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        成人失禁褲/墊芯的制備與性能研究

        2019-05-15 11:03:10徐熊耀2吳海波
        產(chǎn)業(yè)用紡織品 2019年3期
        關(guān)鍵詞:丙綸吸液液率

        胡 杰 徐熊耀2 吳海波

        1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院,上海 201620;2. 浙江王金非織造布有限公司,浙江 湖州 313104

        如今,失禁是一種常見的病征。全球有數(shù)百萬的成年人因各種因素(如懷孕、分娩、糖尿病、前列腺問題、老齡化等)罹患失禁病征[1-3]。失禁不僅出現(xiàn)在老年人身上,在上班族中也越來越常見。無論是男性還是女性,都有可能出現(xiàn)這種情況。目前,我國65歲以上需要長期護理的老年人數(shù)約3 750萬,65歲以下的癱瘓和半癱瘓病人約200萬,再加上其他失禁病人,保守估計全國需要使用成人失禁用品的總?cè)藬?shù)近4 000萬,成人失禁用品市場前景非常廣闊。2017年,全球的成人失禁用品市場規(guī)模達到約632億美元[4]。其中,成人失禁褲/墊作為成人失禁用品中的一員,受到了失禁病人的青睞,其為他們的正常社交生活帶來了極大的便利。

        成人失禁褲/墊一般由面層、導(dǎo)流層、吸收芯層、防漏底層組成,其中吸收芯層在整個系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性作用。市面上的成人失禁褲/墊芯主要由高吸水樹脂(Super Absorbent Polymer,SAP)和絨毛漿(或木漿纖維)組成,雖然能夠容納大量的液體,但SAP一旦吸水即膨脹成為水凝膠,這會降低吸收芯層的吸液能力[5]。因此,含有SAP的成人失禁褲/墊均為一次性衛(wèi)生用品。

        黏膠纖維屬于纖維素纖維,具有良好的吸濕透氣性,其服用舒適性遠遠優(yōu)于普通合成纖維,且來源廣泛,能自然降解,不會污染環(huán)境[6]。但黏膠纖維吸濕后強度明顯下降,其織物的尺寸穩(wěn)定性也較差[7]。丙綸的纖維強度高,耐磨性好,耐酸、耐腐蝕等性能優(yōu)于其他合成纖維,而且不霉不蛀,衛(wèi)生性好[8-9]。故本試驗選擇在黏膠纖維原料中混入少量丙綸,并采用針刺和熱風加固的非織造技術(shù),改善黏膠纖維織物尺寸穩(wěn)定性差的情況。通過對試樣的吸液率、持液率、液體穿透時間、縱向擴散長度、返濕量、透濕率、縮水率等進行測試,得到制備較好吸液性能、持液性能和尺寸穩(wěn)定性的成人失禁褲/墊芯的最優(yōu)工藝參數(shù)。

        1 試驗部分

        1.1 原料

        本試驗選用黏膠纖維和丙綸為原料。黏膠纖維長度為38 mm,線密度為1.83 dtex,實際回潮率為12.97%,拉伸斷裂強力為3.54 cN,拉伸斷裂伸長率為16.76%;丙綸長度為40 mm,線密度為1.76 dtex,實際回潮率為1.25%,拉伸斷裂強力為3.94 cN,拉伸斷裂伸長率為36.63%。JSM-5600 LV掃描電子顯微鏡觀察到的兩種纖維的表面形態(tài)如圖1所示。

        (a) 黏膠纖維

        (b) 丙綸

        1.2 儀器設(shè)備

        試驗儀器:JSM-5600 LV掃描電子顯微鏡、YG814D液體穿透儀、YG601H電腦型織物透濕儀、Y089D自動縮水率試驗機。

        試驗設(shè)備:BG038-100開松機、BG058-120大倉混棉箱、BG179-70氣壓棉箱、BG218A-100雙道夫雜亂梳理機、BG258-60交叉鋪網(wǎng)機、FZZ-1200預(yù)針刺機、MFC-100主針刺機、H-TS-3烘箱。

