CN112981710A - 一种高吸湿性水刺无纺布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及无纺布加工领域，更具体地说，它涉及一种高吸湿性水刺无纺布及其制备方法。其中一种高吸湿性水刺无纺布，原料包括竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维，竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维的质量比为（5～7）:1:（12～15）。通过上述三种纤维的混合，可以实现高吸水性、高强度的兼顾。另外，本申请设计上述无纺布的制备方法，可以高效便捷地对高吸湿性无纺布进行加工生产。
Description
技术领域
本申请涉及无纺布加工领域，更具体地说，它涉及一种高吸湿性水刺无纺布及其制备方法。
背景技术
无纺布是一类不经纺织而形成布面的无纺布，具有较为广泛的运用。无纺布常被用于清洁用布、医用布等，因此需要具有较好的吸湿性能。竹炭纤维是一种具有强吸湿效果的纤维，具有较好的吸附性，同时也具有一定的远红外性质，在一定程度上具有杀菌功效。
但是，单纯依靠竹炭纤维制备无纺布，制得的无纺布较脆，作为无纺布其在使用过程中，强度不佳。
发明内容
为了，本申请提供一种高吸湿性水刺无纺布及其制备方法。
一方面，本申请提供一种高吸湿性水刺无纺布，采用如下的技术方案：
一种高吸湿性水刺无纺布，其原料包括竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维；所述竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维的质量比为(5～7):1:(12～15)。
在本申请中，通过竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维进行混合，其中聚丙烯纤维具有较好的强度和柔顺性，而竹炭纤维具有较好的吸水性，二者混合作用，可以得到韧性、吸水性和强度俱佳的无纺布。甲壳素纤维表面具有较多的活性基团，在无纺布内部可以形成分子间作用力带来的偶联结构，提高了纤维和纤维之间的连接强度，使聚丙烯纤维和竹炭纤维可以充分混合，同时也通过活性基团提高无纺布的亲水性，使该无纺布可以更加快速地吸收水分。综上所述，采用竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维的混合体系制备水刺无纺布，具有高吸湿性、高韧性、高强度和高弹性，具有较好的运用前景。
可选的，，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维通过如下步骤制得：
S1、通过单体和引发剂在聚丙烯上进行接枝处理，得到接枝聚丙烯；
S2、将接枝聚丙烯通过熔融纺丝机进行纺丝，得到改性聚丙烯丝线；
S3、改性聚丙烯丝线通过绕卷、集束、牵伸、卷曲、切断，得到改性聚丙烯纤维。
采用接枝改性聚丙烯纤维，可以在聚丙烯纤维周围形成一定的立体结构，进而实现纤维的排序较为不规整，而不规整的纤维排序结构会产生较大的空隙，进而可以容纳更多的水分，提高纤维的吸湿效果。
可选的，在步骤S1中，所述单体为甲基丙烯酸或丙烯酸中的任意一种。
在上述技术方案中，选用丙烯酸类的单体进行接枝改性，丙烯酸聚合物的侧链上有着较多的羧基结构，亲水性较好，同时也可以与其他纤维形成更强的氢键相连，提高了无纺布的吸水性和强度。同时，采用丙烯酸类单体进行接枝改性也可以提高聚丙烯纤维的相容性，使整个体系更加均匀。
可选的，在步骤S2中，接枝聚丙烯在进行熔融纺丝时，先与其他辅料进行混合，对应每100份重量份的接枝聚丙烯，其他辅料的加入量如下：
海泡石粉末 2～5份；
海藻酸钠 1.5～3份；
