勞海晴 蔡學(xué)軍 謝仁亮 錢 程

嘉興學(xué)院 材料與紡織工程學(xué)院， 浙江 嘉興 314001

紙尿褲主要由面層、吸收層和底層3部分組成，面層作為直接與人體皮膚接觸的材料，用于促使尿液快速滲透并保持干爽，因此需具備親膚、透氣和透濕等基本性能[1]。此外，若面層具有一定的天然抑菌性，則更理想。烏拉草被稱為百草之王[2]，其提取液中富含游離氨基酸及鐵、鈣、鋅等無機元素，更特別的是還含有 “天然抗菌因子”，對真菌和細菌具有較好的抑制作用[3]。陳春俠等[4]提取出烏拉草纖維，并對纖維的性能進行表征。文獻[5]探討了烏拉草天然染料的制備方法及在棉織物染色中的應(yīng)用，但目前實際生產(chǎn)中未見相應(yīng)的報道。本文對烏拉草提取液的獲取及其上染純棉非織造布的制備工藝進行試驗研究，通過烏拉草提取液染色，賦予純棉非織造布天然抑菌性。將制備的純棉非織造布用作紙尿褲面層，可提升紙尿褲的抑菌性和色彩豐富性，使產(chǎn)品在穿用過程中更健康、舒適。同時拓寬純棉非織造布在醫(yī)衛(wèi)材料領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

純棉水刺非織造布，面密度為40 g/m2，由常熟永得利水刺無紡布有限公司提供；十二水合硫酸鋁鉀(分析純)，天津市致遠化學(xué)試劑有限公司；烏拉草，由吉林美佳烏拉草科技發(fā)展有限公司提供。

1.2 染色試驗

1.2.1 烏拉草提取液的制備

以提取溫度、提取時間和料液比為三因素，設(shè)計L9(34) 正交試驗[6]，根據(jù)試驗方案進行烏拉草提取液的制備。對提取液進行過濾和冷卻，然后通過測試其在最大吸收波長(460 nm)處的吸光度，評價提取效果。

1.2.2 純棉非織造布的染色

采用優(yōu)選方案制備烏拉草提取液，然后用其對純棉非織造布進行染色試驗。通過單因素試驗考察染色溫度、染色時間、染液pH值、浴比對純棉非織造布染色性能的影響，以染色殘液的吸光度為評判依據(jù)。染色工藝流程如下：將純棉非織造布在一定的溫度下煮練一段時間后，取出水洗，再放入一定溫度、pH值和浴比的烏拉草染液中，加入一定比例的硫酸鋁鉀溶液，以一定的升溫速率升高至一定溫度并染色一定時間后，冷卻至室溫，取出水洗，烘干。

1.3 非織造布性能測試

純棉非織造布試樣的摩擦色牢度采用YB571-II型預(yù)置式色牢度儀測試，參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行；強力采用YG065 H型電子織物強力機測試，參照GB/T 3923.1《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》進行；液態(tài)水動態(tài)傳遞性采用MMT型液態(tài)水分管理測試儀測試，參照GB/T 21655.2—2009《紡織品 吸濕速干性的評定 第2部分:動態(tài)水分傳遞法》進行；抑菌性采用HT-400B型恒溫培養(yǎng)箱測試，按照美國AATCC Test Method 90(Halo Test，瓊脂平皿法)進行；吸水倍率采用LBX-116型非織造布吸水性能測試儀測試，參照FZ/T 64012.2—2001《水刺法非織造布 第2部分：衛(wèi)生用卷材》進行；耐磨性采用YG 502型起毛起球儀測試，根據(jù)GB/T 4802.2—1997《紡織品 織物起球試驗 馬丁代爾法》進行，將直徑為38 mm的圓形試樣裝夾在夾持器上，在規(guī)定壓力下進行摩擦測試。本文選擇施加壓力的砝碼質(zhì)量為520 g，在砝碼產(chǎn)生的壓力作用下，將試樣對磨50次，觀測其表面起毛起球情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 烏拉草提取液提取正交試驗結(jié)果與分析

烏拉草提取液提取正交試驗方案見表1，正交試驗結(jié)果見表2。

表1 烏拉草提取液提取正交試驗方案

表2 烏拉草提取液提取效果正交試驗結(jié)果

由表2的正交試驗結(jié)果可知，影響烏拉草提取液提取的主要因素是提取溫度，其次是提取時間，料液比的影響最小，且4號試驗獲取的烏拉草提取液的吸光度最大，為1.644。吸光度越大，表明提取液的濃度越高，提取效果越好[7]?；诖?，確定烏拉草提取液提取的優(yōu)化工藝參數(shù)如下：提取溫度為95 ℃，提取時間為120 min，料液比為1∶25。

