CN114717749A - 含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料及其制备方法。所述制备方法为：将Lyocell纤维与另一种纤维材料经梳理水刺加工后，用氢氧化钠溶液分别进行超声和搅拌处理，制备含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。本发明不仅解决了现有传统的擦拭材料因为加工工艺与原料纤维较粗等原因常存在布面平整度低、柔软度低和清洁能力不足等问题，还解决了超细纤维擦拭材料存在的强力低、耐磨性较差和价格昂贵等问题。本发明制备的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料可根据不同环境来制备满足功能性要求的材料，在擦拭、卫生材料市场中具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料及其制备方法，属于擦拭材料技术领域。
背景技术
作为非织造布的重要应用领域，擦拭材料在日常生活和工业生产中随处可见。从婴儿护理到成人个人护理，从棉柔巾到护肤面膜，从家用擦拭到汽车内饰清洁，从手机洁净到电脑屏幕除尘，再到机器设备和精密仪器清洁，擦拭材料的“身影”无处不在。另外，因突发性疫情、灾害造成的卫生湿巾、消毒湿巾等擦拭材料的需求也在不断提升。消费者对于擦拭材料清洁能力的需求也推动了该领域的技术和产品创新，各类功能性、环保型和满足差异化需求的产品层出不穷。
传统的擦拭材料因为加工工艺与原料纤维较粗等原因常存在布面平整度低、柔软度低、吸液速率低、擦拭效率低且易掉毛、刮伤物体表面等问题。目前，细度小于0.3dtex的超细纤维在擦拭材料中大量应用。纤维较大的细度、较大的比表面积和异型截面等特性赋予擦拭材料柔软的手感，自然的光泽及良好的清洁能力。此外，超细纤维擦拭材料的弹性、孔隙率、吸附性等性能得到了大幅提升。然而，超细纤维擦拭材料在实际使用中存在强力低、耐磨性较差、多次使用后产品清洁性能大幅下降的问题，并且其价格昂贵，通常作为高档眼镜、光学玻璃仪器，精密仪器的擦拭材料。因此，开发一种清洁能力强、吸湿高、强力高、耐磨性较好的擦拭材料具有重要的现实意义。
专利号CN108611756A公开了一种超细纤维水刺擦拭材料及其生产工艺，该专利生产的擦拭材料为三层复合结构，且每一层原料为涤纶、锦纶等聚合物原料，一方面使用丢弃后，不够环保，另一方面，聚合物原料的吸水性和保水性较差，而吸水性是擦拭材料的重要考量指标。
专利号CN112251908B公开了一种三明治结构的木浆/涤纶复合擦拭材料，该专利为克服木浆短纤维水刺过程中缠结抱合不足，需对木浆纤维进行改性处理，所采用的涤纶纤维制纤过程复杂，成本较高，吸水性能提升不高。
专利号CN113047060A公开了一种三明治结构非织造布擦拭材料及其制备方法，该专利制备的擦拭材料外层涤纶水刺非织造布表面设有耐磨涂层，该涂层易使材料手感变硬，且涂层在后期使用中存在脱落的可能性。
上述专利虽制备出了多种功能性擦拭材料，但针对擦拭材料的清洁能力及吸水性等问题的研究较少，尚未能全面满足了擦拭材料实际应用需求。
发明内容
本发明所要解决的问题是：现有技术制得的擦拭材料存在传统粗纤维擦拭材料布面整齐度低、清洁能力不足，而超细纤维擦拭材料强力不足、产量低、价格较高的问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种含有毛刷结构微纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，将可完全降解的Lyocell微米纤维与其它纤维进行混纺或各自单独梳理成网后经水刺复合，得到含有Lyocell纤维的水刺非织造材料；然后对该水刺非织造材料进行氢氧化钠溶液处理，在超声波和剪切力共同作用下促使Lyocell微米纤维表面部分原纤化，分裂出与微米纤维相互连接的纳米纤维，纳米纤维在涡流中缠绕于微米纤维主干上，形成含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
优选地，制备方法包括以下步骤：
第一步：将Lyocell纤维与另一种纤维按比例喂入开松机进行开松，得到松散的纤维；
第二步：将开松后的纤维经气流作用输送到喂棉机的气压棉箱中，随后纤维在压力作用下被输送至杂乱梳理机，经梳理机梳理后形成纤维杂乱排列的纤维网；
第三步：将第二步得到的纤维网通过输网帘输送至交叉铺网机进行铺叠，得到铺叠后的纤维网；
第四步：将铺叠后的纤维网通过输网帘输送至牵伸机进行牵伸，得到表面平整度高和均匀的纤维网；
