张子薇 张淑洁 羌培华 伏立松 张亚婷 赵学成
1. 天津工业大学 纺织科学与工程学院(中国)
2. 南通醋酸纤维有限公司(中国)
在“美丽经济”的推动下,护肤养颜已成为当代适龄女性的日常行为。敷贴方便、效果显著、使用范围广[1]的贴式面膜已占据护肤品市场的核心地位,面膜市场目前已成为中国日化行业增长最快的细分市场之一[2]。自2002年起,中国面膜市场飞速发展。2017年,面膜市场销售总额高达200亿元。与此同时,随着护肤产品消费群体年轻化,消费者的消费观念、消费方式、消费习惯发生转变,品质与舒适成为消费主题[3],面膜市场迎来新的机遇与挑战。
贴式面膜由按脸型切割的面膜基布和调配好的高浓度保养精华液构成。敷贴时,面膜基布作为吸附精华液的载体,在皮肤表面形成封闭层,暂时将使用者的面部肌肤与外界环境分离,使肌肤表面的温度升高,毛孔张开,从而提高护肤成分在皮肤中的渗透量及渗透深度,促进肌肤对精华液的吸收[4]。面膜中的营养成分被皮肤表皮细胞吸收,皮肤变得柔软,充满光泽和弹性。
当前市场上,不同种类、材料、功能和制备工艺的贴式面膜众多,但却无完善、明确的标准对其性能进行评价。此外,关于贴式面膜发展近况的文献报道较少。本文对贴式面膜的发展进行梳理,具体介绍其种类、基布材料、制备方法、性能参数,举例分析各参数对基布性能的影响,并展望贴式面膜基布的发展趋势,以期为贴式面膜基布的研发工作提供参考。
根据面膜载体,贴式面膜分为带塑料纸贴式面膜(图1)和不带塑料纸贴式面膜(图2)。其中,带塑料纸贴式面膜约占贴式面膜市场的85%。大部分贴式面膜基布较薄,容易变形,塑料纸有助于固定贴式面膜形状,减缓精华液的流失,同时亦可使贴式面膜与其作用部位贴合得更加紧密。
图1 带塑料贴纸贴式面膜
图2 不带塑料纸贴式面膜
根据面膜作用部位,贴式面膜又分为整体贴式面膜和部位贴式面膜。
整体贴式面膜即根据人体面部轮廓裁剪制成的贴式面膜。按照结构分为全脸覆盖式贴式面膜和上下分离式贴式面膜。全脸覆盖式贴式面膜(图3)包含眼孔、呼吸孔、鼻子切线,并在眼部两边、颧骨和下巴两边留有缝隙,便于贴合面部。其缺点是不能因人而异,不能满足不同脸型消费者的需求。上下分离式贴式面膜(图4)采用分片裁剪法,在眼、口、鼻部对应位置采用立体开口式裁剪,并以鼻尖对应位置处为分界线,分为上下两节,可适应更多脸型的需求。
图3 全脸覆盖式贴式面膜
图4 上下分离式贴式面膜
部位贴式面膜是针对面部某一器官,按照器官轮廓裁剪制得的贴式面膜,使用过程中可与作用部位贴合得更加紧密,达到最优的敷贴效果。按照作用部位分为眼贴式面膜(图5)、唇贴式面膜(图6)和鼻贴式面膜(图7)。眼贴式面膜形状各异,有双眼连膜无口型、双眼连膜有口型、铜钱型、月牙型、凤眼型、椭圆型及U型。鼻贴式面膜分为三角形鼻贴式面膜和长形鼻贴式面膜。
图5 不同类型的眼贴式面膜
图6 唇贴式面膜
a) 三角形鼻贴式面膜
市面上的贴式面膜基布以棉纤维、再生纤维素纤维、蚕丝纤维为主要原料。这些纤维不仅来源广泛,且绿色环保,符合可持续发展的理念[5]60。采用水刺工艺将其加工成型,可提高面膜基布强度,增加面膜基布的柔软度,符合消费者需求。
