凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布的制备工艺研究*

嘉兴学院材料与纺织工程学院， 浙江 嘉兴 314001

采用印花树脂法，对纯棉水刺非织造布局部加以拒水剂整理，然后将拒水整理后的纯棉水刺非织造布浸轧于氢氧化钠溶液中，再经堆置和松式洗烘，得到布身呈凹凸褶皱状的纯棉水刺非织造布[1]。其原理是利用棉纤维在碱液处理时膨化、在松式洗烘后发生收缩的特性，纯棉水刺非织造布上未印有拒水剂的部分会受氢氧化钠的作用而收缩，而印有拒水剂的部分则可免受氢氧化钠的碱缩作用。拒水整理工艺实施后，整理剂会与纤维形成化学结合并牢固地附着于纤维表面，故纯棉水刺非织造布的透气性会有所下降，但因水刺非织造布中有孔洞的存在，局部拒水整理后的纯棉水刺非织造布仍会保持着良好的透气性[2]。因此，最终获得的凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布在具有天然棉纤维特性的同时，还具备良好的吸液性、蓬松性、单向导湿性(如某些特定工艺的产品)等，产品可用于面膜和卫生护理用品等领域。

本文将对具有最佳效果的凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布的制备工艺进行试验性研究。

1 试验

1.1 试验材料

纯棉水刺非织造布，面密度为60 g/m2，常熟永得利水刺无纺布有限公司提供；SG-5有机硅拒水剂，嘉兴华晟助剂工业有限公司提供；氢氧化钠(AR)(氢氧化钠质量分数为96.0%)，西陇科技股份有限公司提供。

1.2 试验仪器

YG461D数字式织物透气仪、FY908柔软度测定仪、FY101A-II电热恒温鼓风烘箱、YG026H-50电子强力机、YG141N型数字式织物厚度仪等。

1.3 试验方法

1.3.1 试样制备

纯棉水刺非织造布局部区域先用SG-5有机硅拒水剂处理成条纹状，自然晾干，再浸轧氢氧化钠溶液，在松式环境下堆置一定时间，最后用清水洗净再用烘箱烘干，得到凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布试样。其中，在试样的制备过程中，氢氧化钠用量是主要的影响因素。文献[3]已就氢氧化钠用量进行了论述，故本文确定选取的氢氧化钠质量浓度在250～300 g/L。

下文将以该制备工艺为基础，应用正交设计试验法，确定主要的工艺参数及范围，并验证优化结果。

1.3.2 性能指标

力学性能测试参照GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》进行；厚度测试参照GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》进行；透气性测试参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》进行。每个试样测试5次，其中力学性能测试为纵横向各5个测试结果，最终结果取平均值。

2 测试结果与讨论

2.1 正交设计结果与分析

以氢氧化钠质量浓度、温度、堆置时间为3因素，且不考虑3因素间的交互作用，每个因素取3个水平，选取正交表L9(34)设计正交试验[4]，测试制备的9组试样的断裂强力、透气量、柔软度和保水率，并通过极差分析评价制备的凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布，找到最优工艺。表1为各因素水平选取表，表2为正交设计与试验结果，表3为试验结果的分析。

表1 各因素水平选取表

表2 正交设计与试验结果

表3 试验结果分析

若此凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布用于制作面膜，则以吸液率、断裂强力和透气量越大越好，柔软度和1 h 液体蒸发率越小越好。从表3可以看出：若以透气量为单一评价指标，选择最优方案为A2B3C1，即氢氧化钠质量浓度300 g/L、温度50 ℃、堆置时间4 min；若以柔软度为单一评价指标，选择最优方案为A2B1C3，即氢氧化钠质量浓度300 g/L、温度30 ℃、堆置时间12 min；若以1 h液体蒸发率为单一评价指标，选择最优方案为A1B2C2，即氢氧化钠质量浓度250 g/L、温度40 ℃、堆置时间8 min；若以吸液率为单一评价指标，选择最优方案为A2B3C2，即氢氧化钠质量浓度300 g/L、温度50 ℃、堆置时间8 min；若以横向断裂强力为单一评价指标，选择最优方案为A3B1C2，即氢氧化钠质量浓度350 g/L、温度30 ℃、堆置时间8 min；若以纵向断裂强力为单一评价指标，选择最优方案为A1B1C2，即氢氧化钠质量浓度为250 g/L、温度30 ℃、堆置时间8 min。