        1.3 試樣制備

        通過針刺和熱風加固工藝,在不同的工藝參數(shù)條件下制備出12種非織造布試樣,其編號分別標記為1#~12#。

        試驗共分兩個階段。

        階段一:以黏膠纖維為原料,梳理交叉鋪網(wǎng)后經(jīng)針刺加固,制備出9種黏膠針刺非織造布試樣(1#~9#),主要研究面密度、針刺密度對試樣相關(guān)性能的影響,試驗方案如表1所示。

        階段二:在階段一的基礎(chǔ)上,選取最優(yōu)面密度和最優(yōu)針刺密度作為工藝參數(shù),并確定一定的熱風溫度、熱風時間,以黏膠纖維和丙綸為原料,改變兩種原料的質(zhì)量配比,梳理交叉鋪網(wǎng)后經(jīng)針刺和熱風加固,制備出3種黏膠/丙綸針刺熱風非織造布試樣(10#~12#),主要研究原料的質(zhì)量配比對試樣相關(guān)性能的影響。

        表1 階段一試驗方案

        表2 階段二試驗方案

        1.4 性能測試

        1.4.1 表面形態(tài)

        采用JSM-5600 LV型掃描電子顯微鏡,觀察12種非織造布試樣的表面形態(tài)。

        1.4.2 吸液率和持液率

        參照GB/T 24218.6—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第6部分:吸收性的測定》標準,稱取一定質(zhì)量(M1)的干燥試樣,試樣尺寸為100 mm×100 mm,將其浸沒在去離子水中,1 min后立即取出并垂直懸掛2 min,立即稱取此時的試樣質(zhì)量(M2);然后,迅速地將濕態(tài)試樣放在標準吸液墊上,同時將1.2 kg的標準壓塊壓在試樣上,1 min后立即稱取此時的試樣質(zhì)量(M3)。吸液率(La)以試樣所吸收的液體質(zhì)量與試樣干燥質(zhì)量之比的百分數(shù)表示,持液率(Lh)以試樣加壓吸收后殘留的液體質(zhì)量與試樣干燥質(zhì)量之比的百分數(shù)表示,具體分別見式(1)、式(2)。每種試樣測5次,結(jié)果取平均值。

        (1)

        (2)

        1.4.3 液體穿透時間

        參照GB/T 24218.8—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第8部分:液體穿透時間的測定(模擬尿液)》標準,在規(guī)定條件下,將5 mL模擬尿液以一定速度流到放置在標準吸液墊上的干燥試樣上,試樣尺寸為100 mm×100 mm,用電測法測量全部液體穿透試樣所需的時間,即液體穿透時間。每種試樣測10次,結(jié)果取平均值。

        1.4.4 縱向擴散長度

        參照GB/T 24218.11—2012《紡織品 非織造布試驗方法 第11部分:溢流量的測定》標準,將干燥試樣放置在標準吸液墊上,試樣尺寸為140 mm×280 mm,在規(guī)定時間內(nèi),將25.000 g質(zhì)量濃度為9 g/L的氯化鈉溶液通過漏斗排放到試樣上,測量液體在試樣縱向擴散的最長距離,即縱向擴散長度。每種試樣測5次,結(jié)果取平均值。

        1.4.5 返濕量

        參照GB/T 24218.14—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第14部分:包覆材料返濕量的測定》標準,將干燥試樣放置在標準吸液墊上,試樣尺寸為125 mm×125 mm,再按GB/T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第13部分:液體多次穿透時間的測定》標準中的方法進行3次液體穿透試驗。在第3次液體穿透試驗結(jié)束后,輕輕將模擬嬰兒負荷(Simulated Baby Load,SBW)放置在試樣和標準吸液墊上3 min,然后移開SBW和標準吸液墊,將質(zhì)量為m1的2層干燥的吸紙放置在試樣上,并將SBW放在吸紙上2 min,稱量此時2層吸紙的質(zhì)量(m2)。返濕量(mWB)以2層吸紙返濕前后的質(zhì)量差表示,按式(3)計算。每種試樣測3次,結(jié)果取平均值。

        mWB=m2-m1

        (3)