棉纤维因其纯天然、不刺激的特性,成为最早被用来制作贴膜基布的原料。尹月煊等[6]借助灵敏度较高的鸡胚绒毛尿囊膜模型,测试包括棉纤维基布在内的7种常用面膜基布的刺激性,通过比较添加基布前后血管变化情况给基布评分,评分结果表明棉纤维基布对鸡胚的刺激最小。此外,经梳理机梳理、交叉铺网机铺网、高压水刺针水刺制成的棉纤维基布不仅拉伸性好,且吸水后不易变形,但棉纤维基布制得的贴式面膜与面部贴合度不高,面膜上的精华液易滴落。为了解决棉纤维基布因弹性低而与脸部贴合度低的问题,林世达[7]以复合超细纤维与标准脱脂棉为原料,把经梳理得到的两层单向纤维网叠加,再经水刺得到结构紧密的立体网状弹性面膜基布,所得基布与脸部贴合度提高。与棉纤维同属植物纤维的木棉纤维细小柔软,不易成网。黏胶纤维可有效改善木棉纤维不易成网的问题,且易于梳理,比木棉纤维价廉。以木棉纤维和黏胶纤维为原料制备面膜基布可大幅降低生产成本。使用气流成网工艺将木棉纤维梳理成木棉纤维层,利用机械设备将黏胶纤维梳理成面密度为43~53 g/m2,厚度为0.48~0.51 mm的黏胶纤维层,再采用气流成网,使黏胶纤维层粘附在木棉纤维层顶面,经水刺加固即可得到物美价廉的面膜基布(图8)。
1——黏胶纤维层;2——木棉纤维层。
2.2.1 黏胶混合纤维基布
黏胶纤维是以棉或其他天然纤维中提取的纤维素为原料制成的。黏胶纤维基布的主要优点是含湿率较高,光滑凉爽,消除了可能引起的过敏风险。
可乐丽(Kuraray)株式会社为提高基布的保湿性和精华液的渗透性,研制出了复合膜KURAFLEXNM 65(以下简称“NM 65”),该基布分为两层:直径为4 μm超细纤维构成的亲肤层、适当疏松结构的非织造布保水层。刘亚娟等[9]对天丝、铜氨纤维、普通非织造布和NM 65制成的基布进行饱和吸液量测定,发现NM 65 的饱和吸液量最小;利用Corneometer CM 825型皮肤水分测试探头,测试手臂内侧皮肤水分含量在敷面膜后一定时间内的变化时,发现90 min后NM 65的皮肤水分处于较高水平。受双层复合膜的启发,以黏胶纤维为主体的复合基布越来越多,复合的纤维也不仅局限于天然纤维。例如,以聚丙烯非织造布和黏胶纤维网为原料,经过复合叠加可制成透气性好、力学性能好、成本低的双层复合结构面膜基布[10];以质量比为1∶1的珍珠纤维与黏胶纤维为原料,经开松、梳理、纤维网叠加、水刺后可制得具有嫩肤养颜功效的面膜基布[11];利用纳米喷雾技术把胶原蛋白/壳聚糖微球喷洒到黏胶纤维上,可制备出保湿率高达85.3%且锁水性强的含胶原蛋白/壳聚糖微球的保湿面膜[5]62。
为了提升原有纤维的性能,可利用物理或化学方法对纤维进行处理。魏路平[12]将苎麻切成小段用水浸渍,经蒸汽爆破后进行超声浸洗并除杂,再浸入壳聚糖乙酸水溶液中得到改性苎麻纤维,再与黏胶纤维进行混合,经开松、梳理、交叉铺网、水刺加固、脱水、干燥即可得到面膜基布。该面膜基布不仅持液能力强,而且能承受三维立体剪裁,为基布三维裁剪的实现提供了条件。
2.2.2 铜氨纤维混合纤维基布
铜氨纤维是一种再生的纤维素纤维,是将棉短绒等天然纤维素溶解在铜氨溶液中制成的。以其为原料制得的基布轻薄服贴、有弹性,但会有化学物质残留,持液率较低。李杨等[13]以铜氨纤维、莫代尔纤维和壳聚糖纤维为原料,通过混纺、水刺开发出了一款“隐形面膜”,并测试了基布的各项性能。由测试结果可知,通过改变不同成分的比例开发出的面膜基布与进口面膜基布无明显差异,达到了隐形的效果。对海藻/铜氨纤维面膜基布进行凝胶化处理[14]可在改善基布的保水性、提高持液率的同时,增强基布对重金属离子的吸附能力,经测试,处理后基布对金属镉离子的吸附量可达1.352 mg/cm2,相较于市场上普通的面膜具有特殊的功能性。
2.2.3 莱赛尔纤维混合纤维基布
