新型改性熔喷无纺布润湿性能研究

李健男，陈南梁,2，余燕平，徐 佳

（1. 东华大学 纺织学院；上海 201620；2. 东华大学 产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620）

新型改性熔喷无纺布润湿性能研究

李健男1，陈南梁1,2，余燕平1，徐 佳1

（1. 东华大学 纺织学院；上海 201620；2. 东华大学 产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620）

采用了一种新型工艺的熔喷无纺布，通过新型熔喷无纺布和传统熔喷无纺布的厚度和孔径测试来对比分析比较两种熔喷无纺布的厚度均匀度和孔径大小。同时，由于熔喷无纺布固有的亲水性能差特点，试验又进一步比较了不同质量浓度亲水助剂的情况下，含有PET的新型无纺布和纯PP无纺布的吸水性能以及芯吸性能的比较。结果表明：新型熔喷无纺布的厚度均匀，孔径大，织物更为蓬松。在亲水吸水性能上，样品在低质量浓度助剂的长时间作用下也能达到高质量浓度助剂作用的效果。且新型熔喷无纺布能吸收储存的水量也要比纯PP无纺布要多。在芯吸性能方面，虽然两种无纺布芯吸测试结果最终液面的爬升高度都趋于一致，但结合吸水率和芯吸的现象来看，新型熔喷无纺布的吸水率明显高于纯PP无纺布，且含水更多，也更保水。

新型熔喷无纺布；湿巾；润湿性能；研究

0 引言

熔喷法非织造布最早于1954年由美国海军研制，其通过气流喷射方法，可将纤维直径控制在5 μm以下。由于纤维直径很小，柔软，从而被制得非织造布。美国Exxon Mobil公司通过对其一类产品的继续研究，设想将其从军用推广到市场更为广阔的民用方面，很大程度上刺激了非织造布技术在民用领域的迅速发展[1]。随着技术的不断发展于完善，熔喷非织造材料在过滤、防水、吸附、阻菌、保暖、医疗卫生等方面应用增多。近年来，熔喷非织造新材料、新工艺和新产品不断涌现，应用领域不断拓展[2]。

熔喷无纺布生产成本低，具有柔软和蓬松的特点，因此用作湿巾的基材可保证产品的柔软性，吸水率和保水率。原料方面，由于聚丙烯（PP）具有质地轻、弹性好、强力高、不起球、耐腐蚀、耐酸、耐碱、耐化学溶剂性、抗微生物性好、不毒不蛀、对皮肤无过敏、卫生性能好、阻燃性好、耐污性好、易洗涤清洁等一系列优点，是较佳的湿巾材料选择。加之丰富的原料及低廉的价格，当今绝大多数湿巾材料均选择PP原料，目前为止，有90%以上的熔喷非织造布以PP为原料[3]。但是未经处理的PP熔喷非织造布亲水性较差, 因为PP为大分子结构，且不含亲水性基团，结构致密, 缺少微孔和缝隙，因此需对PP熔喷非织造布进行有效的亲水改性[4]。

1 试验部分

1.1 试验原料

实验原料包括广州市三泰汽车内饰材料有限公司提供的40 g/m2PET+PP新型熔喷无纺布和40 g/m2纯PP熔喷无纺布，亲水助剂。新型熔喷无纺布针对传统的熔喷工艺加以改进，在喷丝过程中，利用静电装置，引入25%～35%的涤纶短纤维，使其带电荷，并在静电场的作用下，PET短纤维产生运动，插入熔喷纤维中，使新型熔喷无纺布形成成“V”字形截面。