表面活性剂 6～8份；
其他助剂 0～5份。
海泡石粉末是一种具有多孔结构的粉体，海藻酸钠则是一类糖结构，通过海泡石粉末和海藻酸钠可以形成一定程度的框架结构，进而保留体系中的空隙结构，使无纺布在经过多次水洗烘干后，依旧可以保持较好的吸湿效果。表面活性剂可以提高上述成分与聚丙烯成分的相容性，进一步提高聚丙烯纤维的均匀度和强度。
可选的，所述其他助剂包括抗氧剂、抗紫外剂、抗静电剂中的至少一种。
通过添加抗氧剂、抗紫外剂、抗静电剂中的至少一种，有助于进一步提高该无纺布的耐候性。
可选的，该无纺布的原料还包括莫代尔，所述莫代尔的质量与甲壳素纤维的质量比为(2～2.5):1。
掺杂莫代尔可以提高无纺布的触感和舒适性，使无纺布在使用时更加柔软顺滑，提高使用手感。尽管莫代尔耐水性不好，容易缩水，但是在甲壳素纤维的辅助下，可以减缓这种皱缩现象，具有较好的定型效果，因此掺杂莫代尔后无纺布的保湿性能和无纺布的强度变化不大，弹性也较好。
可选的，该无纺布在水刺过程中，通过质量分数为1～3％的氯化钙水溶液进行水刺。
通过氯化钙水溶液进行水刺，在水刺过程中，钙离子可以与海藻酸钠反应形成海藻酸钙，海藻酸钙具有一定的凝胶结构，有助于进一步提高该无纺布的吸水性能。水刺完毕后通过漂洗可以洗去残留的钙离子，减少对无纺布本身柔顺都的影响。
可选的，在步骤S1中，得到的接枝聚丙烯的接枝率不低于4％。
在上述技术方案中，较高接枝率的聚丙烯外围可以实现更为松散的空间结构，有助于海藻酸钙凝胶结构的留存，进一步提高无纺布的吸水性能。较高的接枝率还有助于提高纤维与纤维之间的连接强度，进一步提高了无纺布的强度。
可选的，所述竹炭纤维、甲壳素纤维和改性聚丙烯纤维纤度为2.0～4.5dtex。
采用上述直径和纤度的纤维，可以形成密实度适中的无纺布，空隙都和强度较为适宜，适用于实际生产和使用需求。
另一方面，本申请提供一种高吸湿性水刺无纺布的制备方法，具体采用如下技术方案：
一种制备上述一种高吸湿性水刺无纺布的制备方法，具体包括如下步骤：
A、按重量比例抓取竹炭纤维、甲壳素纤维、改性聚丙烯纤维和莫代尔，并混合均匀，得到纤维混料；
B、将步骤A中得到的纤维混料进行开松梳理，形成无纺布纤维网；
C、对步骤B中得到的无纺布纤维网通过氯化钙水溶液进行水刺处理，得到粗制无纺布；D、粗制无纺布再经打卷、漂洗、干燥，得到高吸湿性水刺无纺布。
在上述技术方案中，可以较为方便快捷地将纤维经过纺织形成无纺布，通过氯化钙水溶液进行水刺处理，再经过打卷、漂洗、干燥，最终得到无纺布具有较好的吸湿性和较好的强度，同时柔顺度和弹性也较佳。
综上所述，本申请的技术方案具有以下至少一种有益效果：
1.在本申请中，通过竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维进行共同混合制备，使得该无纺布具有较好的吸湿性能的同时，也具有较好的韧性、强度和弹性。
2.在本申请进一步设置中，采用接枝改性聚丙烯纤维，形成一定的立体结构，提高了聚丙烯纤维周边的孔隙率，进而提高纤维的吸湿效果。
3.在本申请进一步设置中，添加海泡石粉末和海藻酸钠，进一步提高无纺布中的孔隙结构，同时保持纤维的强度，同样兼顾了无纺布的吸湿性能和强度。
4.在本申请进一步设置中，通过氯化钙水溶液对纤维网进行水刺，通过氯化钙和海藻酸钠的反应形成凝胶网络结构，进一步提高无纺布的吸湿效果和强度。
具体实施方式
以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。
在本申请中，部分原料的购买来源如表1所示。
表1、部分原料来源规格表
| 成分 | 来源/规格 |
| 竹炭纤维 | 不同型号规格均购买自吉藁化纤 |
| 甲壳素纤维 | 不同型号规格均购买自青岛即墨 |
| 聚丙烯纤维 | 盛杰织带，短纤，3.3dtex |
