CN114288091A - 一种植物基泡沫芯体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一次性卫生用品技术领域，提供一种植物基泡沫芯体的制备方法，包括以下步骤：S1、上泡沫材料层的制备；S2、下泡沫材料层的制备；S3、泡沫芯体注模成型；S4、干燥。制备出具有明显结构差异的复合型泡沫芯体材料，高吸水性树脂在泡沫芯体中分布均匀且位置固定，应用本发明制备的泡沫芯体生产的纸尿裤成品吸收速度快，回渗量少。
Description
技术领域
本发明涉及一次性卫生用品技术领域，尤其涉及一种植物基泡沫芯体的制备方法。
背景技术
吸收芯体是吸收性卫生用品最重要的组成部分，对产品性能起着至关重要的作用。目前，市面上常用的吸收芯体主要为绒毛浆芯体和复合芯体，绒毛浆芯体主要由高吸水性树脂(SAP)颗粒分散在绒毛浆中并在外部包裹卫生纸形成，欧美国家多采用这种芯体，但该芯体在使用过程中易发生结团、断裂或打卷现象。复合芯体是目前国内普遍采用的芯体结构，主要由无纺布/卫生纸、蓬松棉、高吸水性树脂组成，芯体完整性好、不断裂结团。比如中国专利申请号：202021835547.0公开了一种有效提高吸收速度的纸尿裤，包括由上至下依次层叠设置的透液性面层、吸收芯层以及不透液性底层，定义所述纸尿裤具有沿宽度方向的横向及沿长度方向的纵向，所述吸收芯层包括由上至下层叠设置的膨化纸层、上SAP层、蓬松棉层、下SAP层、以及纺粘无纺布层。再比如中国专利号申请：201922267571.2公开了一种吸收芯体，所述吸收芯体包括多层本体，所述多层本体从上至下依次为：上包覆层、第一高分子吸收层、蓬松棉层、第二高分子吸收层和下包覆层，所述吸收芯体通过将所述多层本体的两侧端相对进行至少一次的弯折来获得。吸收芯体上的高吸水性树脂，主要采用在线撒播复合的方式，往往存在撒播不均匀的情况，且不能有效固定，在外力作用下高吸水性树脂容易在吸收芯体中发生移位，影响吸收芯体的使用效果。
发明内容
因此，针对背景技术指出的不足之处，本发明提供一种植物基泡沫芯体的制备方法。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种植物基泡沫芯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、上泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维5-10份、绒毛浆30-35份、纳米纤维素包络氧化锌55-65份、分散剂0.6-2.2份、柔软剂0.6-3.3份；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入去离子水作为溶剂，机械搅拌混合20-30min，发泡均匀得到固含量为10-15％的上泡沫基体浆料；
S2、下泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维10-20份、绒毛浆50-60份、纳米纤维素和高吸水性树脂包络体20-40份、分散剂0.8-4.8份、柔软剂0.8-7.2份；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入异丙醇作为溶剂，机械搅拌混合20-30min，发泡均匀得到固含量为10-15％的下泡沫基体浆料；
S3、泡沫芯体注模成型
将下泡沫基体浆料注入成型模具内，铺平后在上面覆盖一层无纺布，作为中间层，再将上泡沫基体浆料倒在无纺布上面，在成型模具顶部压上轻质面板，利用重力作用脱去溶剂；
S4、干燥
将成型模具放置在80-100℃温度条件下进行干燥处理，干燥3-4h后取出，即得泡沫芯体。
进一步的改进是：所述纳米纤维素包络氧化锌制备工艺为：将纳米纤维素和纳米氧化锌按照质量比8:2放入容器内，在超声波协同作用下进行机械搅拌，实现纳米纤维素对纳米氧化锌粉末的良好包裹，分散均匀后即得纳米纤维素包络氧化锌。
进一步的改进是：S1中绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度为80-85°SR为止。
进一步的改进是：S2中绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度为70-80°SR为止。
进一步的改进是：S3中成型模具为中空的长方体，所述成型模具底部设有用于滤水的网孔。
进一步的改进是：所述纳米纤维素和高吸水性树脂包络体的制备工艺为：(1)将丙烯酸与氢氧化钠溶液加入反应容器中，进行中和反应得到丙烯酸中和液，然后加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，充分搅拌分散均匀后再加入固含量为1-3％的纳米纤维素，超声波辅助下搅拌均匀，得到混合液A；(2)将环己烷质量0.5-1％的司盘-60加入环己烷溶剂中，配成混合液B；(3)将混合液A加入混合液B中，进行反向悬浮聚合反应，待反应结束后升温进行共沸脱水，然后再加入表面交联剂进行表面交联反应，最后蒸发溶剂，即得纳米纤维素和高吸收性树脂包络体。