        1.4.6 透濕性

        參照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分:吸濕法》標準,將試樣放置在裝有35.000 g干燥劑的透濕杯上,用墊圈、壓環(huán)、螺帽等固定,組成試驗組合體。將試樣組合體置于溫度為38 ℃、相對濕度為90%的試驗箱中平衡1 h,迅速蓋上透濕杯杯蓋并放在20 ℃的硅膠干燥器中平衡30 min,稱量此時透濕杯杯蓋及試驗組合體的質(zhì)量;然后移走透濕杯杯蓋,將試驗組合體再次放入溫度為38 ℃、相對濕度為90%的試驗箱內(nèi),經(jīng)1 h試驗時間后取出,并迅速蓋上同一個透濕杯杯蓋,稱量此時透濕杯杯蓋及試驗組合體的質(zhì)量。試樣的透濕性以單位時間內(nèi)試樣單位面積的透濕量(即“透濕率”)表示,按式(4)計算。每種試樣測3次,結(jié)果取平均值。

        (4)

        式中:WVT為透濕率,g/(m2·h);Δm為透濕杯杯蓋及試樣組合體2次稱得質(zhì)量之差,g;A為試樣有效試驗面積,0.002 83 m2;t為試驗時間,h。

        1.4.7 尺寸穩(wěn)定性

        參照GB/T 8629—2001《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》標準,并結(jié)合GB/T 8878—2014《棉針織內(nèi)衣》標準,選擇前者中的5A程序?qū)σ欢ǔ叽绲脑嚇舆M行洗滌。洗滌結(jié)束后,將試樣放置在溫度為20 ℃、相對濕度為65%的環(huán)境中,采用懸掛法自然晾干。試樣的尺寸穩(wěn)定性以試樣洗滌前后的縱向、橫向尺寸變化率(即“縮水率”)表示,按式(5)計算。每種試樣測3次,結(jié)果取平均值。

        (5)

        式中:l1為試樣洗滌前尺寸,cm;l2為試樣洗滌后尺寸,cm。

        2 試驗結(jié)果與分析

        2.1 表面形態(tài)

        圖2以11#試樣為例反映了熱風加固前和熱風加固后的表面形態(tài)。

        (a) 熱風加固前

        (b) 熱風加固后

        由圖2(a)可見,熱風加固前的試樣由于已受到反復(fù)針刺作用,纖維之間相互穿插糾纏,已形成三維立體網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)[9]。

        由圖2(b)可見,熱風加固后的試樣中熔點較低的丙綸收縮熔融產(chǎn)生了黏結(jié)點,纖維之間的縫隙和孔洞較熱風加固前變大[10-11]。

        2.2 吸液率和持液率

        1#~9#試樣的吸液率和持液率測試結(jié)果如圖3所示。

        結(jié)合圖3(a):(1)分別比較1#~3#、 4#~6#、 7#~9#試樣發(fā)現(xiàn),在相同的面密度下,針刺密度增加會導(dǎo)致試樣的吸液率下降。當針刺密度較小時,纖維纏結(jié)稀疏,彼此之間的孔隙大又多,故試樣能容納其自身干燥質(zhì)量數(shù)倍的液體;當針刺密度較大時,纖維纏結(jié)變得緊密,纖維之間的孔隙小又少[12-13],因此試樣能容納的液體質(zhì)量減少。(2)分別比較1#、 4#、 7#,2#、 5#、 8#,3#、 6#、 9#試樣發(fā)現(xiàn),在相同的針刺密度下,試樣面密度增加,其吸液率略有提升。這是因為試樣單位面積內(nèi)的纖維根數(shù)增多,試樣厚度增加[14],故其吸液能力增強,但當面密度超過200 g/m2后,吸液率提升幅度變小,如4#和7#,5#和8#,6#和9#,吸液率基本相同。