| 莫代尔 | 博拉纤维，1.3dtex |
| 聚丙烯母粒 | 美孚PP880 |
| 海泡石粉末 | 拓亿新材料，500目、1000目、2000目 |
| 海藻酸钠 | Sigma-Aldrich |
| 海藻酸钙 | Sigma-Aldrich |
| 斯盘-20 | Sigma-Aldrich |
| 乙撑基癸烷基二甲基氯化铵 | 易和精细化工 |
| 十八烷基三甲基氯化铵 | 上海雪捷化工，70％含水量 |
| 抗氧剂 | 抗氧剂626，巴斯夫 |
| 抗紫外剂 | 光稳定剂783，巴斯夫 |
| 抗静电剂 | 抗静电剂P18，巴斯夫 |
首先，设置如下制备例，用于制备改性聚丙烯纤维。
制备例1，改性聚丙烯纤维，通过如下步骤制备得到：
S1、通过单体和引发剂在聚丙烯上进行接枝处理，得到接枝聚丙烯，具体如下：将聚丙烯母粒、丙烯酸和引发剂以100:10:1的质量比进行混合，随后在双螺杆挤出机上挤出造粒，双螺杆挤出机的挤出温度为188℃，螺杆转速为30r/min，得到的接枝聚丙烯接枝率为4.2％。
S2、按照如表2中所示的配方比例将接枝聚丙烯与其他原料进行混合，在熔融纺丝机中进行纺丝，熔融纺丝机的纺丝温度为192℃，得到改性聚丙烯丝线。
S3、对改性聚丙烯丝线进行绕卷、集束、牵伸、卷曲、切断，得到改性聚丙烯纤维，牵伸倍数为3倍。最终得到的改性聚丙烯纤维的纤度为3.3dtex。
制备例2～6，改性聚丙烯纤维，与制备例1的区别在于，在步骤S2中，所用的配方比例如表2所示。
表2、制备例1～6的丙烯酸丝线加工配料表(单位：重量份)
在以上实施例中，表面活性剂为斯盘-20。
制备例7～10，改性聚丙烯纤维，与制备例6的区别在于，通过调整步骤S2中的熔融纺丝机的喷丝头，最终得到的改性聚丙烯纤维的纤度为分别为1.6dtex、2.0dtex、4.5dtex、6.0dtex。
制备例11～15，改性聚丙烯纤维，与制备例6的区别在于，在步骤S1中，通过调节丙烯酸或甲基丙烯酸的加入量，进而得到带有不同接枝率和接枝单元的接枝聚丙烯，具体如表3所示。
表3、制备例1～15中接枝丙烯酸性质调整实验表
| 编号 | 单体 | 聚丙烯、单体和引发剂质量比 | 接枝率 |
| 制备例1～10 | 丙烯酸 | 100:10:1 | 41％ |
| 制备例11 | 丙烯酸 | 100:15:1.5 | 44％ |
| 制备例12 | 丙烯酸 | 100:8:1 | 36％ |
| 制备例13 | 甲基丙烯酸 | 100:12:1.5 | 40％ |
| 制备例14 | 甲基丙烯酸 | 100:20:2 | 45％ |
| 制备例15 | 甲基丙烯酸 | 100:5:0.5 | 30％ |
制备例16，改性聚丙烯纤维，与制备例6的区别在于，用等质量海藻酸钙替换海藻酸钠。
实施例17，改性聚丙烯纤维，与制备例6的区别在于，表面活性剂选用等质量的乙撑基癸烷基二甲基氯化铵。
实施例18，改性聚丙烯纤维，与制备例6的区别在于，表面活性剂选用等质量的十八烷基三甲基氯化铵。
以上述制备例为基础，得到如下实施例和对比例。
实施例1，一种高吸湿性水刺无纺布，通过如下步骤进行制备。
A、按照竹炭纤维、甲壳素纤维、聚丙烯纤维和莫代尔5:1:15:2的重量比，通过抓棉机抓取上述三种纤维，并在魂棉机中混合均匀，得到纤维混料。
B、将步骤A中得到的纤维混料进行开松梳理，形成无纺布纤维网。
C、将步骤B中的无纺布纤维网在普通自来水作用下进行水刺处理，其中，水刺工艺分六道水流进行，每道水流的水压均为200Bar，并在正反两面均进行水刺处理，得到粗制无纺布。
D、粗制无纺布经打卷、漂洗后，加热干燥，最终得到高吸湿性水刺无纺布。
其中，在步骤A中，竹炭纤维的的纤度为3.6dtex，甲壳素纤维的纤度为3.2dtex，聚丙烯纤维选用制备例1中制备得到的改性聚丙烯纤维，三种纤维的长度均在50±5mm区间内。在步骤B中，控制无纺布纤维网的密度，使最终制得无纺布的克重为60±5g/m2。