1.2 试验仪器

CH-12.7-ATSX型电子测厚仪，上海六菱仪器厂；毛细管流动孔径分析仪。

图1 吸水测试

1.3 测试方法

1.3.1 外观形态测试

采用电子测厚仪分别测量新型熔喷无纺布和传统熔喷无纺布厚度，每种试样测试10 次，取其平均值，以测试比较两者的均匀度。

1.3.2 孔径大小测试

毛细管流动分析仪是用来测试多孔材料透气率、孔隙率、孔径及分布的一种设备[5]。其原理如下：

将一个完全为浸润液饱和的样品置于一个完全密封的样品室内，利用气体从样品上方缓缓流向密封的样品室，在一定压力下，气体克服孔内液体的毛细管作用，从而将孔内的浸润液排出。仪器通过计算机来控制气体压力，缓慢增加，直到能流动的浸润液被排空为止，通过得知气体压力和流动速率数据，根据相应公式便可计算出孔径大小和分布。

涉及指标：D=4γcosθ/p

式中D为孔隙直径，γ为液体的表面张力，θ为接触角，p为压差。

1.3.3 吸水性能测试

取两种样品30×60 mm的试样各一块，分别称取其干重。将试样完全浸入盛液容器中（如图1），放置5、15、30和60 min，每个时间取出称重一次。称重前应轻抖试样至不会有水滴下。实验分别采用了助剂质量浓度为0、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5和2.0 g/l的溶液进行（助剂密度视作水密度）。

涉及指标：

含水量=试样湿重-试样干重

含水质量分数=（含水质量分数/试样干重）×100%

1.3.4 芯吸效应测试

芯吸作用初期, 因为织物中存在大量的孔隙,因此其效果明显，液体上升速度相对较快，然而随着液体芯吸的持续及高度逐渐上升，在液体重力的作用下，其上升速率会逐渐变缓，最终达到一个比较稳定的高度。规定为以液体沿纺织材料上升的高度来表示芯吸程度[6～9]。

实验取长30 cm和宽3 cm两种样品各1 条，垂直放置在盛有液体的容器中，样品入水长度8～10 mm，放置5、10、15和30 min、，每个时间记录一次渗液高度。实验分别采用了助剂质量浓度为0、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5和2.0 g/l的溶液进行。

表1 新型熔喷无纺布厚度测试结果

表2 新型熔喷无纺布孔径大小测试结果

图2 传统熔喷纤网面密度与平均孔径、最大孔径的关系

2 结果与讨论

2.1 厚度测试

通过对新型熔喷无纺布的一些基本测试，可以看到其在厚度以及均匀度方面的不同。

从表1可以看到，新型熔喷无纺布的各处厚薄均匀，织物的均匀度很好，不匀率只有约2%。

2.2 孔径测试

用毛细管流动孔径分析仪对无纺布的孔径大小测试结果如表2。根据图2反应的传统熔喷纤网面密度与平均孔径和最大孔径的关系，可以发现传统熔喷非织造布孔径随着面密度的增大，孔径减小，面密度为50 g/m2的时候平均孔径只有约5 μm，可以推测，当其面密度增加到200 g/m2的时候，平均孔径将更小。而新型熔喷非织造布的面密度为200 g/m2的平均孔径则为12 μm，可见，新型熔喷非织造布孔径比传统熔喷非织造孔径大很多，织物也较为蓬松。

从孔径分布图（如图3）可以看出，用新型熔喷法织造的非织造布孔径分布较集中，也反映了织物结构的均匀性。

通过计算得到新型熔喷无纺布的孔隙率都达到96%以上。并且布的压缩回复率大，具有良好的弹性和蓬松性。

综上所述，新型熔喷非织造布比传统熔喷非织造布孔径大很多，无纺布较为蓬松。孔径分布较集中，不匀率较低，无纺布的均匀度很好。新型的熔喷非织造布结构的特点使其具有手感柔软，蓬松度高等优点。