莱赛尔纤维是经N-甲基吗琳-N-氧化物(NMMO)处理植物纤维后得到的纤维素纤维。由莱塞尔纤维制成的面膜基布毒性极低,绿色环保[15],缺点是生产成本高,产率低。采用水刺技术可制备出具有良好吸液性、保水性、通透性、柔软性及优异贴肤效果的竹莱赛尔纤维基布[16]。将竹莱赛尔纤维基布与铜氨纤维基布比较,发现其贴肤效果更好,但其生产工艺较为繁琐。鉴于莱赛尔纤维自身吸附性能优越,服贴效果好,郑钟喆等[17]以长度为36~40 mm,线密度为1.11~1.56 dtex的莱赛尔纤维为原料制备面膜贴片基布。对含纤维素浆料及NMMO的莱赛尔纺丝原液进行纺丝、复丝、水洗、油剂处理、卷曲、干燥、切割、梳理、水刺得到莱赛尔短纤集合体,再将其加工成面膜贴片基布。通过对基布各项性能指标进行测试,发现其不仅不易变形,服贴性提高,而且基布接近肤色,从外观上减小了与肌肤颜色的差异感。选用质量比为1∶1的1.00 dtex和1.67 dtex莱赛尔纤维,经喂入、开松、混合、梳理成网、复合铺网、水刺后可制得轻薄、柔软贴肤微孔面膜基布,改善传统面膜不透明而被视为“鬼脸”的尴尬[18]。
在绿色环保的大趋势下,环保基布独树一帜。以质量分数分别为75%、20%和5%的木长纤维、木短纤维和湿强剂为原料,经混合水刺后可制得亲肤型绿色环保的木纤维面膜基布[19],不仅操作方便,而且节能低碳。
构树为耐旱、耐热的桑科野生植物,其韧皮部纤维质量占比达59.2%。枝条横切面的纤维呈束分布,与麻类的纤维分布相同。构树纤维的强度较高,既抗菌又可天然降解,与现行的低碳环保理念十分相符。杨永兴等[20]选用线密度为5~8.5 dtex、长度为38~51 mm的竹原纤维,线密度为0.2~0.28 tex、长度为16~18 mm的构树纤维及线密度为0.9~2.2 dtex、长度为38 mm的天丝纤维为原料,将其分别进行交叉铺网、交叉铺网、平行铺网,最后经水刺加固制得3层复合基布,该基布融合了竹原纤维、构树纤维及天丝纤维的特点,既有抗菌功能又低碳环保,且生产简单易行。
蚕丝面膜主要的原材料是蚕丝纤维和活性蚕丝蛋白。蚕丝蛋白[21]是一种性能优良的天然蛋白,与人体肌肤组成成分十分接近,因而对肌肤更具亲和力。制成贴式面膜使用时,可疏通毛孔,增强毛孔的通透性,从而将有效成分运输到肌底细胞中。医学研究表明:蚕丝蛋白中含有18种氨基酸。这些氨基酸能迅速渗入皮肤肌底,给肌肤供给能量,促进肌肤的新陈代谢。蚕丝纤维中孔隙较多,亲油基团和亲水基团同时存在,赋予了蚕丝纤维对精华液中有效成分的高吸附力和高持液率。此外,蚕丝中的丝胶还具有保湿、抗氧化、抗炎等特性。然而,蚕丝贴式面膜的拉伸性差,容易撕破。实际生产时,可将蚕丝纤维与其他纤维混纺,这样不仅可保持其原有特性,还能提升面膜基布的力学性能。李东进[22]以蚕丝纤维、Lenzing FR纤维、天丝及丙烯基弹性体混合物为原料,制得具有优异锁水保湿性的弹性面膜基布。
面膜作为一种美容护肤产品,除了要达到滋养润肤的效果外,给消费者带来舒适体验也至关重要。贴式面膜在使用过程中的肤感是由基布和精华液的相互配合实现的。在贴式面膜的使用过程中,基布在面部肌肤与外界环境之间起到“屏障”作用,肌底温度迅速升高,促使毛孔张开,精华液渗透,细胞的新陈代谢加快[23]。根据贴式面膜功能及消费者的体验需求,贴式面膜基布的性能参数包含3类:基本性能参数、舒适性能参数和功能性参数。
3.1.1 面密度