实施例2～18，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例1的区别在于，聚丙烯纤维分别为制备例2～16中制得改性聚丙烯纤维。
实施例19，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例1的区别在于，聚丙烯纤维为购买自盛杰织带的聚丙烯短纤，纤度为3.3dtex。
实施例20～26，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例6的区别在于，对应每单位重量甲壳素纤维，竹炭纤维、聚丙烯纤维和莫代尔的用量及选用的甲壳素纤维，竹炭纤维、聚丙烯纤维和的种类具体如表4所示。
表4、实施例6～10及20～26中纤维组成参数表
实施例27，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例6的区别在于，在步骤C中，用质量分数为1％的氯化钙水溶液进行水刺。
实施例28，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例27的区别在于，在步骤C中，氯化钙水溶液的质量分数为3％。
实施例29，一种高吸湿性水刺无纺布，与实施例27的区别在于，在步骤C中，氯化钙水溶液的质量分数为5％。
针对上述实施例，设置对比例如下。
对比例1，一种水刺无纺布，与实施例1的区别在于，在步骤A中，不含聚丙烯纤维。
对比例2，一种水刺无纺布，与实施例1的区别在于，在步骤A中，不含竹炭纤维。
对比例3，一种水刺无纺布，与实施例1的区别在于，在步骤A中，不含甲壳素纤维。
对比例4，一种水刺无纺布，与实施例1的区别在于，在步骤A中，竹炭纤维、甲壳素纤维、聚丙烯纤维和莫代尔的质量比为2:1:18:2。
对比例5，一种水刺无纺布，与实施例1的区别在于，在步骤A中，竹炭纤维、甲壳素纤维、聚丙烯纤维和莫代尔的质量比为15:1:5:2。
对于上述实施例和对比例，设置如下实验，对无纺布的性质进行测定。
实验1、无纺布吸水性实验，参照国标《21655.1-2008纺织品.吸湿速干性的评定.第1部分:单项组合试验法》，测定上述无纺布的吸水率。
实验2、无纺布断裂机械强度实验，参照《国标GB╱T 3923.1-2013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)》，设定伸长速率100％/min，拉伸速率100mm/min，测定其干断裂强度、湿断裂强度和断裂伸长率。
实验3、无纺布用户体验，邀请100名志愿者，对制得无纺布在干湿情况下的柔软度和柔顺度进行打分，满分为10分。
对实施例1～6及对比例1～5进行实验1和实验2，得到实验结果如表5所示。
表5、实施例1～6及对比例1～5的实验数据表
| 编号 | 吸水率(％) | 断裂强力(N) | 断裂伸长率(％) |
| 实施例1 | 145.4％ | 84.8 | 71.5％ |
| 实施例2 | 149.8％ | 85.0 | 73.3％ |
| 实施例3 | 120.6％ | 75.1 | 76.5％ |
| 实施例4 | 118.9％ | 80.6 | 68.0％ |
| 实施例5 | 125.3％ | 73.8 | 45.9％ |
| 实施例6 | 148.4％ | 84.1 | 80.7％ |
| 对比例1 | 139.6％ | 40.6 | 17.2％ |
| 对比例2 | 50.1％ | 66.3 | 96.4％ |
| 对比例3 | 106.4％ | 41.5 | 24.6％ |
| 对比例4 | 91.2％ | 55.0 | 78.9％ |