进一步的改进是：所述丙烯酸中和液的中和度为70-80％。
进一步的改进是：步骤(3)聚合反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
进一步的改进是：以丙烯酸中和液的总质量计，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.2-2％，过硫酸钾的质量分数为0.04-0.08％，纳米纤维素的质量分数为2-5％。
进一步的改进是：所述表面交联剂的添加量为混合液A总质量的0.3-1％。进一步的改进是：步骤(3)表面交联反应温度为60-100℃，反应时间为1.5-2.5h。
进一步的改进是：所述表面交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺或环氧氯丙烷。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用植物纤维基作为泡沫芯体的支撑材料，制备出具有明显结构差异的复合型泡沫芯体材料——上泡沫材料层泡孔直径微细，有抗菌、抑菌性；下泡沫材料层直径较大且携带高吸水性树脂。本发明制备的泡沫芯体结构克服了传统芯体高吸水性树脂撒播不均匀以及无法有效固定的缺陷。利用下泡沫材料层结构的特性，使得高吸水性树脂分布均匀且牢固结合在下泡沫材料层结构中，不容易随外力作用而发生移位；利用上泡沫材料层的多泡孔结构，使液体快速下渗被高吸水性树脂吸收锁住，同时泡孔直径小，具有防回渗作用，保持面层的干爽，提高吸收性卫生用品的舒适度。
本发明的上泡沫基体浆料和下泡沫基体浆料以三种不同直径级别的纤维为主要原料，形成的泡沫结构更加合理。其中，聚乳酸纤维的直径为15-20μm，属于一级骨架物质，作为泡沫结构的支撑主体，保证泡沫的立体结构，使其在制备过程中不会塌陷；经过打浆处理的绒毛浆由于分丝帚化作用，暴露出来的微细纤维的直径在2-5μm，属于二级骨架物质，作为泡沫结构的主要组成物质，使泡沫结构的内部物质均匀分散；纳米纤维素包络体作为纳米级物质，填充在聚乳酸纤维和绒毛浆的孔隙中，使得泡沫体结构孔径更加细密。
混合液A中存在丙烯酸钠单体和纳米纤维素，通过超声搅拌和丙烯酸钠胶体颗粒作用，吸附大量的纳米纤维素在乳液表面，在混合液B中进行反向悬浮聚合反应，由于纳米纤维素在乳液表面积聚，在聚合形成悬浮液的过程中，带动纳米纤维素与高吸收性树脂之间产生结合，高吸水性树脂表面镶嵌大量纳米纤维素纤维形成的绒毛，使得高吸收性树脂表面暴露出更多的羟基，利用表面的羟基和绒毛浆纤维形成氢键桥梁，从而将高吸水性树脂有效固定在下泡沫材料层结构中。
泡沫芯体注模成型后，在热风干燥的过程中，聚乳酸纤维达到玻璃化转变温度，转变为高弹态，更好地充当整个泡沫芯体的骨架物质。另外，干燥脱水时，上泡沫材料层、中间层以及下泡沫材料层的羟基之间形成氢键，从而使得泡沫芯体的整体强度提高。
附图说明
图1是本发明植物基泡沫芯体的结构示意图；
图2是本发明成型模具的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
若未特别指明，实施例中所采用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及有必要列出其组成成分者，均在首次出现时标明。
实施例1
参考图1，一种植物基泡沫芯体,由上到下依次包括上泡沫材料层1、中间层2和下泡沫材料层3，所述植物基泡沫芯体的制备包括以下步骤：
S1、上泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维5份、绒毛浆30份、纳米纤维素包络氧化锌55份、十二烷基硫酸钠0.6份、纸浆柔软剂0.6-3.3份，其中纳米纤维素包络氧化锌制备工艺为：将纳米纤维素和纳米氧化锌按照质量比8:2放入容器内，在超声波协同作用下进行机械搅拌，实现纳米纤维素对纳米氧化锌粉末的良好包裹，分散均匀后即得纳米纤维素包络氧化锌；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入去离子水作为溶剂，机械搅拌混合20min，发泡均匀得到固含量为10％的上泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在80-85°SR范围内；