2.2 純棉非織造布染色試驗與結(jié)果分析

2.2.1 單因素試驗結(jié)果分析

烏拉草提取液上染純棉非織造布的單因素試驗結(jié)果見圖1。由圖1a)可以看出，隨染色溫度的升高，染色殘液的吸光度先逐漸下降后上升，表明純棉非織造布的上染率先上升后下降；染色溫度為85 ℃時，殘液的吸光度最低，之后，殘液吸光度隨著染色溫度的上升而上升，因此，選擇85 ℃作為優(yōu)選染色溫度。由圖1b)可以看出，染色時間為20～60 min時，殘液吸光度隨著染色時間的延長而降低，染色時間為60 min時殘液的吸光度最低，之后隨著染色時間的繼續(xù)延長，殘液吸光度上升，上染效果下降，因此，優(yōu)選染色時間為60 min。由圖1c)可以看出，殘液吸光度在pH值為5～6時出現(xiàn)最低值，表明弱酸性條件下上染效果較好，有利于烏拉草提取液與純棉非織造布的結(jié)合。由圖1d)可以看出，浴比為1∶40時，殘液吸光度低，上染效果較好，繼續(xù)增大浴比，殘液吸光度變化較平緩，因而較適宜的浴比為1∶40。綜上，由烏拉草提取液上染純棉非織造布的單因素試驗可知，烏拉草提取液上染純棉非織造布的最佳染色工藝參數(shù)如下：染色溫度為85 ℃，染色時間為60 min，染液pH值為6，浴比為1∶40。

圖1 烏拉草提取液上染純棉非織造布單因素試驗結(jié)果

2.2.2 染色試驗

以明礬為媒染劑，分別通過預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色方式，采用烏拉草提取液對純棉非織造布進行染色。染色工藝流程如圖2所示。

圖2 烏拉草提取液上染純棉非織造布工藝流程

烏拉草提取液上染純棉非織造布的染色效果圖如圖3所示。媒染劑明礬中含有鋁金屬離子，能夠在染液中與棉纖維素纖維的羥基基團形成配位鍵，提高纖維與染料之間的結(jié)合力[8]。由圖3可以看出，采用烏拉草提取液，分別通過預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色方式對純棉非織造布進行染色后，所得非織造布分別呈淺黃褐色、黃褐色和褐色，表明采用烏拉草染液上染純棉非織造布是可行的。并且采用后媒染染色工藝，烏拉草染液的上染率更高，所得染色純棉非織造布色澤更鮮艷。表明烏拉草提取液上染純棉非織造布較優(yōu)的染色方式為后媒染染色。

圖3 烏拉草提取液上染純棉非織造布效果圖

2.3 耐干、濕摩擦色牢度

對經(jīng)烏拉草提取液染色的純棉非織造布進行干、濕摩擦色牢度進測試，結(jié)果見表3。由表3可以看出，染色方式對烏拉草染色純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度有一定的影響。經(jīng)3種染色方式染色后，純棉非織造布的耐干、濕摩擦色牢度達3級或以上。按照干、濕摩擦色牢度從高到低的順序排列，后媒染最優(yōu)，同浴媒染次之，預(yù)媒染較差。從媒染劑用量對摩擦色牢度的影響來看，當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度為6 g/L時，純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度最高，為4級或以上。基于此，在染色配方中優(yōu)選媒染劑質(zhì)量濃度為6 g/L。

2.4 液態(tài)水分管理性能

為檢測染色后純棉非織造布對液體的傳導(dǎo)能力，對其進行液態(tài)水分管理性能測試，結(jié)果分別見圖4

表3 染色純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度測試結(jié)果

和表4。由圖4a)可以看出，未染色純棉非織造布的液態(tài)水傳遞圓整體顏色較深，圓外周有一個顏色接近黑色的圓環(huán)，且圓環(huán)直徑較大，表明液態(tài)水含量較高，水分擴散速度慢。由圖4b)可以看出，預(yù)媒染染色純棉非織造布的液態(tài)水傳遞圓顏色與未染色純棉非織造布相比較淺，圓外周圓環(huán)的直徑相對較小，表明其液態(tài)水含量比未染色純棉非織造布低，水分擴散速度優(yōu)于未染色純棉非織造布。由圖4c)可以看出，同浴媒染染色純棉非織造布液態(tài)水傳遞圓的圓外周圓環(huán)直徑相比前兩者更小，表明其液態(tài)水含量更低，水分擴散速度相對較快。由圖4d)可以看出，后媒染染色純棉非織造布液態(tài)水傳遞圓的整體顏色最淺，液態(tài)水含量最少，圓外周的黑色圓環(huán)直徑最小，表明其水分擴散速度最快。表4的液態(tài)水分管理測試結(jié)果與圖4顯示的結(jié)果相符，即液態(tài)水動態(tài)傳遞綜合指數(shù)按由高到低的順序排列，依次為后媒染非織造布、同浴媒染非織造布、預(yù)媒染非織造布、未染色非織造布。