| 对比例5 | 111.7％ | 69.1 | 28.5％ |
通过上述实施例和对比例的数据可知，采用本申请中的配方制备无纺布，可以兼具较好的吸湿率、较高的断裂强力和较好的断裂伸长率得到的无纺布可以兼顾吸水性、强度和弹性，具有较好的性质。实施例3～6对聚丙烯纤维的组分进行了一定的调整，其中，实施例3由于缺少海藻酸钠，聚丙烯纤维本身的强度降低，同时吸水性也降低。实施例4中缺少海泡石，同样会造成吸水性和强度降低。实施例5中，缺乏表面活性剂，因此聚丙烯纤维内部结构分散不均匀，对强度和弹性有较大的影响。
对比例1～5中，对纤维的组成进行了调整。对比例1中缺少聚丙烯纤维，由于竹炭纤维本身较脆，因此对无纺布的强度和弹性有明显的影响。对比例2中则缺少竹炭纤维，严重影响了无纺布的吸水效果。对比例3中缺少甲壳素纤维，因此整体缺少粘性，制得的无纺布比较松散，强度和弹性均较差。对比例4和对比例5中纤维的比例不佳，同样对纤维的性质有着较大的影响。
值得注意的是，在本申请中，无纺布的断裂伸长率若需要进一步提高，可以通过在制备聚丙烯纤维时按照一定比例添加弹性体母粒实现，且对面料的性质影响不大。
进一步地，对实施例7～10及实施例20～26，进行实验1和实验2，实验结果如表6所示。
表6、实施例7～10及20～26的实验数据表
| 编号 | 吸水率(％) | 断裂强力(N) | 断裂伸长率(％) |
| 实施例7 | 147.3％ | 84.6 | 80.6％ |
| 实施例8 | 147.9％ | 84.2 | 85.7％ |
| 实施例9 | 150.2％ | 85.1 | 82.9％ |
| 实施例10 | 135.5％ | 84.8 | 79.0％ |
| 实施例20 | 155.6％ | 79.9 | 70.4％ |
| 实施例21 | 138.2％ | 88.3 | 74.6％ |
| 实施例22 | 146.6％ | 88.4 | 50.9％ |
| 实施例23 | 149.4％ | 65.2 | 38.8％ |
| 实施例24 | 129.9％ | 94.4 | 62.4％ |
| 实施例25 | 140.3％ | 89.6 | 87.1％ |
| 实施例26 | 146.9％ | 85.1 | 77.9％ |
在上述实施例中，对不同纤维的纤度和比例进行了调节。整体上，纤维变细会使吸水率降低，原因可能是纤维与纤维之间的空隙减少，导致储水量下降，但是强度和弹性会稍有提高。但是进一步细化纤维，会导致弹性也有所降低，其原理可能为，当纤维过细时，纤维与纤维之间的缠绕更容易发生，因此整体形成较为固定的结构，难以形变。而断裂本身使纤维内部的断开，因此影响不大。
实施例25中，未添加莫代尔，对无纺布本身的吸湿性能和强度没有明显的影响。
进一步地，对实施例11～19及实施例27～29进行实验1和实验2，实验结果如表7所示。
表7、实施例11～19及27～29的实验数据表
在实施例11～15中，调整了改性聚丙烯纤维上的接枝官能团及接枝率，可见，当接枝率在4％以上时，相较于低于4％的接枝率，最终得到的无纺布具有明显大的性能优势。且相较于实施例19中，采用接枝丙烯酸或甲基丙烯酸的聚丙烯纤维制得的无纺布吸水率和断裂强力均更高。
在实施例16中，用海藻酸钙替代海藻酸钠，而在实施例27～29中，则通过氯化钙溶液进行水刺，从而在体系中形成海藻酸钙凝胶。相较于直接添加海藻酸钙，采用此方法，凝胶结构分布更加均匀，对于无纺布的吸水性和强度均有较好的影响，直接添加海藻酸钙反而有相反的效果。
对于无纺布的触感，选取实施例1、实施例6、实施例11、实施例13、实施例22、实施例27～29，进行实验3，结果如表8所示。
表8、部分样品使用体验打分
| 编号 | 柔软度 | 柔顺度 |
| 实施例1 | 8.6 | 9.0 |
| 实施例6 | 8.5 | 9.0 |