2.3 吸水性能测试

在没有加入助剂的情况下，两种样品都是基本不吸水的，水并没有进入到无纺布内部，都是表面附着的水，所以没有进一步计算含水率，见表3。

吸水测试结果分析：

从两种样品在不同质量浓度助剂的溶液和放置不同时间的吸水情况大致可以看出（见表4～9）：

图3 2#试样(200 g/m2)孔径分布图

表3 未加助剂时的吸水测试结果

表4 助剂质量浓度为0.1 g/l时的吸水测试结果

表5 助剂质量浓度为0.2 g/l时的吸水测试结果

表6 助剂质量浓度为0.5 g/l时的吸水测试结果

表7 助剂质量浓度为1.0 g/l时的吸水测试结果

表8 助剂质量浓度为1.5 g/l时的吸水测试结果

PET+PP无纺布比纯PP无纺布吸水更多也更快。在助剂为低质量浓度时，水慢慢渗透试样，放置时间越长，吸水量越大；助剂为高质量浓度时，试样浸入水中水就开始渗透，短时间内就可完全湿透。PET+PP无纺布能比纯PP无纺布在更低助剂质量浓度下被作用，然后快速吸水。

如图4中曲线可以看出，当助剂质量浓度较低为0.1 g/l时，样品的吸水量随时间增加变化明显。本身PET和PP纤维的表面张力都比较小，小于水的表面张力，加入亲水助剂的作用就是提高两种无纺布的表面张力，使其开始吸水。当助剂质量浓度较低时，助剂对样品有了作用，但是作用不是很明显，比没有加助剂的时候明显感到水开始渗透进布，但是是一个逐渐渗透的过程。所以短时间内水并不能渗透进布，只是布的边缘开始吸湿。随着浸泡时间的增长，助剂对样品的作用更彻底，吸水量也就有了明显的升高。新型熔喷无纺布比纯PP无纺布吸水更快，吸水量也更大。

如图5曲线可以看出，当助剂质量浓度较高为2.0 g/l时，由于助剂的质量浓度较大，无纺布才进入水中就明显受到了助剂的作用，表面张力迅速增大，亲水性变好，样品才入水就基本全部湿透了。由于短时间内样品就全方位的吸水，水渗透进布，所以随时间增加并不会再继续吸水。

同样，新型熔喷无纺布的吸水量要比纯PP无纺布的大。高质量浓度助剂作用下，由于助剂对布的作用较为彻底，样品的最终吸水量也要高于低质量浓度助剂时的数值。

表9 助剂质量浓度为2.0 g/l时的吸水测试结果

图4 两种样品在助剂质量浓度为0.1 g/l时含水量随时间的变化图

图5 两种样品在助剂质量浓度为2.0 g/l时含水量随时间的变化图

图6 两种样品在不同质量浓度助剂中浸泡5 min时的含水量变化图

图7 两种样品在不同质量浓度助剂中浸泡60 min时的含水量变化图

如图6曲线可以看到，短时间浸泡，随助剂质量浓度的增加，两种样品的吸水量都明显增加，说明助剂对样品的作用很有效果。而且助剂短时间作用，样品的含水量随助剂质量浓度变化呈现一个逐渐上升的趋势，说明短时间作用，助剂的质量浓度对样品的吸水起到主导影响。并且高质量浓度助剂能让样品短时间吸水达到低质量浓度助剂长时间作用的效果。

如图7曲线，长时间浸泡，样品随助剂质量浓度变化的吸水量变化没有短时间浸泡明显，吸水量只是稍微的有所增加。从图中也可以看到，没有添加助剂的话，再长的时间样品都不会吸水，从现象上来看也是这样，水不会渗透，布并没有湿，测到的含水量都是附着在无纺布表面的水滴的质量。而只要添加了助剂，布就开始有明显的吸水，说明此亲水助剂对于新型熔喷无纺布和纯PP无纺布都有较好的效果。

从图6～7中也可以得出，在低质量浓度助剂长时间作用下水也能全部渗透布，同样能达到高质量浓度助剂作用的效果。

综上实验数据和曲线分析可以看到，不加助剂时两种样品都几乎不吸水，作用时间对吸水也基本没有影响，浸泡60 min含水量也很低，且就实验现象来说，水没有渗透进布，水滴都是附着在布的表面。当加入助剂后，样品放入水中，水明显开始渗透。助剂质量浓度较低时，水从布的边缘开始慢慢渗透，随时间增加，布渐渐湿透。助剂质量浓度较高时，布进入水中5 min内基本就完全湿透了。新型熔喷无纺布比纯PP无纺布更容易被浸湿，水的渗透更快。