基布面密度是指基布单位面积的质量,是影响基布性能的重要参数指标。参照GB/T 24218.1—2010《纺织品 非织造布测试方法第1部分:单位面积质量的测定》进行测试。
随着“隐形面膜”的兴起,基布厚重的传统面膜面临淘汰。基布的面密度大小直接影响面膜的“隐形”程度。这是因为基布纤维较细或排列较为稀疏时,纤维之间的孔隙增加,部分光线直接穿过孔隙,减少光线损失,从而提高基布的透明性,实现“隐形”。
3.1.2 厚度
基布厚度是指在规定压力下基布两表面间的距离。参照GB/T 24218.2—2010《纺织品 非织造布测试方法 第2部分:厚度的测定》进行测试。
实现“隐形”的另一个关键是减小面膜基布的厚度,基布较薄时,不仅看起来通透美观,而且因为厚度小,可加快精华液渗透到面部皮肤的速度,提升护肤效率。
3.1.3 纤维表观形态
目前通常采用电子显微镜对纤维表观形态进行观察。纤维的截面形状及表面形态会对光线的透射、折射等产生影响。李杨[24]分别以铜氨纤维、壳聚糖纤维、海藻纤维、黏胶纤维为原料采用水刺工艺制备面膜基布,研究发现在所选的纤维中,黏胶纤维的双折射率最大,且在精华液中对光的反射率较大,这是黏胶纤维面膜基布透明度低,颜色与肤色相差较大的主要原因。
3.1.4 回潮率
基布的回潮率指基布中水分质量占干燥基布质量的百分数。参照GB/T 6503—2008《化学纤维回潮率试验方法》进行测试。基布的回潮率与基布纤维材料密切相关。其中,纤维素纤维的回潮率较大,约为13%。
3.1.5 断裂强力及断裂伸长率
在一定测试条件下拉伸基布,基布断裂时的最小拉力为断裂强力,此时基布的伸长率为断裂伸长率。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》进行测试。
面膜基布在制备过程中,基材需被完整拉伸裁剪;在使用时,吸附精华液的基布,也需经拉伸后与使用者的面部贴合,因此基布应在干态和湿态下都具有一定的强力和伸长率,以满足基布尺寸稳定性的要求。范珺[25]32以生物纤维素、涤纶、黏胶、铜氨纤维、木浆纤维为原料制备了6种面膜基布,并对这6种面膜基布进行拉伸试验,试验结果表明:在所制备的6种基布中,生物纤维素基布抗拉强度最高,其原因在于生物纤维素纤维粗细一致,纤维相互缠结成三维立体结构,纤网结晶度高,不易断裂,因而生物纤维素基布抗拉强度较高。
3.1.6 孔隙率
非织造材料孔隙率是指非织造材料孔隙体积与非织造材料总体积的比值,是衡量非织造材料允许水、空气通过的能力的重要指标。水刺非织造材料孔隙率的计算式如式(1)所示。
(1)
式中:n——孔隙率,%;
ρ——纤维密度,g/m3;
σ——材料厚度,mm;
m——材料面密度,g/m2。
非织造材料纤维网由纤维和孔隙构成,孔隙率是影响非织造材料的透气、透湿性能的关键因素。基布的结构越紧密,孔隙率越低,气体和液体穿过基布时所受的阻力越大,从而直接影响基布的透气性和透湿性。
3.2.1 透气性
基布的透气性是指在基布两边维持一定压力差的条件下,单位时间内通过单位面积基布的空气量。参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》进行测试。
面膜基布具有良好的透气性方可保证面部皮肤细胞与外界的气体交换,从而促进基底细胞新陈代谢,因此透气性是基布生产制备时的关键因素之一。
3.2.2 透湿性