第五步：将第四步得到的纤维网通过输网帘输送至水刺系统，依次进行预湿和水刺加固；
第六步：将第五步经水刺加固后的非织造材料通过输网帘输送至烘燥机，烘干后得到含有Lyocell纤维的水刺非织造材料；
第七步：将含有Lyocell纤维的水刺非织造材料置入含有氢氧化钠溶液的水槽中进行超声处理，使Lyocell纤维部分原纤化，其表面分裂出与微米纤维主干相连的纳米纤维分叉；
第八步：将第七步得到的部分原纤化的水刺非织造材料通过传送装置输送至另一含有氢氧化钠溶液的水槽，通过高速搅拌装置使水槽内溶液涡流旋转并持续保持水温恒定，使纳米纤维分叉进一步原纤化，并缠绕于微米纤维主干上，形成毛刷状Lyocell纤维；
第九步：将第八步得到的水刺非织造材料转移至另一水槽，浸泡于水中清洁，最后送至烘燥机烘干，得到含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
优选地，所述可完全降解的Lyocell微米纤维点直径为10-20μm，纤维长度为30-60mm；所述其它纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、可降解的聚乳酸纤维、可降解的植物纤维或全部采用可降解的Lyocell纤维；不同纤维混合开松或单独开松。
更优选地，所述第五步中的纤维网喂入水刺系统时为混纺的单层纤维网，或者两种或多种纤维单独梳理成纤维网，经铺网后在水刺系统中复合。
更优选地，所述第六步得到的含有Lyocell纤维的水刺非织造材料的克重为30-140g/m2。
更优选地，所述第七步、第八步中氢氧化钠溶液的质量浓度均为1-5％；所述第七部中超声处理的工艺参数为：超声频率250-400W，超声时间5-25min，涡流的转速300-1000r/min，溶液温度40-60℃，处理时间0.5-4h。
更优选地，所述第九步中浸泡发时间为10-300s，烘干发温度为60-180℃。
本发明还提供了一种上述含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法制备的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
含有Lyocell纤维的水刺非织造材料先经超声波和氢氧化钠溶液处理，其中Lyocell纤维表面产生部分原纤化，微米纤维表面分裂出尺寸为纳米级的细短纤维分叉，纤维分叉的直径为50-500nm，长度为50-100μm；再将部分原纤化的水刺非织造材料在涡流沿着纤维径向高速搅拌处理下，原本细短的纤维分叉不断劈裂的更细更长，原纤化程度进一步提高，纤维分叉的直径为30-300nm，长度为100-500μm，纤维分叉在定向(与微米纤维主干垂直方向)转动的涡流作用下，沿着Lyocell微米纤维轴向转动缠绕并均匀分布，使其整体形成一种形似毛刷的结构，含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造过滤材料的克重为30-140g/m2。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料及其制备方法，与同类擦拭材料相比，其中Lyocell纤维形成了一种类似毛刷的结构，毛刷的刷毛为纤维表面劈裂出的纳米纤维，纳米纤维与被清洁表面具有更多的接触位点，可以提供更高的清洁效力，纳米纤维缠绕于微米纤维主干上，可以减少掉毛，且纳米纤维的存在使得整个擦拭材料具有更柔软的手感；而微米纤维主干则为擦拭材料的强力和耐磨性提供了有效保障。整个制备过程工艺简单，成本低廉以及优异的清洁能力使得该微/纳米纤维擦拭材料在低中高端擦拭材料领域都具有广阔的应用前景。
(2)本发明中第一步含有的Lyocell纤维为可以完全降解的绿色纤维原料，而另一种纤维的选择范围广泛，可根据不同擦拭环境进行设计生产。例如为满足全降解要求，可以选择可降解的聚乳酸纤维、植物纤维或者可全部采用Lyocell纤维；为增加强力、降低成本或实现亲水亲油等功能，可选择聚酯纤维和聚酰胺等纤维。选择不同的纤维即可赋予擦拭材料不同的功能性。
(3)本发明中第七步和第八步，在氢氧化钠溶液的化学作用、超声波的空化作用和高速涡流的持续剪切力的先后共同作用下，Lyocell纤维表面产生的纳米纤维有效增加了材料的比表面积和蓬松度，从而提高了材料对于水或污渍的吸收速率和吸收能力。
(4)根据ASTM D6651-01无纺布吸水速率和容水能力的测试标准对材料进行吸水性测试，测试结果表明含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料相较于传统擦拭材料吸液速率更快，吸液量更高。
