水刺面膜基布的性能测试及评价

樊晓燕，吴海波，刘万军，3

(1.东华大学产业用纺织品教育部工程研究中心，上海 201620；2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620；3.上海纳米生物材料与再生医学工程技术研究中心，上海 201620)

随着年龄的增长，人类由婴幼儿时期到老年时期，皮肤受到的损伤越来越大，自身修复能力也越来越弱，导致皮肤水分和胶原蛋白在不断流失，皮肤也在逐渐老化。 面膜作为一款可以在短时间内为皮肤补充水分和营养物质的便携式护肤品，深深地受到了大众的喜爱，在众多护肤品里占据主要地位[1]，其作用原理是与肌肤表面形成封闭空间，提高皮肤表面温度，使毛孔扩张，新陈代谢速度加快，用水分和活性营养成分滋润肌肤，去除面部皮脂，保持肌肤水润，且富有光泽[2]。

在由液态精华和面膜基布两部分组成的贴片式面膜中，面膜的使用效果与面膜基布的种类和工艺都有很大联系。 为了满足面膜吸水性和孔隙度高、柔软性和透气性好、保水能力强的要求，目前主要采用水刺非织造布作为基材[3]。 除了加工工艺外，基材的性能还高度依赖于材料的类型。 本文主要收集了市场上12 种水刺基布，主要包括涤纶、粘胶、天丝、壳聚糖、竹、玉米和莫代尔这七种纤维，根据面膜的使用要求测试其相关性能，对比分析不同面膜基布之间的性能差异，系统地研究纤维原料、配比和基布的面密度对其相关性能的影响，为后续面膜基布的研发提供新思路。

1 试验

1.1 试样

本次研究选用市面上常用的12 种面膜基布，其具体规格见表1。

表1 试样的具体规格

1.2 测试方法

1.2.1 厚度和面密度

采用YG141 数字式织物厚度仪，依据GB/T 24218.2－2009 测试样品的厚度，每种样品测试10次并取其平均值；依据GB/T 24218.1－2009 测定试样的面密度，测试前将样品用圆形取样器裁剪成1 m2大小，并用JA103H 电子天平进行称重，每种样品测试6 次并取其平均值。

1.2.2 透气性测试

采用YG461E 数字式透气量仪，依据GB/T 4218.15－2018 测透气性，设置仪器试样压差为50 Pa，测试面积为20 cm2，在实际操作过程选择合适的喷嘴号，每个样品测试10 次取其平均值。

1.2.3 干湿态下力学性能

采用YG020B 型电子单纱强力机，依据GB/T 24218.3－2010 中的条样法，分别测试非织造布干湿态下纵横向强力，每个样品纵横向各裁剪3 块5 cm×20 cm 大小的试样，并调湿。 设置仪器拉伸距离为100 mm，拉伸速度为200 mm/min，干态测试时，直接将样品夹持在上下夹头之间；湿态测试时，需要将样品浸泡在去离子水中1 min，然后在竖直方向静置2 min 使其无水滴落下，此时再将样品夹持住测试后取平均值。 用缠结系数表示水刺基布的缠结程度，进一步表征经过加固后水刺布的力学性能，其计算公式如下[4]:

式中:MD－水刺布的纵向断裂强力，N；

CD－水刺布的横向断裂强力，N；

G－水刺布的面密度，g/m2。

1.2.4 柔软性测试

采用LLY－01 电子织物硬挺度仪，依据GB/T 18318－2001 测定试样的弯曲刚度，实验时将每个试样按纵横向各剪3 块2.5 cm x 25 cm 大小，记录每组的弯曲长度，并计算其弯曲刚度G，其计算公式如下:

式中:G－弯曲刚度，mN•cm；

m－试样的单位面积质量，g/m2；

C－试样的平均弯曲长度，cm。

1.2.5 吸水保水性能

依据GB/T 24218.6－2010 测定试样的液体吸收量。 将试样裁剪成3 个5 cm×5 cm 大小。 首先对量筒进行称重，记为M0，接着样品放入量筒中称重记为M1，样品浸入去离子水中1 min，静置2 min使其不滴水，此时和量筒一起称重记为M2，紧接着放在同样的大气条件下，等待15 min 后，再称其重量记为M3，利用公式计算吸水率和保水率，计算公式如下:

