单双面拒水整理对纸尿裤纯棉面层性能的影响

1.东华大学纺织学院,上海 201620；2.福建南纺有限责任公司，福建 南平 353000

随着社会经济的发展以及生活水平的提高，人们对生活用品的性能要求越来越高，纯棉、拒水、无氟、轻薄等纺织品逐渐进入人们的生活。目前，市场上的纯棉亲肤卫生用品的纯棉面层材料主要是通过双面拒水整理的方法赋予纯棉材料拒水功能，而这很容易造成宝宝“红屁屁”现象的出现[1-2]。

目前，对纯棉水刺非织造材料的拒水整理方式有泡沫、喷淋、等离子体、静电喷涂、涂层等。泡沫整理后材料的手感变硬，喷淋整理与浸渍整理的效果差别不大，等离子体、静电喷涂整理只适用于实验室中小样的制备，涂层整理对于柔软性很好的纯棉材料来说难度过大且不易操作。这些整理方式均不适用于低面密度卫生材料面层的拒水整理[3-5]。

本文采用喷雾器对纯棉水刺非织造材料进行拒水整理，并与双面整理纸尿裤纯棉水刺非织造材料的面层进行性能对比，验证单面喷雾拒水整理的优越性。同时研究了网孔大小对纯棉水刺非织造材料单、双面整理的影响，为单面喷雾拒水整理最佳喷雾时间及面层网孔大小的选择提供参考。

1 试验部分

1.1 试剂及仪器

试验原料：38 g/m2纯棉水刺非织造材料，福建南纺有限责任公司；蜡质拒水整理剂137D，上海新诺化工有限公司；去离子水；人工尿液(97.09%去离子水，1.94%尿素，0.80%NaCl，0.11%MgSO4·7H2O，0.06%CaCl2，均为质量分数)。

试验仪器：喷雾器；TM3000型扫描电子显微镜，日本日立有限公司；傅立叶红外显微成像光谱仪，赛默飞世尔科技公司；YG461E型全自动透气性测定仪，温州方圆仪器有限公司；光学接触角测量仪，德国Dataphysics公司；YG814D型液体穿透仪，温州方圆仪器有限公司；滑移量、返湿量测试仪器，自制。

1.2 整理方法

1.2.1 单面喷雾拒水整理

单面喷雾拒水整理剂的配制：将1.6 mL蜡质拒水整理剂137D与100 mL去离子水在常温下混合均匀。单面喷雾处理工艺：纯棉水刺非织造材料→喷雾器对材料单面喷雾→材料在80 ℃下烘干。

1.2.2 双面浸渍拒水整理

双面浸渍拒水整理剂的配制：分别将不同体积的蜡质拒水整理剂137D与100 mL去离子水在常温下混合均匀，得到不同体积分数的拒水整理剂。双面浸渍整理工艺：纯棉水刺非织造材料→双面浸渍整理(一浸一轧，带液率为30%)→材料在80 ℃下烘干。

1.2.3 不同整理方式材料的质量变化

表1为相同的材料质量增加百分率时，对应的单面喷雾拒水整理时间和双面浸渍拒水整理剂体积分数。

表1 材料的质量增加百分率对应的不同整理方式的参数

1.3 试验方法

1.3.1 表面形貌

取经过单面喷雾拒水整理的纯棉水刺非织造材料，在同一位置的正反面进行SEM测试。取经过双面浸渍拒水整理的纯棉水刺非织造材料，随机在某一位置进行SEM测试。

1.3.2 透气性

参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，预调温湿度(20±2) ℃、(65±2)%，试样压差100 Pa，试样面积50 cm2。分别取经不同时间单面喷雾整理和不同整理剂体积分数双面浸渍整理的纯棉水刺非织造材料进行测试。

1.3.3 接触角

取经不同时间单面喷雾整理的纯棉非织造材料同一位置的正反面测试接触角，取不同整理剂体积分数双面浸渍整理的纯棉非织造材料任一位置测试接触角。

1.3.4 纸尿裤性能

滑移量测试参考GB/T 24218.11—2012 《溢流量的测定》，返湿量测试参考GB/T 24218.14—2010 《包覆材料反湿量的测定》，液体穿透时间测试参考GB/T 24218.13—2010 《液体多次穿透时间的测定》。

2 试验结果与分析

2.1 表面形貌

双面浸渍拒水整理后的纯棉水刺非织造材料的表面、宏观、微观形貌如图1(a)所示。经过双面浸渍拒水整理的材料具有较好的拒水效果，其在200 μm下的宏观状态并没有明显的变化，但此时可以看出单根纤维表面的粗糙度增大且有明显的附着物，说明材料的拒水效果受到粗糙度的影响。图1(b)为单面喷雾拒水整理20 s时未处理面的表面、宏观、微观形貌，可以看出此面材料没有拒水效果，且在200 μm下的宏观状态也没有什么变化；相对于图1(a)来说，纤维表面要光滑得多，这可能是由于纤维未与拒水整理剂结合的原因。图1(c)为单面喷雾整理20 s时处理面的表面、宏观、微观形貌，可以看出材料具有明显的拒水效果，在200 μm下的宏观状态也没有什么变化，但是粗糙度明显大于图1(b)。

图1 拒水整理材料的表面形貌SEM照片

蜡质拒水整理剂137D是石蜡、氧化聚乙烯和乳化剂的混合溶液，其拒水原理就是在材料表面形成一层表面能较低的膜，允许水气通过，但是不允许液态水通过[6]，从而具有拒水效果。从图1中可以发现，只要织物经过拒水整理，那么其微观表面就会发生变化，这是由于材料表面形成了不允许液态水透过的表面膜。