| 实施例11 | 8.8 | 9.3 |
| 实施例13 | 8.1 | 8.1 |
| 实施例22 | 8.3 | 7.8 |
| 实施例27 | 9.1 | 9.2 |
| 实施例28 | 9.1 | 9.3 |
| 实施例29 | 8.3 | 8.4 |
通过上述数据可知，在实施例29中，采用了较高浓度的氯化钙溶液，最终会导致无纺布偏硬偏粗糙，造成不良的用户体验。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，其原料包括竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维；所述竹炭纤维、甲壳素纤维和聚丙烯纤维的质量比为（5～7）:1:（12～15）。
2.根据权利要求1所述一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，所述聚丙烯纤维为改性聚丙烯纤维，所述改性聚丙烯纤维通过如下步骤制得：
S1、通过单体和引发剂在聚丙烯上进行接枝处理，得到接枝聚丙烯；
S2、将接枝聚丙烯通过熔融纺丝机进行纺丝，得到改性聚丙烯丝线；
S3、改性聚丙烯丝线通过绕卷、集束、牵伸、卷曲、切断，得到改性聚丙烯纤维。
3.根据权利要求1所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，在步骤S1中，所述单体为甲基丙烯酸或丙烯酸中的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，在步骤S2中，接枝聚丙烯在进行熔融纺丝时，先与其他辅料进行混合，对应每100份重量份的接枝聚丙烯，其他辅料的加入量如下：
海泡石粉末 2～5份；
海藻酸钠 1.5～3份；
表面活性剂 6～8份；
其他助剂 0～5份。
5.根据权利要求4所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，所述其他助剂包括抗氧剂、抗紫外剂、抗静电剂中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，该无纺布的原料还包括莫代尔，所述莫代尔的质量与甲壳素纤维的质量比为（2～2.5）:1。
7.根据权利要求4所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，该无纺布在水刺过程中，通过质量分数为1～3%的氯化钙水溶液进行水刺。
8.根据权利要求7所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，在步骤S1中，得到的接枝聚丙烯的接枝率不低于4%。
9.根据权利要求1所述的一种高吸湿性水刺无纺布，其特征在于，所述竹炭纤维、甲壳素纤维和改性聚丙烯纤维纤度为2.0～4.5dtex。
10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的一种高吸湿性水刺无纺布的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
A、按重量比例抓取竹炭纤维、甲壳素纤维、改性聚丙烯纤维和莫代尔，并混合均匀，得到纤维混料；
B、将步骤A中得到的纤维混料进行开松梳理，形成无纺布纤维网；
C、对步骤B中得到的无纺布纤维网通过氯化钙水溶液进行水刺处理，得到粗制无纺布；
D、粗制无纺布再经打卷、漂洗、干燥，得到高吸湿性水刺无纺布。
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| GR01 | Patent grant | ||
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