2.5 拉伸性能

對染色前后的純棉非織造布進行拉伸性能測試，結(jié)果見表5。由表5可見，經(jīng)預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染染色的純棉非織造布，其橫向斷裂強力均低于未染色純棉非織造布，降低了約0.8%，縱向斷裂強力均高于未染色純棉非織造布，提高了約0.4%，染色處理前后純棉非織造布的斷裂強力偏差小于1.0%，因此可認為烏拉草提取液染色處理對純棉非織造布縱、橫向斷裂強力的影響不大。

圖4 不同純棉非織造布的水分擴散位置圖示

表4 不同純棉非織造布的液態(tài)水分管理測試數(shù)據(jù)

表5 不同純棉非織造布的拉伸性能測試結(jié)果

2.6 吸水倍率

對染色處理前后的純棉非織造布進行吸水倍率測試，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，染色處理后，純棉非織造布的吸水倍率明顯高于未染色處理的純棉非織造布，其吸水倍率相比未染色純棉非織造布提高了12.38%。吸水倍率反映材料的吸水能力，其值越大，說明材料的吸水能力越強，越有利于液體的傳導(dǎo)和輸送[9]。研究結(jié)果顯示，烏拉草提取液染色可有效改善純棉非織造布的吸水能力，且不同染色方式對純棉非織造布吸液能力的改善程度相近。

圖5 不同純棉非織造布吸水倍率測試結(jié)果

2.7 表面耐磨性

對染色處理前后純棉非織造布進行表面耐磨性測試，結(jié)果見圖6。由圖6可以看出，經(jīng)50次對磨后，所有純棉非織造布試樣的表面均僅表現(xiàn)出輕微的起毛，且起毛部分主要為短纖維，無明顯的長絲出現(xiàn)，表明染色處理后純棉非織造布的耐磨性未受到明顯的影響。

圖6 純棉非織造布的表面耐磨性測試結(jié)果

2.8 抑菌性能

對未染色處理和經(jīng)后媒染染色處理的純棉非織造布進行抑菌性能測試，結(jié)果見圖7。由圖7a)對金黃色葡萄球菌的抑菌性能測試結(jié)果可以看出，盡管試樣周圍沒有出現(xiàn)明顯的抑菌圈，但接近試樣區(qū)域的菌落生長較稀疏。試驗中將培養(yǎng)皿打開，用鑷子取出經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布，可以直觀地看到，試樣覆蓋的區(qū)域無菌落生長，而未染色純棉非織造布試樣覆蓋的區(qū)域則長滿菌落，表明經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布對金黃色葡萄球菌具有一定的抑制作用。由圖7b)對大腸埃希菌的抑菌性能測試結(jié)果可以看出，經(jīng)后媒染染色的純棉非織造布試樣周邊存在明顯的抑菌圈，表明其對大腸埃希菌具有較好的抑制作用。

圖7 純棉非織造布的抑菌性能測試結(jié)果

3 結(jié)論

本文對烏拉草提取液上染純棉非織造的工藝進行研究。制備烏拉草提取液，探討提取溫度、提取時間和料液比對烏拉草提取液提取效果的影響，并進一步就烏拉草提取液上染純棉非織造布的影響因素進行探討，得出如下結(jié)論。

(1)烏拉草提取液的最優(yōu)提取工藝參數(shù)如下：提取溫度為95 ℃，提取時間為120 min，料液比為1∶25，此時提取液的吸光度最大。

(2)采用烏拉草提取液上染純棉非織造布的最佳染色工藝參數(shù)是染色溫度為85 ℃，染色時間為60 min，染液pH值為6，浴比為1∶40，較優(yōu)的染色方式為后媒染工藝。此工藝下制得的純棉非織造布具有較高的染色牢度。

(3)分別通過預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染3種染色方式，采用烏拉草提取液上染純棉非織造布，測試并分析染色處理前后純棉非織造布的性能。結(jié)果表明，染色后純棉非織造布的干、濕摩擦色牢度達3級及以上，耐摩擦性能好；烏拉草提取液染色對純棉非織造布的斷裂強力和耐磨性未產(chǎn)生明顯影響，但顯著提高了純棉非織造布的吸水倍率；經(jīng)烏拉草提取液染色處理的純棉非織造布在浸濕時間、吸水速率和液態(tài)水分擴散速率方面均明顯優(yōu)于未染色純棉非織造布，液態(tài)水動態(tài)傳遞綜合指數(shù)按由高到低的順序依次為后媒染非織造布、同浴媒染非織造布、預(yù)媒染非織造布、未染色非織造布，表明染色后純棉非織造布的水分管理能力得以提升；抑菌性能測試結(jié)果顯示，經(jīng)烏拉草提取液染色的純棉非織造布對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌均具有一定的抑菌性能。