因此，从纵横向断裂强力、透气量、吸液率、柔软度和1 h液体蒸发率等因素综合考虑，确定最优方案为A2B1C2，即对局部拒水剂整理的纯棉水刺非织造布进行碱处理，当氢氧化钠质量浓度为300 g/L、温度为30 ℃、堆置时间为8 min时，所得试样的综合性能较为优异，是较理想的凹凸褶皱风格产品。

2.2 产品性能对比分析

将筛选出的最优方案对局部拒水整理的纯棉水刺非织造布试样进行碱处理，并与未经碱处理的试样进行性能对比分析。

2.2.1 物理力学性能

碱处理前后试样物理力学性能测试结果见表4。

表4 碱处理前后试样的物理力学性能

从表4可以看出，试样经碱处理后其柔软度有所下降，断裂强力和断裂伸长率在纵横向上都表现出明显的增强。主要原因是，碱处理后，除拒水剂整理的区域没有发生变化外，试样其他区域均产生了收缩，尺寸变小、厚度增加，纤维之间缠结更紧密。加之，非织造材料的断裂强力与纤维自身强力及其缠结程度密切相关[5]，故在纤维自身强力变化不大的情况下，局部拒水整理的纯棉水刺非织造布的纵横向断裂强力均会随着纤维之间缠结程度的增加而增加，但柔软度和透气量有一定程度的减小。

2.2.2 吸液性及保水性

测试方法及步骤：将大小相等的、碱处理前后的、局部拒水整理的纯棉水刺非织造布试样在相对湿度为65%、温度为25～27 ℃的环境中平衡2 h，然后称取试样质量，记录数据为吸水前试样质量；再将试样完全浸没在水里，用网兜捞出并悬挂至不再滴液时进行质量称取，记录数据为吸水后试样质量；再将试样放置在同等环境下，1 h后称量其质量，计算其1 h液体蒸发率；2 h后称量其质量，计算其2 h液体蒸发率；3 h后以同样方法计算其3 h液体蒸发率。

吸液率与液体蒸发率按式(1)～式(4)计算，测试及计算结果见表5。

吸液率% (1)

从表5可以看出，碱处理后的试样的吸液率有一定程度的增加。主要原因在于，材料的吸液率与其接触液体的面积和自身孔隙有关。碱处理后的试样发生了收缩，厚度增加，导致纤维之间孔隙率增加，这增大了可吸液的面积，使碱处理后的试样对液体具有良好的吸收性能。此外，从表5还可以看出，碱处理后试样的2 h液体蒸发率和3 h液体蒸发率均小于碱处理前试样相应的液体蒸发率，这进一步说明在碱缩的作用下，众多的孔隙率对非织造布的保水性有一定程度的改进，碱处理后试样具有较好的保湿性。

2.2.3 尺寸稳定性及质量变化

尺寸稳定性表示非织造布在使用过程中，受湿、热、洗涤或溶液浸渍作用而产生的尺寸变化，通常也称为收缩性[6]。

测试方法：试样尺寸取35.00 cm×35.00 cm，测量并记录碱处理前后局部拒水整理的纯棉水刺非织造布试样的尺寸及质量。尺寸稳定性指标——收缩率按式(5)计算，结果见表6。

(5)

表6 试样纵横向收缩率及质量变化结果

如表6所示：碱处理后试样质量都有所增加，说明碱液有部分残留；纵横向收缩都较为剧烈，且纵向收缩率明显大于横向收缩率，这与表4中试样的纵横向断裂强力(即纵向断裂强力大于横向断裂强力)相对应。

3 结论

经拒水剂局部整理和高浓度氢氧化钠溶液处理后，纯棉水刺非织造布在吸液性、保水性、厚度、尺寸

稳定性及断裂强力等方面有较大改善。且当氢氧化钠质量浓度为300 g/L、温度为30 ℃、堆置时间为8 min时，可获得良好吸湿保湿且具有美观效果的凹凸褶皱型纯棉水刺非织造布。

[1] 蔡再生.染整概论[M].2版.北京：中国纺织出版社，2008：207-209.

[2] 潘虹，李建强，周晓洁.纯棉水刺非织造材料单向导湿性能研究[J].非织造布，2012(4)：58-61.

[3] 吴少新.纯棉泡泡纱产品的开发[J].针织工业，2003(1)：75-76.

[4] 王颉.试验设计与SPSS应用[M].北京：化学工业出版社，2007.

[5] 于伟东.纺织材料学[M].北京：中国纺织出版社，2006：13-26.

[6] 郭秉臣.非织造布的性能与测试[M].北京：中国纺织出版社，2007：136-137.