附图说明
图1为实施例1提供的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料中的Lyocell纤维的电子显微镜照片；
图2为实施例1提供的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料中的Lyocell纤维的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
一种含有毛刷结构微/纳米纤维的Lyocell/涤纶水刺非织造材料及其制备方法：
分别选取直径为10-20μm，长度为30-60mm的Lyocell纤维和直径为20-40μm，长度为35-55mm的涤纶按照质量比1：1混合喂入至开松机进行开松，开松后的纤维经气流作用输送到喂棉机的气压棉箱中，随后纤维在压力作用下被输送至杂乱梳理机，经梳理机梳理后形成纤维高度杂乱排列的纤维网，纤网厚度为90mm。将纤网通过输网帘输送至交叉铺网机进行铺叠，随后经牵伸机进行牵伸。再通过输网帘送至预湿水刺机组进行预湿和加强水刺机加固，最后输送至烘燥机烘干后得到克重为80g/m2的水刺非织造材料。
将水刺后的非织造材料置入质量分数为3％氢氧化钠溶液的中超声处理15min，超声频率为300W。超声后转移至质量分数为3％氢氧化钠溶液中，溶液涡流高速旋转，转速为500rpm，并保持水温恒定为50℃，处理2h后，在清水中浸泡，最后送至烘箱烘干，得到一种含有毛刷结构微/纳米纤维的Lyocell/涤纶水刺非织造材料。
根据ASTM D6651-01无纺布吸水速率和容水能力的测试标准对材料进行吸水性测试，水刺Lyocell/涤纶非织造材料的外在吸收速率为750mL/m2/s，外在吸收能力为81mL/m2；经氢氧化钠溶液处理后得到的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的外在吸收速率为865mL/m2/s，外在吸收能力为98mL/m2。
实施例2
一种含有毛刷结构微/纳米纤维的全降解水刺非织造材料及其制备方法：
选取直径为10-20μm，长度为30-60mm的Lyocell纤维和直径为25-40μm，长度为35-55mm的聚乳酸纤维按照质量比2：1混合，喂入至开松机进行开松，开松后的纤维经气流作用输送到喂棉机的气压棉箱中，随后纤维在压力作用下被输送至杂乱梳理机，经梳理机梳理后形成纤维高度杂乱排列的纤维网，纤网厚度为110mm。将纤网通过输网帘输送至交叉铺网机进行铺叠，随后经牵伸机进行牵伸，再通过输网帘送至预湿水刺机组进行预湿和加强水刺机加固，最后输送至烘燥机烘干后得到克重为90g/m2的全降解水刺非织造材料。
将该全降解水刺非织造材料置入质量分数为3％氢氧化钠溶液的中超声处理20min，超声频率为350W。超声后转移至质量分数为3％氢氧化钠溶液中，溶液涡流高速旋转，转速为700rpm，并保持水温恒定为55℃，处理3h后，在清水中浸泡，最后送至烘箱烘干，得到一种含有毛刷结构微/纳米纤维的全降解水刺非织造材料。
根据ASTM D6651-01无纺布吸水速率和容水能力的测试标准对材料进行吸水性测试，全降解Lyocell/聚乳酸水刺非织造材料的外在吸收速率为845mL/m2/s，外在吸收能力为92mL/m2；经氢氧化钠溶液处理后得到的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的外在吸收速率为980mL/m2/s，外在吸收能力为109mL/m2。
实施例3
一种含有毛刷结构微/纳米纤维水刺非织造材料及其制备方法：
选取直径为10-20μm，长度为30-60mm的Lyocell纤维，喂入至开松机进行开松，开松后的纤维经气流作用输送到喂棉机的气压棉箱中，随后纤维在压力作用下被输送至杂乱梳理机，经梳理机梳理后形成纤维高度杂乱排列的纤维网，纤网厚度为50mm。将纤网通过输网帘输送至交叉铺网机进行铺叠，随后经牵伸机进行牵伸。选取直径为5-20μm，长度为35-55mm的棉纤维采用相同的方法梳理成网，棉纤维层与Lyocell纤维层的质量比为1：1，然后将两层纤维网叠加后通过输网帘送至预湿水刺机组进行预湿和加强水刺机加固复合，最后输送至烘燥机烘干后得到克重为100g/m2的Lyocell/棉水刺非织造材料；
将Lyocell/棉水刺非织造材料置入质量分数为5％氢氧化钠溶液的中超声处理25min，超声频率为400W。超声后转移至质量分数为5％氢氧化钠溶液中，溶液涡流高速旋转，转速为600rpm，并保持水温恒定为50℃，处理4h后，在清水中浸泡，最后送至烘箱烘干，得到一种含有毛刷结构微/纳米纤维Lyocell/棉水刺非织造材料。