助剂质量浓度和时间都能影响样品的吸水情况。当助剂质量浓度较低时，含水量随时间增加变化明显。作用时间较短时，含水量随助剂质量浓度增加变化明显。总的来说，样品在低质量浓度助剂的长时间作用下也能达到高质量浓度助剂作用的效果，所以实际运用中，低质量浓度助剂配合长时间作用或者短时间作用配合高质量浓度助剂，应该都能在不浪费资源的基础上发挥较好的作用。

表10 助剂质量浓度为0.1 g/l时的芯吸测试结果

表11 助剂质量浓度为0.2 g/l时的芯吸测试结果

表12 助剂质量浓度为0.5 g/l时的芯吸测试结果

表13 助剂质量浓度为1.0 g/l时的芯吸测试结果

对比两种样品来看，不论作用时间或者助剂质量浓度变化，两种样品的变化趋势是一致的，但新型熔喷无纺布的含水率要高于纯PP无纺布，并且新型熔喷无纺布的吸水速度也要比纯PP无纺布快。这就与新型熔喷无纺布的结构特性有关了，由于加入了PET短纤维，使新型熔喷无纺布较为蓬松，且孔隙率高，浸入水中之后，较多的孔隙利于水的渗透，且PET本身的表面张力比PP纤维的大，所以在助剂处理后会比PP纤维更容易吸水，又由于其多孔，所以新型熔喷无纺布比纯PP无纺布吸水速度要快。因为蓬松，织物内原本空气较多，而且孔隙率高，吸水之后水来填补了之前的孔隙，所以新型熔喷无纺布能吸收储存的水量也要比纯PP无纺布要多，所以最终的吸水量更大。

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2.4 芯吸性能测试

当水中不加助剂的时候，两种样品都不吸水，所以没有芯吸效应（注：液面有时不是整体爬高，记录的都是最高点的高度）。

芯吸测试结果分析：

从两种样品在不同质量浓度助剂的溶液和放置不同时间的芯吸情况大致可以看出（见表10～15）：

⑴ 两种样品的芯吸情况与吸水情况基本一致。

⑵ 两种样品渗液都在前5 min较快较明显，而且从实验现象上看，前5 min液面是整体爬高，后面大多数是某几个局部在爬高。

⑶ PET+PP无纺布和纯PP无纺布当助剂质量浓度较高且放置较长时间时芯吸情况趋于一致。

如图8～9曲线可见，两种样品在助剂质量浓度为0.1和2.0 g/l时均随时间增加液面爬升高度也增加，且一开始的爬高非常明显。一般在芯吸初始阶段，液体会上升很快，这是由于织物中存在着大量的孔隙，随着液体芯吸高度的上升, 由于受到液体重力的影响，上升速率逐渐变缓，最终会达到一个稳定的高度。

⑷ 新型熔喷无纺布的爬升高度比纯PP无纺布略高。

如图10曲线可以看出，作用同样的时间，样品芯吸的爬升高度会随助剂质量浓度增加而增大。作用时间较短时，质量浓度在中等偏低时，两种样品爬升高度差别不大，质量浓度再升高时爬升高度才有明显增大。新型熔喷无纺布的爬升高度要比纯PP无纺布高。

表14 助剂质量浓度为1.5 g/l时的芯吸测试结果

表15 助剂质量浓度为2.0 g/l时的芯吸测试结果

图8 两种样品在助剂质量浓度为0.1 g/l时芯吸效应随时间的变化图

图9 两种样品在助剂质量浓度为2.0 g/l时芯吸效应随时间的变化图

图10 两种样品在不同质量浓度助剂中5 min时芯吸效应变化图

图11 两种样品在不同质量浓度助剂中30 min时芯吸效应变化图

如图11曲线所示，作用时间长时，两种样品在不同质量浓度助剂中芯吸的爬升趋势基本一致，整体爬升高度比作用时间为5 min时要高。新型熔喷无纺布的爬升高度要比纯PP无纺布略高一些，但最终能够达到同样的高度。