S2、下泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维10份、绒毛浆50份、纳米纤维素和高吸水性树脂包络体20份、十二烷基硫酸钠0.8份、纸浆柔软剂0.8份，其中纳米纤维素和高吸水性树脂包络体的制备工艺为：(1)将丙烯酸与浓度为30wt％氢氧化钠溶液加入反应容器中，进行中和反应得到中和度为70％的丙烯酸中和液，然后加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，充分搅拌分散均匀后再加入固含量为1-3％的纳米纤维素，超声波辅助下搅拌均匀，得到混合液A；(2)将环己烷质量0.5％的司盘-60加入环己烷溶剂中，配成混合液B；(3)将混合液A加入混合液B中，进行反向悬浮聚合反应，反应温度为60℃，反应时间2h，待反应结束后升温进行共沸脱水，然后再加入混合液A总质量的0.3％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺进行表面交联反应，反应温度为60℃，反应时间为2.5h，最后蒸发溶剂，即得纳米纤维素和高吸收性树脂包络体；
以丙烯酸中和液的总质量计，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.2％，过硫酸钾的质量分数为0.04％，纳米纤维素的质量分数为2％，所述混合液A和混合液B的质量比为4:6～5:5；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入异丙醇作为溶剂，机械搅拌混合20min，发泡均匀得到固含量为10％的下泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在70-80°SR范围内；
S3、泡沫芯体注模成型
将下泡沫基体浆料注入成型模具内，铺平后在上面覆盖一层无纺布，作为中间层，再将上泡沫基体浆料倒在无纺布上面，在成型模具顶部压上轻质面板，利用重力作用脱去溶剂，无纺布的规格为35gsm；
成型模具的结构如图2所示，所述成型模具底部设有用于滤水的40目网孔4，成型模具可以是长度不限的长条状结构，注模成型后再分切成单个需要的形状即可；
S4、干燥
将成型模具放置在80℃温度条件下进行干燥处理，干燥3h后取出，即得泡沫芯体。
实施例2
一种植物基泡沫芯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、上泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维8份、绒毛浆32份、纳米纤维素包络氧化锌60份、聚丙烯酰胺1.5份、纸浆柔软剂2份，其中纳米纤维素包络氧化锌制备工艺为：将纳米纤维素和纳米氧化锌按照质量比8:2放入容器内，在超声波协同作用下进行机械搅拌，实现纳米纤维素对纳米氧化锌粉末的良好包裹，分散均匀后即得纳米纤维素包络氧化锌；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入去离子水作为溶剂，机械搅拌混合25min，发泡均匀得到固含量为12％的上泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在80-85°范围内；
S2、下泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维15份、绒毛浆55份、纳米纤维素和高吸水性树脂包络体30份、聚丙烯酰胺3份、纸浆柔软剂4份，其中纳米纤维素和高吸水性树脂包络体的制备工艺为：(1)将丙烯酸与氢氧化钠溶液加入反应容器中，进行中和反应得到中和度为75％的丙烯酸中和液，然后加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，充分搅拌分散均匀后再加入固含量为1-3％的纳米纤维素，超声波辅助下搅拌均匀，得到混合液A；(2)将环己烷质量0.8％的司盘-60加入环己烷溶剂中，配成混合液B；(3)将混合液A加入混合液B中，进行反向悬浮聚合反应，反应温度为70℃，反应时间2.5h，待反应结束后升温进行共沸脱水，然后再加入混合液A总质量的0.7％的环氧氯丙烷进行表面交联反应，反应温度为80℃，反应时间为2h，最后蒸发溶剂即得纳米纤维素和高吸收性树脂包络体；
以丙烯酸中和液的总质量计，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为1％，过硫酸钾的质量分数为0.06％，纳米纤维素的质量分数为3.5％；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入异丙醇作为溶剂，机械搅拌混合25min，发泡均匀得到固含量为12％的下泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在70-80°SR范围内；
S3、泡沫芯体注模成型