透湿性是基布生产研发时需要考虑的另一重要因素。基布的透湿性指一定温度、湿度、风速下,单位时间内透过基布单位面积的水蒸气质量。参照GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分:吸湿法》进行测试。
面膜的使用时间一般为15~20 min,在此期间精华液会挥发,导致基布出现发干的现象。为提升消费者的使用舒适感,基布应具有低透湿性。涤纶与黏胶纤维混纺制得的面膜基布的透湿性随黏胶纤维所占比例增大而减小[25]33,这主要是因为黏胶纤维具有亲水性,易于水刺成网,经水刺工艺后,纤维间缠结点增多,基布厚度增加,导致基布孔径变小,从而降低基布的透湿性,延长精华液与皮肤的作用时间。这一研究成果为生产低透湿性基布提供了思路。
3.2.3 柔软性
面膜基布柔软与否是人在接触基布,如摸、揉、抓时的一种主观感受,主要受生理和心理因素的影响。基布的柔软性是基布受力时表现出的平滑感觉、弯曲、延伸等力学性能的综合反映[26]21。可用弯曲刚度和弯曲滞后矩表征,通常采用KES-F型织物风格仪测试。
3.3.1 渗透性
渗透性是用以研究皮肤吸收面膜精华液能力的指标,即透皮吸收研究所需指标。可采用Franz扩散池,构建模型装置进行面膜精华液渗透测试。操作时,首先裁剪出4 cm×4 cm的正方形试样片,置于恒温恒湿室调湿24 h以上;接着对调湿后试样进行称重,记为m0;然后对玻璃皿+模拟皮肤(木浆纸吸收层+头层牛皮组合,记为组合a)进行称重,记为M0;将试样置于盛精华液的玻璃皿中充分浸润2 min,取出后竖直静置2 min,再将试样平铺于模拟皮肤上,然后开始计时;3 min后,将面膜与模拟皮肤分离,对组合a称重,记下数据Mi(i=1,2,……),再将面膜重新敷在之前的位置,每隔 3 min重复此操作,直到整个模拟皮肤的质量开始减少为止。渗透率按照式(2)计算。
(2)
苏婷婷等[26]47通过对14种常见面膜基布材料的性能参数进行对比分析,发现面密度越大,初始渗透速度越小。这是因为随着面密度增大,面膜基布材料结构变得紧密,携带的精华液量少,使得初始渗透速度小。因此,控制渗透性的关键指标为材料的面密度。
3.3.2 带液率
带液率是指面膜基布吸收精华液后的持液能力。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》进行测试。
面膜的美容效果主要靠基布所携带的精华液来实现。若基布持液能力较低,致使其所携带精华液少,不仅会降低护肤效果,还会使基布反吸皮肤水分,使保养效果大打折扣。基布材料的带液量由纤维表面吸附能力和孔隙吸附能力决定。研究发现,以不同浓度的纤维素纳米晶(CNC)溶液处理黏胶纤维时,面膜基布的带液率随着CNC浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,这是因为改性基布接触水分子时,水分子迅速扩散到纤维间隙中,随后为水分子与CNC上的羟基、纤维上的亲水基团结合的过程,此时基布带液率升高[27]77,但随着CNC 浓度的增大,基布的孔径减小,液体的传输能力下降,基布的吸水速率下降,直接导致基布带液率下降。因此,合理的控制CNC的浓度,使其接近拐点峰值可有效地提高基布的带液率。一般来说,精华液的质量应为基布质量的12~13倍,为了减少浪费,基布的持液率在10倍左右即可。
3.3.3 保水率
基布的保水率测试没有统一的测试标准。参考试验方法[28]:先将面膜基布浸润在去离子水中2 min,取出后静置1 min,沥干多余水分,称重记为质量M1;然后,将面膜基布在室温(25 ℃)下放置20 min,称取其质量M2,保水率(WR)按照式(3)计算。