1.2.6 透湿性测试

采用YG601H 电脑型织物透湿仪，依据GB/T 12704.1－2009 吸湿法测试织物的透湿性，实验设置仪器参数温度为38℃，湿度为90%，利用公式计算其透湿率，公式如下:

式中:WVT－透湿率，g/(m2•h)；

Δm－前后试样的质量之差，g；

A－有效实验面积，0.00283 m2；

t－测试时间，h。

1.2.7 透明度测试

将12 种水刺面膜基布剪成直径为10 cm 的圆形，放入去离子水中完全浸没1 min，并垂直悬挂2 min直至膜布不滴水，此时将其敷在手背皮肤的表面，并都保持在距离皮肤同等高度位置的情况下，用手机拍照记录不同水刺膜布15 min 前后的透明度变化情况。 将得到的照片放入Image J 软件中，图片格式改为8bit，每个样品选择5 个相同的位置计算平均值。 以白色膜的灰度值为100%参考，皮肤的灰度值为0%参考，最后得到百分比的透明度值。

2 试验结果和讨论

2.1 面膜基布的透气性能

当面膜敷在皮肤表面的时候，需要保证面部皮肤细胞的正常呼吸，不能让消费者感觉闷热，故要求膜布具备良好的透气性。 其中膜布透气性好坏主要取决于纤维之间的孔隙，孔隙越大，孔隙数量越多，则透气性就越好。 而孔隙的形成与纤维原料、结构、性能还有铺网方式都有很大的关系。

从表2 可以看出，本实验所选的水刺基布透气率在601.568 mm/s~1256.26 mm/s 之间。 表中的样品5＃和6＃、 11＃和12＃对比发现，在纤维原料相同的情况下，水刺基布的透气性随着面密度的增加而下降。 面密度增加，说明此时相同面积下，纤维的根数变多，此时纤维之间相互覆盖的面积会增大，导致孔隙减少；另外，测试时气体在水刺布内的路径会增加，受到的阻力同样也会增大，故最终透气性下降。 样品1＃和11＃、 3＃和10＃显示出，在同样面密度情况下，厚度越大，纤维之间越蓬松，透气性一般越大。 竹纤维的厚度高于粘胶纤维，竹纤维内部之间较为蓬松，且由于竹纤维结构中含有较多的孔隙，故整体透气要好于粘胶纤维[5]。 另外，样品4＃和7＃显示出100%含量的天丝水刺布的透气性稍高于壳聚糖水刺布的透气性。 虽然天丝水刺布的厚度比壳聚糖小，但是天丝纤维本身具备良好的透气舒适性，柔软亲肤等特点，故透气性强于壳聚糖纤维。

表2 不同水刺面膜基布的透气率

在表2 中的2＃、3＃试样显示出，随着粘胶质量的增加，膜布的透气性呈现出下降的趋势，这是因为粘胶的亲水性好，在水刺加固工艺中，纤维之间缠结的更加紧密，同样克重下，厚度变小，使得纤维之间的孔径变小，故透气性有所下降。 样品8＃、9＃随着竹纤维的增加，同样面密度下，水刺布的厚度下降，透气性也在下降，但是下降的趋势不是很明显，也是因为竹纤维本身透气性好的缘故。 厚度变小，但是竹纤维膜的含量在变大，故前后水刺基布的透气性变化不大。

2.2 面膜基布的力学性能

由于消费者的脸型存在差异性，这就需要贴式面膜在被使用的过程中，具备一定的强力和伸长率，这样才能保证使用时面膜基本形状不会变形，且能够完全贴合脸部的曲线。 一般来说，贴式面膜是通过膜布负载足量的液态精华，敷在皮肤表面并被其吸收，故相较于干态，选择面膜基布时则更看重膜布湿态下的强力和伸长率。

根据表3 的数据看出，本实验研究的12 种水刺基布在干态和湿态两种情况下，纵向断裂强力均大于其横向断裂强力，相对应的纵向断裂伸长率则小于其横向断裂伸长率。 猜测可能是因为水刺基布在被制备的过程中，主要采用的是平行式铺网的方式，从而导致水刺纤维网中的纤维大多呈纵向排列，故纵向强力高而伸长低，横向强力低但伸长高。所以每种水刺布样品，无论是在干态还是湿态，自身的纵横向断裂强力都存在较大的差异性。 此外，表3 中同种基布干湿态纵横向断裂强力对比发现，除了含有天丝纤维的基布，其它基布的干态纵横向断裂强力均大于湿态。 这是因为水分子进入纤维内部，导致纤维之间的抱合力下降，基布断裂强力下降。 另外，部分水会进入纤维的无定形区，与纤维的分子基团发生相互作用，从而导致纤维大分子之间的滑移，最终使得单根纤维强力下降，水刺基布强力也会受到影响。