根据ASTM D6651-01无纺布吸水速率和容水能力的测试标准对材料进行吸水性测试，Lyocell/棉水刺非织造材料的外在吸收速率为1415mL/m2/s，外在吸收能力为125mL/m2；经氢氧化钠溶液处理后得到的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的外在吸收速率为1735mL/m2/s，外在吸收能力为145mL/m2。
Claims (8)
1.一种含有毛刷结构微纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，将可完全降解的Lyocell微米纤维与其它纤维进行混纺或各自单独梳理成网后经水刺复合，得到含有Lyocell纤维的水刺非织造材料；然后对该水刺非织造材料进行氢氧化钠溶液处理，在超声波和剪切力共同作用下促使Lyocell微米纤维表面部分原纤化，分裂出与微米纤维相互连接的纳米纤维，纳米纤维在涡流中缠绕于微米纤维主干上，形成含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
2.如权利要求1所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将Lyocell纤维与另一种纤维按比例喂入开松机进行开松，得到松散的纤维；
第二步：将开松后的纤维经气流作用输送到喂棉机的气压棉箱中，随后纤维在压力作用下被输送至杂乱梳理机，经梳理机梳理后形成纤维杂乱排列的纤维网；
第三步：将第二步得到的纤维网通过输网帘输送至交叉铺网机进行铺叠，得到铺叠后的纤维网；
第四步：将铺叠后的纤维网通过输网帘输送至牵伸机进行牵伸，得到表面平整度高和均匀的纤维网；
第五步：将第四步得到的纤维网通过输网帘输送至水刺系统，依次进行预湿和水刺加固；
第六步：将第五步经水刺加固后的非织造材料通过输网帘输送至烘燥机，烘干后得到含有Lyocell纤维的水刺非织造材料；
第七步：将含有Lyocell纤维的水刺非织造材料置入含有氢氧化钠溶液的水槽中进行超声处理，使Lyocell纤维部分原纤化，其表面分裂出与微米纤维主干相连的纳米纤维分叉；
第八步：将第七步得到的部分原纤化的水刺非织造材料通过传送装置输送至另一含有氢氧化钠溶液的水槽，通过高速搅拌装置使水槽内溶液涡流旋转并持续保持水温恒定，使纳米纤维分叉进一步原纤化，并缠绕于微米纤维主干上，形成毛刷状Lyocell纤维；
第九步：将第八步得到的水刺非织造材料转移至另一水槽，浸泡于水中清洁，最后送至烘燥机烘干，得到含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
3.如权利要求1或2所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述可完全降解的Lyocell微米纤维点直径为10-20μm，纤维长度为30-60mm；所述其它纤维为聚酯纤维、聚酰胺纤维、可降解的聚乳酸纤维、可降解的植物纤维或全部采用可降解的Lyocell纤维；不同纤维混合开松或单独开松。
4.如权利要求2所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述第五步中的纤维网喂入水刺系统时为混纺的单层纤维网，或者两种或多种纤维单独梳理成纤维网，经铺网后在水刺系统中复合。
5.如权利要求2所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述第六步得到的含有Lyocell纤维的水刺非织造材料的克重为30-140g/m2。
6.如权利要求2所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述第七步、第八步中氢氧化钠溶液的质量浓度均为1-5％；所述第七部中超声处理的工艺参数为：超声频率250-400W，超声时间5-25min，涡流的转速300-1000r/min，溶液温度40-60℃，处理时间0.5-4h。
7.如权利要求2所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法，其特征在于，所述第九步中浸泡发时间为10-300s，烘干发温度为60-180℃。
8.权利要求1-7任一项所述的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料的制备方法制备的含有毛刷结构微/纳米纤维的水刺非织造材料。
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