(3)
以棉纤维、黏胶纤维、竹纤维、珍珠纤维、涤纶/黏胶(50/50)、涤纶/黏胶(40/60)、涤纶/黏胶(30/70)为原料,采用水刺工艺制备面膜基布时,研究面密度、厚度、孔径及缠结系数与回潮率和放湿速度的关系,发现放湿速度与面密度、缠结系数在0.01水平上呈现负相关,与孔径在0.01水平上呈现正相关[26]36。这说明在不影响面膜使用的情况下,适当加大基布面密度,可降低精华液的挥发;适当加大缠结系数,使基布孔径减小,可提高基布的保水能力。
随着消费观念的转变,消费者对面膜功能的需求越来越细分化、复杂化、个性化。贴式面膜在基布材质、工艺上不断地升级换代,推陈出新。各种新型纤维材料、改性纤维材料、符合绿色可持续发展理念的加工工艺被应用于制备贴式面膜的基布。生物质纤维基布、纳米纤维素基布越来越受到市场的认可。
生物质纤维基布中含细菌纤维素纤维、壳聚糖纤维和海藻纤维的基布应用较广。
4.1.1 细菌纤维素纤维基布
细菌纤维素(BC)是一种微生物在液态含糖基质中产生并分泌到基质中的胞外纤维素。其内部相互交联的束状纤维组成的网状结构和孔道,使BC具有良好的吸水性和透气性。由BC制成的面膜基布拉伸性能良好,适用范围广。PERUGINI等[29]在评价3种生物纤维素面膜对皮肤美容效果的影响时,将69名25~64岁的健康白种人女性志愿者随机分为3组,分别使用3种不同功效的面膜:抗衰老、提升和细胞更新面膜,使用8周,每周3次,试验结果表明生物纤维素面膜具有非常好的耐受性。使用“抗衰老”面膜2个月后,皮肤粗糙度和皱纹宽度显著下降,皮肤均匀性也有所改善。使用“提升”面膜1个月后,皮肤弹性明显增强。此外,使用“细胞更新”面膜1个月后,皮肤的新陈代谢明显提高。再次印证了生物纤维素面膜可成功地将精华液中的有效成分释放到皮肤中的结论。唐静等[30]以经过常压室温等离子体诱变的葡糖醋杆菌G31为菌种,以Hestrin-Schramm培养基静态发酵制备BC,并对BC基布进行力学性能、持水性、透气性测试,发现BC 基布的拉伸强度为1.27 MPa,断裂伸长率为16.29%,基布含水率高达99%,氧气透过率大于水蒸气透过率,说明基布的结晶度较高,不易变形,持水能力强,锁水性强,能够有效防止水分蒸发。
目前,也可利用超声法从天然植物中提取总黄酮,用以培养木醋杆菌,再将产物纯化、切割可制备面膜基布[31]。该基布不仅成本低,而且持水性和透气性好,抗辐射效果明显。此外,在pH值为5~6,含0.2~0.8 g/L的羧甲基纤维素的培养基中培养木醋杆菌,也可制得面膜基布[32]。该基布不仅制备工艺简单,且保湿性强,原料利用率大幅提高。以木醋杆菌发酵香蕉皮形成的细菌纤维素为原料,经水刺工艺可制得平均厚度为0.015 cm,拉伸强度为(6×104±8×103)N/cm2,伸长率为79.05%±15.78%的纤维素基布[33]。
4.1.2 壳聚糖混合纤维基布
