原因是纺丝液中蒙脱土含量的变化，随着蒙脱土含量的增加，溶液的粘度增加，纺丝液表面张力降低，在喷射过程中纺丝液表面的静电力容易克服其表面张力，得到珠串缺陷少、形态比较完善的纤维。

图3 不同MMT与硝化纤维素配比样品的SEM图片

2.3 面膜基材的断裂强力测试

对各样品分别进行断裂强力测试，从图中数据分析可得0.5%MMT浓度纺丝液所制成的面膜基材单位质量断裂强力大约为3200cN/g， 0.75%、1.5%含量次之，0.3%、1.0%配比的基材强力最差。可能因为MMT具有良好的吸水性能，水分子具有增塑作用，可部分消除纤维上的弱点，且从图4扫描电镜图可以看出，0.5%MMT较0.1%MTT纤维更规整，使得应力分布比较均匀，纤维能够均匀地承受外力，断裂强力有所提高；而随着MMT含量的继续增加，芯层的吸水量增多导致纤维发生了溶胀，分子间作用力减小，断裂强力有所下降。

图4 不同MMT与硝化纤维素配比样品的断裂强力

2.4 面膜基材的吸湿性能测试

对各样品分别进行液体吸湿性能测试，从下图5分析可得，MMT浓度为0.5%的基材液体吸收率为3500%左右，均优于其他几种配比，这是由于MMT的特殊层间结构使水分子比较容易进入，使纤维吸水性较好，而当MMT含量大于0.5%时，吸水性能下降可能由于MMT在芯层的密度比较大，结合的水分子的量较少，限制了水分子的进入，结果使吸水性能下降。

图5 不同MMT与硝化纤维素配比样品的吸收率

2.5 面膜基材的保水性能测试

对各样品分别进行保水性能测试，从实验数据中观察到在30min后0.75%含量的保水率为460%较其他浓度高，1.5%、1.0%、0.3%次之，0.5%最低。但总体上呈上升的趋势，而产生这种无规律性的差异一方面可能是由于处于纤维芯层的MMT吸水后会形成凝胶，并且蒙脱土特殊的层间结构也利于保水，另一方面则可能是由于在纺丝过程中纤维存在缺陷，分叉纤维较多，粗细度不均匀，在性能测试时影响较大。

图6 不同MMT与硝化纤维素配比样品的保水性

3 结论

本文探究不同浓度的MMT溶液与硝化纤维素静电纺丝对无纺布基材的断裂强力，保水性，吸湿性的影响，结果表明，经MMT整理所制的无纺布基材断裂强力及液体吸收率均有不同程度的提高。在所测试的MMT浓度范围内以0. 5%MMT溶液所制得无纺布基材强度及吸水性能最好，但保水性能较差。MMT生产成本低，生产工艺简单，材料来源广泛，能大大降低生产加工成本，而且其还有良好的生物降解性，符合现在绿色环保的理念，为新型面膜材料的开发与创新提供了思路。

[1] 李杨. 面膜用水刺非织造布的开发与性能测试[D]. 青岛：青岛大学, 2016.

[2] 刘丽仙,蒋丽刚,申奉受,等. 面膜配方技术和面膜布材质概述[J].日用化学品科学, 2015, 38(6):6-9.

[3] 苏婷婷. 纤维面膜材料结构与性能分析及主客观评价相关性研究[D]. 上海：东华大学, 2015.

[4] 梁列峰，李代洋，杨婷，等.静电纺丝技术的研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(4)：126-131.

[5] 许乾慰,王伟,李岩,等. 静电纺丝纤维形貌的研究[J]. 材料导报, 2007, 21(10):95-97.

[6] 方克明,邹兴,苏继灵. 纳米材料的透射电镜表征[J]. 现代科学仪器, 2003(2):15-17.

[7] 李琪,魏取福,汪莹莹,等. 锦纶6/有机蒙脱土复合纳米纤维的制备与表征[J]. 纺织学报, 2007, 28(11):1-4.

[8] 谢友利,张猛,周永红. 蒙脱土的有机改性研究进展[J].化工进展, 2012, 31(4):844-851.

Thepreparationandperformancestudyofhighwater-absorbentfacialmaskmadeofnitrocelluloseandmontmorillonites

SUNYan-xia,GUOYang,NIJian-bo,WANGChen-chen,CHENXiao-ling,MAHui

(College of Textile and Materials, JiaxingUniversity,Jiaxing, 314000, China)

Montmorillonites is a kind of layered silicate natural mineral with good biocompatibility and swelling ability in polar medium.In this paper, a new type of mask made from nitrocellulose and montmorillonites has been prepared by coaxial electrospinning technology, and the influence of montmorillonites with different concentration on the surface morphological structure,water retention, moisture retention and mechanical properties of the substrate was investigated. The experimental results show that, in a certain range of concentration, with the increase of concentration of montmorillonites, the new mask substrate has high moisture absorption and good moisture retention, and the uniformity of fiber is good.

montmorillonite nitrocellulose coaxial electrospinning moisture retention

2017-07-03

嘉兴学院重点SRT项目(SRT2016B039)

孙燕霞(1996-)，本科，研究方向：纺织品功能整理。

TS17

A

1008-5580(2017)04-0110-04