将下泡沫基体浆料注入成型模具内，铺平后在上面覆盖一层无纺布，作为中间层，再将上泡沫基体浆料倒在无纺布上面，在成型模具顶部压上轻质面板，利用重力作用脱去溶剂；
S4、干燥
将成型模具放置在90℃温度条件下进行干燥处理，干燥3.5h后取出，即得泡沫芯体。
实施例3
一种植物基泡沫芯体的制备方法，包括以下步骤：
S1、上泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维10份、绒毛浆35份、纳米纤维素包络氧化锌65份、十二烷基磺酸钠2.2份、纸浆柔软剂3.3份，其中纳米纤维素包络氧化锌制备工艺为：将纳米纤维素和纳米氧化锌按照质量比8:2放入容器内，在超声波协同作用下进行机械搅拌，实现纳米纤维素对纳米氧化锌粉末的良好包裹，分散均匀后即得纳米纤维素包络氧化锌；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入去离子水作为溶剂，机械搅拌混合30min，发泡均匀得到固含量为15％的上泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在80-85°SR范围内；
S2、下泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维20份、绒毛浆60份、纳米纤维素和高吸水性树脂包络体40份、十二烷基磺酸钠4.8份、纸浆柔软剂7.2份，其中纳米纤维素和高吸水性树脂包络体的制备工艺为：(1)将丙烯酸与氢氧化钠溶液加入反应容器中，进行中和反应得到中和度为80％的丙烯酸中和液，然后加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，充分搅拌分散均匀后再加入固含量为1-3％的纳米纤维素，超声波辅助下搅拌均匀，得到混合液A；(2)将环己烷质量1％的司盘-60加入环己烷溶剂中，配成混合液B；(3)将混合液A加入混合液B中，进行反向悬浮聚合反应，反应温度为80℃，反应时间3h，待反应结束后升温进行共沸脱水，然后再加入混合液A总质量的1％的N,N-亚甲基双丙烯酰胺进行表面交联反应，反应温度为100℃，时间1.5h，最后蒸发溶剂即得纳米纤维素和高吸收性树脂包络体；
以丙烯酸中和液的总质量计，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为2％，过硫酸钾的质量分数为0.08％，纳米纤维素的质量分数为5％；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入异丙醇作为溶剂，机械搅拌混合30min，发泡均匀得到固含量为15％的下泡沫基体浆料，绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度在70-80°SR范围内；
S3、泡沫芯体注模成型
将下泡沫基体浆料注入成型模具内，铺平后在上面覆盖一层无纺布，作为中间层，再将上泡沫基体浆料倒在无纺布上面，在成型模具顶部压上轻质面板，利用重力作用脱去溶剂；
S4、干燥
将成型模具放置在100℃温度条件下进行干燥处理，干燥3h后取出，即得泡沫芯体。
对比例1
与实施例1的区别在于：吸收芯体由上到下依次包括上无纺布层、上SAP层、蓬松棉层、下SAP层和下无纺布层。
对比例2
与实施例1的区别在于：吸收芯体由上到下依次包括上泡沫材料层、上无纺布层、上SAP层、蓬松棉层、下SAP层和下无纺布层。
对比例3
与实施例1的区别在于：下泡沫材料层中不含高吸水性树脂。
对比例4
与实施例1的区别在于：下泡沫材料层制备过程中不添加高吸水性树脂，泡沫芯体成型后在下泡沫材料层的底部撒播高吸水性树脂，最后在泡沫芯体外包裹一层无纺布。
将实施例1-3所得的泡沫芯体以及对比例1-4的吸收芯体，分别制成纸尿裤成品，并参照GB/T28004.1-2021进行吸收速度、回渗量性能的相关测试，测试结果见表1。对比例1-4制成的纸尿裤，与实施例1的区别仅在于吸收芯体结构，其他结构与实施例1相同。
表1
由表1可知，应用本发明实施例1-3制得的泡沫芯体生产的纸尿裤成品，吸收速度快，回渗量少。比较实施例1和对比例1的实验数据可以看出，应用泡沫芯体的纸尿裤产品性能明显优于普通的复合芯体生产的纸尿裤。结合实施例1以及对比例1-2可以看出，上泡沫材料层具有防回渗作用，保持面层的干爽，提高纸尿裤的舒适度，还能在一定程度上提高吸收速度。结合实施例1以及对比例3-4可以看出，相比于高吸水性树脂采用撒播方式的复合方式，利用纳米纤维素和高吸水性树脂包络体将高吸水性树脂分布均匀且牢固结合在下泡沫材料层结构中，吸收速度和防回渗性能大大提升。
实施例1以及对比例1-4中高吸水性树脂的分布情况如表2所示。
表2
| 高吸水性树脂存在分布情况 | |
| 实施例1 | 空间分布均匀且位置固定 |
| 对比例1 | 层间分布不均匀且位置不固定，易随外力移动 |