壳聚糖属于多糖类天然高分子物质,具有独特的生物活性,无毒、生物相容性好、成膜性好、易降解、对皮肤无刺激、能增强皮肤的免疫力[34]。其成本较高、力学性能较弱,因而其主要研究方向是对其进行改性处理及混纺以降低成本,提高力学性能。按质量份数计,以45~50份去离子水、1~2份对氨基苯磺酸、1~2份对甲苯磺酸和3~5份亚硝酸钠为原料水浴制备改性液。按质量比1∶5,将壳聚糖纤维浸泡至上述改性液中,经过滤、冷冻干燥收集改性壳聚糖纤维。然后按质量比3∶7,将改性壳聚糖纤维和黏胶纤维复合,经梳理、水刺可制得易降解、力学性能优越的面膜基布[35]。在KOH/LiOH·H2O/尿素溶剂中加入壳聚糖粉末,制备壳聚糖溶液,把纤维素浆料加入预冷的LiOH·H2O/尿素水溶液中,经机械搅拌,将上述溶液共混搅拌脱泡后制得壳聚糖/纤维素复合凝胶,最后在乙酸乙酯气体的环境下凝聚出凝胶材料,纯化处理后可制得具有良好抑菌性、吸附性、可降解性和力学性能优越的复合膜基布[36]。
壳聚糖纤维机械性能较差,在成网过程中纤维容易出现因抱合力减小而导致的破网现象,因此常与刚度较小、初始模量较低的纤维进行混纺。刘亚等[37]以7种质量比将壳聚糖纤维与黏胶纤维混纺,性能测试结果显示:随着黏胶纤维含量的增加,基布的断裂强力增强。混纺虽然可综合不同纤维材料的优点,但引入其他纤维的同时也会降低壳聚糖的生物相容性。胡广敏等[38]研发了一种方便操作、成本低、节能环保且能够在不破坏壳聚糖纤维原有性能的基础上,提高纤维力学性能的基布制备方法。先把壳聚糖纤维置于含琥珀酸酐、乙酸酐、马来酸酐、己酸酸酐、月桂酸酸酐的溶胀剂中进行轴向拉伸,然后经清洗、干燥、水刺可制得高吸水性壳聚糖面膜基布。该基布与普通壳聚糖纤维基布相比,取向度提高29.8%~36.3%,结晶度提高14.4%~23.1%,断裂强度提高22.3%~34.7%,最大吸液能力提高1.4~2.0倍,实现了对壳聚糖纤维的优化。
4.1.3 海藻酸混合纤维基布
海藻酸是从褐藻等藻类植物中提取的一种天然高分子材料。利用海藻酸,采用湿法纺丝技术可制得海藻酸纤维。以海藻酸纤维为原料,经水刺工艺制得的海藻纤维面膜基布的吸液率高达1 296.37%,其润湿性明显优于天丝面膜基布[39]。利用海藻纤维分子自身具有大量羧基等亲水基团的特性,将其与羧甲基纤维素纤维混合,可制备超吸水保湿的面膜基布[40]。秦益民等[41]分别向竹纤维、天丝纤维、棉纤维中添加质量百分数为25%、15%、15%的海藻酸钙纤维,经混合、水刺工艺制得混纺基布,测试混纺基布与原纤维基布的吸液率,发现海藻酸钙纤维中的钙离子可与透明质酸钠中的钠离子交换,形成水溶性海藻酸钠,使基布的吸液率大幅提高。
纳米纤维素是以天然纤维素为原料,通过化学、生物或物理方法制备的纳米级生物质基高分子材料。纳米纤维素不仅质量轻、强度高,且比表面积大、孔隙率高。张晴文等[27]74以CNC处理的黏胶纤维为原料制备面膜基布。将CNC稀释为不同的质量分数的溶液,将黏胶面膜基布依次置于这些溶液中浸泡10 min,垂直悬挂烘干后进行性能测试,测试结果:CNC质量分数为1%时,面膜基布带液率高达11.27%;CNC质量分数为5%时,面膜基布保水性好,但初始带液率较低。综合考虑成本、带液率和前30 min的保水性,CNC质量分数为1%较适宜。将CNC浸泡在酶溶液中,加入带有正电荷的高分子聚合物,可制备纳米纤维素凝胶溶液,将其涂抹在水刺法制备的蚕丝面膜基布上,可制备高保湿面膜基布[42]。
传统面膜基布的制备工艺较为单一,纤维经开松、梳理成网后主要通过水刺工艺制备基布。随着消费者对面膜性能要求的提高及工艺技术的进步,热轧、湿法纺丝、静电纺丝也被应用于制备基布。
通常,蒸汽爆破后所得纤维较为蓬松,若铺网后直接进行水刺不仅所需时间长而且会使所得基布发硬,影响基布的舒适性。将水刺和热轧结合可解决上述问题。李朝辉[43]在利用小麦秸秆制备面膜基布时融入了热轧工艺。将干燥麦秸切成段,用水浸泡、挤压、脱水后进行蒸汽爆破,再经梳理、交叉铺网、水刺加固、热轧成型和干燥制得性能良好的面膜基布。其热轧成型的温度为110~130 ℃,压力为2.5~3.0 MPa。