2.2 透气性

图2和图3是拒水整理材料的透气率。从图2中可以看出，随着拒水整理剂体积分数的增加，双面拒水整理材料的透气率逐渐减小，这是由于浸渍处理造成材料孔径减小；从图3中可以看出，喷雾时间对材料的透气性几乎没有影响。因此，单面喷雾整理材料的透气性要比双面浸渍整理材料的透气性好，单面拒水整理方法具有优越性。

图2 双面浸渍拒水整理材料的透气率

图3 单面喷雾拒水整理材料的透气率

2.3 接触角

图4和图5分别为双面浸渍和单面喷雾拒水整理材料的接触角。由图4可以看出，双面浸渍整理对材料的接触角影响较大，随着拒水整理剂体积分数的增加，材料的接触角增大，但当整理剂体积分数大于0.8%后，其对材料接触角的影响较小。对于单面喷雾整理，处理面材料的接触角随着喷雾时间的增加而增大，但是当喷雾时间大于20 s后接触角的增加不明显；未处理面材料的接触角较小，随着喷雾时间的增加，未处理面接触角有所增加，当喷雾时间为30 s时，接触角明显增大，达到35°左右，但是仍然表现明显的亲水性。当喷雾时间为20～30 s时，材料仍具有单向导水效果。可见，单面喷雾整理的效果要远远优于双面浸渍整理。

2.4 纸尿裤性能测试

图5 单面喷雾拒水整理材料的接触角

返湿量指的是液体透过非织造面层材料以后反渗到表层的液体质量。纸尿裤的返湿量越小，面层越干爽，皮肤的舒适度越高。图6为单双面拒水整理材料的返湿量对比，可以看出：不论是单面喷雾整理还是双面浸渍整理，材料的返湿量均随着拒水剂量的增加而逐渐减小，且双面浸渍整理材料的返湿量大于单面喷雾整理材料；经过单面喷雾整理的材料的性能优于双面浸渍整理材料，当喷雾时间≥20 s时，材料返湿量的变化比较缓慢，均能够满足实际应用中的性能要求。

图6 单双面拒水整理材料的返湿量

液体穿透时间(STT)指的是液体垂直方向上穿过非织造材料所用的时间，STT值越小，材料单向导水效果越好，尿液在材料面层停留的时间越短，面层材料越干爽，皮肤的舒适感越好。图7为单双面拒水整理材料的液体穿透时间对比，可以看出：双面浸渍整理材料的STT始终大于单面喷雾整理材料；当喷雾时间≤10 s时，随着拒水整理时间的增加，单面喷雾整理材料的STT增加幅度较小，但是当喷雾时间>10 s时，单面喷雾整理材料的STT增加幅度较大；随着拒水整理剂体积分数的增大，双面浸渍整理材料的STT增加。总的来说，单面喷雾整理的效果优于双面浸渍整理，且单面喷雾整理以≤20 s为佳。

图7 单双面拒水整理材料的液体穿透时间

滑移量(RO)指的是液体流经材料表层而未被吸收的量，可以用来表征材料对液体的导液能力，RO值越小，材料的导液性能越好，面层越干爽。图8为单双面拒水整理材料的RO值对比。可以看出：双面浸渍整理材料的RO值始终大于单面喷雾整理材料；当喷雾时间≤20 s时，随着拒水整理时间的增加，单面喷雾整理材料的RO值没有增加，但是当喷雾时间>20 s时，单面喷雾整理材料的RO值增加幅度较大；随着整理剂体积分数的增大，双面浸渍整理材料的RO值明显增大，最大值接近10 g，这不能满足实际生活中的应用要求。单面喷雾整理材料的滑移量小于双面浸渍整理材料，且单面喷雾整理时间≤20 s时较好[7-9]。

图8 单双面拒水整理材料的滑移量

综上，单面喷雾整理面层材料的纸尿裤性能均优于双面浸渍整理面层材料纸尿裤，且对于单面喷雾整理来说，喷雾时间≥20 s时返湿量较小，喷雾时间≤20 s时液体穿透时间较短，喷雾时间≤20 s时滑移量较小。综合考量，单面喷雾整理时间选用20 s时，纸尿裤性能达到最好。

2.5 网孔大小对纸尿裤性能的影响

目前市场上的纸尿裤均为网孔面层材料。本文选用面密度均为35 g/m2的纯棉平纹、小网孔(1 mm)、大网孔(4 mm)材料，采用相同的整理方法及工艺，均单面喷雾20 s，然后对材料的返湿量、液体穿透时间、滑移量进行测试。测试结果见表2。

从表2中可以看出：对于返湿量来说，平纹<小网孔<大网孔，小网孔材料相对于平纹材料变化较小；对于液体穿透时间：平纹>小网孔>大网孔，小网孔材料相对于大网孔材料变化较小；对于滑移量来说，平纹>小网孔>大网孔，小网孔材料对于大网孔材料变化较小。因此，对于纯棉平纹、小网孔、大网孔材料来说，小网孔材料较佳。实际生产中，不同的加工工艺以及不同的原材料都会对材料的性能造成影响，因此应该根据实际情况选择不同的网孔大小，以达到最佳的使用效果。

3 结论

(1) 经过单面喷雾拒水整理的纯棉水刺平纹材料比双面浸渍拒水整理的透气性好。

(2) 单面喷雾拒水整理的纯棉水刺平纹材料的返湿量、液体穿透时间、滑移量均优于双面浸渍拒水整理材料。

(3) 单面喷雾拒水整理的最佳整理时间为20 s。

(4) 以纯棉平纹、小网孔(1 mm)、大网孔(4 mm)材料作为纸尿裤面层材料，小网孔(1 mm)材料较佳。