        (a) 吸液率

        (b) 持液率

        由圖3(b)可發(fā)現(xiàn),9種試樣的持液率的變化趨勢與吸液率基本一致,這可能是因為黏膠纖維既具備一定的親水性能,又具備一定的保水性能。但9種試樣的持液率的差異較小,基本保持在550%~650%。在持液率測試過程中,試樣會受到標準壓塊的擠壓。當面密度相同時,吸液率主要取決于試樣內(nèi)孔隙的大小與多少,而孔隙所容納的液體很容易被擠出,故各試樣間的持液率變化不明顯;當針刺密度相同時,吸液率主要取決于試樣包含的纖維根數(shù),雖然黏膠纖維既有親水性能又有保水性能,但保水性能遠遠不如親水性能,試樣受到一定質(zhì)量的標準壓塊的擠壓后,其內(nèi)部能夠留存的液體并不多,故持液率變化不大。

        綜合圖3可知,7#試樣的吸液率和持液率均為最大,而4#試樣的吸液率與7#試樣差異很小,持液率稍低于7#試樣。故綜合原料成本、加工成本等因素,確定選取4#試樣的工藝參數(shù)即面密度200 g/m2和針刺密度1 000刺/cm2作為最優(yōu)工藝參數(shù),并運用到階段二的試樣制備中。

        10#~12#試樣的吸液率、持液率測試結(jié)果見表3。比較10#~12#試樣發(fā)現(xiàn),隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加,試樣的吸液率和持液率逐漸增大。黏膠纖維具有較強的吸水能力,因此其質(zhì)量配比越大,試樣的吸液率越高。同時,黏膠纖維還具有一定的保水性能,在一定壓力作用下仍然能保存部分液體,因此其質(zhì)量比越大,試樣的持液率越高。故10#試樣的吸液性能和持液性能較優(yōu)。

        表3 10#~12#試樣的吸液率、持液率測試結(jié)果

        2.3 液體穿透時間

        表4所示為10#~12#試樣的液體穿透時間測試結(jié)果,可以看到,隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加,液體穿透時間減少。一方面,黏膠纖維具有較強的吸濕性能,能快速吸收液體,液體在其自重及黏膠纖維較強的吸收作用下,下滲速度迅速提高,因此黏膠纖維質(zhì)量配比越大,液體穿透時間越短;另一方面,雖然丙綸的吸濕性不如黏膠纖維,但隨著丙綸質(zhì)量配比的增加,更多的丙綸由于熱風作用會熔融在黏膠纖維上,黏結(jié)點數(shù)增加,纖維與纖維之間的孔隙增大,這也有利于液體快速穿透試樣[15]。但前者對液體穿透時間的影響更大,因此10#試樣的液體穿透時間最短。

        表4 10#~12#試樣的液體穿透時間測試結(jié)果

        2.4 縱向擴散長度

        通常采用滑滲量來表征液體沿試樣縱向擴散的能力。但在本試驗中,由于試樣采用質(zhì)量配比較大的親水性黏膠纖維制備而成,液體能夠被試樣完全吸收,沒有外溢,故采用縱向擴散長度來表征液體沿試樣縱向的擴散能力。如表5所示,12#試樣的縱向擴散長度最長。黏膠纖維的吸濕性能較強,其在迅速吸收液體的同時會阻礙液體擴散,因此黏膠纖維質(zhì)量配比越大,液體的縱向擴散長度越短。