纺黏非织造技术能够生产高强力、轻盈、透明的非织造布,但其产品原料仅限于制备精华液吸附力较低、手感较硬的热塑性纤维。梳理成网法适用于大多数纤维,因此,将纺黏非织造布与梳理纤维网复合加固,成为研究热点。刘小辉[44]研发了一种新型轻、薄、透、可拉丝的复合面膜基布。操作时,先称取定量的聚酯切片,再向其中加入质量百分比为0.1%的降模量母粒及0.4%的亲水母粒,混合纺丝成网后,控制热轧温度为80~200 ℃,热轧压力为0.3~0.9 MPa,加工所得纤维层再与黏胶纤维网水刺加固。该技术将纺黏工艺与水刺加固工艺巧妙结合,避免了纺黏工艺对纤维的损伤。周正等[45]在研发具有嫩肤消炎功效的聚丙烯水刺非织造面膜基布时,将功能性聚丙烯短纤维加入水中,分散均匀后得到短纤维悬液,经成形、脱水、叠层后,制得湿法纤网。所得纤网不仅结构均匀且质量较好,其经水刺、烘干制得基布,湿态强力明显提高。黏胶纤维、木浆纤维和PLA纤维以质量比为50∶38∶12混合,经湿法成网、水刺加固制备高吸水性面膜基布,不仅简化了流程,而且有效地减少了传统工艺耗能大、污染重的现象[46]。
静电纺丝技术能有效调控纤维的精细程度,且若与功能性物质结合,可增加面膜基布的特殊功效。将质量分数为4%~10%的海藻酸钠溶液进行过滤、脱泡,得到纺丝原液,向其中加入取向度为0.872的羧甲基纤维素钠,经过滤、凝固、拉伸、水洗、卷绕、干燥后可得到拉伸率为40%~50%海藻纤维。利用蒙脱土的保水性将其与海藻纤维素通过同轴法静电纺丝和水刺工艺相结合可制得吸湿性强、保水性能优越的面膜基布[47]。将壳聚糖溶解于浓醋酸溶液中,并与纳米级竹炭粉混合,制成纺丝流体,通过静电纺丝法可制备滋养清洁型基布[48]。在现有基布中,大多数基布为实现较高的精华液吸附性,结构往往较为紧密,导致贴式面膜的透气性较低,利用静电纺丝法可对之优化。将再生丝素蛋白溶于有机溶剂中,在室温下搅拌均匀,将所得溶液在聚丙烯非织造布上进行静电纺丝,便可得到亲水-疏水双层结构纤维面膜,亲水层高效吸附精华液,疏水层有利于精华液向肌肤内渗透,该贴式面膜不仅吸液率高,且质量轻、服贴性高[49]。
贴式面膜基布的种类、材料、加工工艺随着生产技术水平的提高和消费理念的变化而不断更新。基布种类变得更加多元化、人性化,更加适合消费者对不同敷贴部位、不同敷贴效果的需求;材料由传统纤维转向新型材料,由普通纤维基材向改性基材发展,由单一生产原料向混合原料转变,增加了面膜的功能性,优化了面膜的原有性能;制备工艺也从最初的单一水刺工艺融入了热轧、湿法纺丝、静电纺丝等,工艺流程趋向简单化、环保化。
贴式基布的研发应重视对新型材料的开发,开发的重点是优化基布的物理性能,即在不影响基布使用的前提下,改善基布的物理性能,提升基布的使用价值。目前,生物质纤维基布、纳米纤维素基布、改性纤维基布等虽然已经不同程度改善了传统面膜基布存在的吸附力低、持液率低、拉伸性差、生产成本高等问题,也为未来的研究和发展指引了方向,但在新型纤维材料的开发、混纺、改性处理及简化工艺流程方面仍存在着巨大提升空间。在贴式面膜的市场爆发式增长的同时,消费者对于基布安全、实用、舒适、经济的追求将成为不变的主题。
基金项目:国家自然科学基金 (51303128;51403154;51303131)