芯吸测试反应的是织物的保水能力，是在水完全渗透布之后液面才会逐渐爬升。不加助剂时，水并不能渗透无纺布，所以放置多长时间都并不会有芯吸效应。加入助剂后，助剂质量浓度低时，水渗透较慢，所以爬升高度比较低；助剂质量浓度高时，水能够快速渗透，所以在短时间内液面就会有比较高的爬升。而作用时间的增长也能使水的渗透更加彻底，也会增加液面的爬升高度。

芯吸测试由于记录的是液面爬升的最高点，所以有时所记录的高度并非液面整体爬升到的高度，只是一个局部的高度。同时熔喷无纺布厚度不是特别均匀，有些地方薄一些就会渗透的快一些，而有些地方可能比较难渗透，所以会出现局部爬高的现象。基本液面在15 min之后的爬升都是局部爬升。

对于芯吸效应来说，孔径分布集中、均匀会有更好的效果。新型熔喷无纺布不但孔隙率高，并且孔径分布较集中，均匀度好，所以其导湿性会更好，芯吸效应会更明显。总的来说，对于新型熔喷无纺布，水的渗透会更快一些，布湿的也更彻底一些，所以新型熔喷无纺布要比纯PP无纺布液面更多是整体爬高，芯吸结果的液面爬升高度也要比纯PP无纺布稍高一些。

3 结论

⑴ 新型熔喷无纺布的各处厚薄均匀，织物的均匀度很好。

⑵ 新型熔喷非织造布比传统熔喷非织造布孔径大很多，织物较为蓬松。孔径分布较集中，不匀率较低，织物的均匀度很好。

⑶ 样品在低质量浓度助剂的长时间作用下也能达到高质量浓度助剂作用的效果。且新型熔喷无纺布能吸收储存的水量也要比纯PP无纺布要多。

⑷ 虽然芯吸测试结果来看，两种无纺布最终液面的爬升高度都趋于一致。但结合吸水率和芯吸的现象来看，新型熔喷无纺布的吸水率明显高于纯PP无纺布，而且含水更多，也更保水。

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[9]陆慧娟, 王正伟. 关于织物芯吸速率测试的研究[J].上海纺织科技, 2005, (2): 62-63.

Study on the wetting properties of several nonwoven fabrics

LI Jian-nan1, CHEN Nan-liang1,2, YU Yanping1, XU Jia1
( 1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620 China; 2. Textile College, Donghua University, Shanghai 201620 China )

This paper uses a new process of Melt-blown non-woven, By testing the thickness and the aperture of the new melt-blown non-woven and traditional melt-blown non-woven, to comparative analysis to compare the two melt-blown non-woven fabric thickness and aperture.Because of the poor melt-blown non-woven hydrophilic inherent performance characteristics, we further compared that in different concentration of the hydrophilic additives absorbency and wicking performance of the new PET non-woven and the non-woven fabric which just containing pure PP. The result shows that the New melt-blown non-woven fabric with more uniform thickness, bigger aperture, and the fabric is more fluffy.In terms of water absorption of hydrophilic, Samples under the effect of low concentration of additives for a long time also can achieve the result of high concentration of fertilizer effect. And the new melt-blown non-woven fabric can absorb water stored more than pure PP non-woven fabric.On the core absorption performance, through the core test results, the two kinds of non-woven final climb height of the liquid level are almost the same.But in combination with water absorption, The new melt-blown non-woven water absorption was significantly higher than the pure PP non-woven.Combining with core suction phenomenon,The new melt-blown non-woven aqueous more water,and retention water better.

new type melt-blown non-woven; wipes; wetting properties; study

TS174.81; TS176.4

A

1007-9815（2016）01-0059-07

定稿日期:2016-02-23

李健男（1990-），男，河北沧州人，硕士研究生，研究方向为纺织生物材料与工程，(电子信箱)rambo@cntextile. biz；通讯作者：陈南梁，男，教授，(电子信箱)nlch@dhu.edu.cn。