        表5 10#~12#試樣的縱向擴散長度測試結(jié)果

        2.5 返濕量

        如表6所示,12#試樣的返濕量最小,其在潮濕環(huán)境中,皮膚舒適感好,不易出現(xiàn)紅疹等現(xiàn)象。一方面,黏膠纖維是親水性纖維,其保水性較好,有利于返濕,因此黏膠纖維的質(zhì)量配比越小,返濕量越??;另一方面,雖然丙綸的吸濕性不如黏膠纖維,但隨著丙綸質(zhì)量配比的增加,更多的丙綸會由于熱風作用受熱熔融,試樣內(nèi)的黏結(jié)點數(shù)增多,纖維間的孔隙變大,在外力作用下,液體大部分被放置在試樣下方的標準吸液墊吸收,這使得被2層吸紙吸收的液體質(zhì)量較小,即返濕量低。

        表6 10#~12#試樣的返濕量測試結(jié)果

        2.6 透濕率

        如表7所示,10#試樣的透濕率最大。一方面,黏膠纖維為親水性纖維,吸濕效果明顯,有助于水氣傳遞。另一方面,丙綸的透濕性高于黏膠纖維,隨著丙綸質(zhì)量配比增加,試樣的透濕性提高;同時試樣內(nèi)的黏結(jié)點數(shù)增多,纖維間孔隙變大,液體傳遞阻力降低,這也有利于透濕率提高。但前者對透濕率的影響更大,因此10#試樣的透濕率最大。

        表7 10#~12#試樣的透濕率測試結(jié)果

        2.7 縮水率

        10#~12#試樣的縮水率測試結(jié)果見表8。

        表8 10#~12#試樣的縮水率測試結(jié)果

        由表8可知,隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加,試樣的縱向、橫向縮水率均上升。黏膠纖維吸水后其橫向發(fā)生溶脹,纖維直徑增大,濕強大大降低,使得由黏膠纖維制成的試樣在水洗過程中容易產(chǎn)生變形損傷,尺寸穩(wěn)定性差。將黏膠纖維和丙綸結(jié)合,能夠明顯改善黏膠纖維制成的試樣的縮水情況。經(jīng)熱風加固后,丙綸發(fā)生熔融而在試樣上產(chǎn)生黏結(jié)點,使得纖維與纖維之間結(jié)合緊密,試樣在洗滌干燥后不容易發(fā)生尺寸變化,故12#試樣的縮水率最低,表明其尺寸穩(wěn)定性最好。另外,隨著洗滌次數(shù)的增加,試樣的縮水率越來越大,即尺寸穩(wěn)定性越來越差??傮w上,試樣縱向縮水率始終低于橫向縮水率,原因與本試驗采用交叉鋪網(wǎng)技術(shù)形成纖網(wǎng)有關(guān)。試樣中的纖維主要沿縱向排列,因此試樣的縱向尺寸穩(wěn)定性更好。

        3 結(jié)論

        (1) 通過對黏膠針刺非織造布的吸液率、持液率的測試分析,選取面密度200 g/m2、針刺密度1 000刺/cm2作為最優(yōu)工藝參數(shù),并運用到黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的制備中。

        (2) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的吸液率、持液率的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時,試樣的吸液率、持液率最高。

        (3) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的液體穿透時間的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時,試樣的液體穿透時間最短。

        (4) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的縱向擴散長度的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時,試樣的縱向擴散長度最長。

        (5) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的返濕量的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時,試樣的返濕量最低。

        (6) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的透濕率的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時,試樣的透濕率最高。

        (7) 通過對黏膠/丙綸針刺熱風非織造布的縮水率的測試分析可知,當黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時,試樣的縮水率最低,尺寸穩(wěn)定性最好。

        綜合成人失禁褲/墊芯上述各性能的測試分析結(jié)果,得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合:當面密度為200 g/m2、針刺密度為1 000刺/cm2時,黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5的試樣的吸液率、持液率、透濕率最高,液體穿透時間最短;黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15的試樣的縱向擴散長度最長,返濕量最低,尺寸穩(wěn)定性最好。

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