| 对比例2 | 层间分布不均匀且位置不固定，易随外力移动 |
| 对比例3 | 没有高分子 |
| 对比例4 | 分布不均匀，且大部分在表面 |
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
Claims (10)
1.一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、上泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维5-10份、绒毛浆30-35份、纳米纤维素包络氧化锌55-65份、分散剂0.6-2.2份、柔软剂0.6-3.3份；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入去离子水作为溶剂，机械搅拌混合20-30min，发泡均匀得到固含量为10-15％的上泡沫基体浆料；
S2、下泡沫材料层的制备
按以下重量份称取各原料：聚乳酸纤维10-20份、绒毛浆50-60份、纳米纤维素和高吸水性树脂包络体20-40份、分散剂0.8-4.8份、柔软剂0.8-7.2份；
按上述比例将各原料加入反应器内，加入异丙醇作为溶剂，机械搅拌混合20-30min，发泡均匀得到固含量为10-15％的下泡沫基体浆料；
S3、泡沫芯体注模成型
将下泡沫基体浆料注入成型模具内，铺平后在上面覆盖一层无纺布，作为中间层，再将上泡沫基体浆料倒在无纺布上面，在成型模具顶部压上轻质面板，利用重力作用脱去溶剂；
S4、干燥
将成型模具放置在80-100℃温度条件下进行干燥处理，干燥3-4h后取出，即得泡沫芯体。
2.根据权利要求1所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维素包络氧化锌制备工艺为：将纳米纤维素和纳米氧化锌按照质量比8:2放入容器内，在超声波协同作用下进行机械搅拌，实现纳米纤维素对纳米氧化锌粉末的良好包裹，分散均匀后即得纳米纤维素包络氧化锌。
3.根据权利要求1所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：S1中绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度为80-85°SR为止。
4.根据权利要求1所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：S2中绒毛浆混合前经过采用槽式打浆工艺处理，至打浆度为70-80°SR为止。
5.根据权利要求1所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：S3中成型模具为中空的长方体，所述成型模具底部设有用于滤水的网孔。
6.根据权利要求1所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维素和高吸水性树脂包络体的制备工艺为：(1)将丙烯酸与氢氧化钠溶液加入反应容器中，进行中和反应得到丙烯酸中和液，然后加入N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，充分搅拌分散均匀后再加入固含量为1-3％的纳米纤维素，超声波辅助下搅拌均匀，得到混合液A；(2)将环己烷质量0.5-1％的司盘-60加入环己烷溶剂中，配成混合液B；(3)将混合液A加入混合液B中，进行反向悬浮聚合反应，待反应结束后升温进行共沸脱水，然后再加入表面交联剂进行表面交联反应，最后蒸发溶剂，即得纳米纤维素和高吸收性树脂包络体。
7.根据权利要求6所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：所述丙烯酸中和液的中和度为70-80％。
8.根据权利要求6所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：步骤(3)聚合反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
9.根据权利要求6所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：以丙烯酸中和液的总质量计，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量分数为0.2-2％，过硫酸钾的质量分数为0.04-0.08％，纳米纤维素的质量分数为2-5％。
10.根据权利要求6所述的一种植物基泡沫芯体的制备方法，其特征在于：所述表面交联剂的添加量为混合液A总质量的0.3-1％。
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