表3 不同水刺面膜基布的断裂强力

表3中的5＃和6＃、11＃和12＃对比发现，在纤维原料相同的情况下，随着面密度的增加，水刺布的干湿态断裂强力都相应提高，这是因为纤维根数增加，使得单位面积内的纤维缠结量增加，抱合力提高，从而提高了纵横向断裂强力。 从样品2＃和3＃中可以看到，纤维比例的变化也会对基布的力学性能产生影响，随着粘胶纤维的增加，面密度增加，但是强力下降较为明显，这主要是因为涤纶的力学性能强于粘胶；8＃、9＃随着竹纤维的增加，强力也有所下降，但是并不明显。

根据图1 的数据，分析样品3＃和10＃、4＃和7＃、6＃和8＃三组之间的力学性能发现，在面密度几乎相同的情况下，纤维原料保持不变时，在相同克重下，膜布的厚度越小，说明纤维之间缠结的越紧密，缠结系数越大[6]，水刺布的强力越高。 另外，粘胶纤维的强力大于竹纤维，但是粘胶的湿强度其自身干强的一半左右，这是因为粘胶短纤维的横截面是一个不规则的多边形，呈扁平状，纵向有多条沟槽，纤维内部有大量孔隙，尤其当纤维处于湿态时，孔隙处的薄弱环节因为水的介入而变的更脆弱。 从图中可以看到，虽然100%天丝纤维的面密度不是最大，但是其干湿强力最高；另外，含有天丝纤维的湿态缠结系数均大于干态。 这是由于天丝纤维横截面为圆形[7]，且结晶度、取向度高，超过其他纤维素纤维，与涤纶纤维相近。

图1 不同水刺面膜基布的干湿态缠结系数

2.3 面膜基布的弯曲性能

人体面部并不是平面型，而是立体的，面膜基布要具备一定的柔软度，才能在使用时更加与面部贴合。 本研究用弯曲刚度这个指标来表征柔软度，弯曲刚度越大，膜布的硬挺度越好，相对应的柔软度就越低。

从表4 中的实验数据可以看到，发现12 种水刺基布干态情况下，纵向弯曲刚度范围在0.21 mN•cm~1.42 mN•cm 之间，横向弯曲刚度范围在0.07 mN•cm~0.25 mN•cm 之间；同一基布的纵向弯曲刚度都远高于横向弯曲刚度，并且不同基布之间的横向弯曲刚度几乎差别不大，可能是因为水刺基布是平行式铺网，纤维大都沿纵向排列，纵向的柔软度小于横向[8]。

表4 不同水刺面膜基布干态下的弯曲刚度

从表4 中可以看到如样品5＃和6＃、11＃和12＃，同种纤维原料下，随着面密度增加，水刺布厚度增加，纵横向弯曲刚度都有所增大，硬挺度提高，故基布的柔软性变差。 相同面密度下，4＃、7＃相比，天丝纤维的柔软度最差；3＃、10＃相比，粘胶纤维的柔软度比竹纤维的柔软度稍低；1＃、11＃相比，莫代尔纤维的柔软度比粘胶纤维低。 不同纤维原料配比也会影响基布的弯曲刚度，如2＃、3＃相比发现随着粘胶纤维的增加，织物的柔软度提高[9]；8＃和9＃比较发现随着竹纤维的含量增加，水刺布的弯曲刚度减小，织物会变柔软。 12 种水刺基布中，面密度为30 g/m2的20/80 壳聚糖/天丝纵向弯曲刚度最低，为0.21 mN•cm，其柔软性最好。

2.4 面膜基布的吸水保水性能

水刺基布的原料对基布的吸水保水性能有很大影响，同样克重下基布的吸水性越高，能够携带的精华液越多，使得面膜包装袋中不会残留大量的液态精华，造成浪费；保水性越好，说明膜布能让精华液更多的被皮肤吸收，而不是被快速蒸发浪费，以至于膜布反而会从皮肤吸收水分，达到相反的效果。 此外，不同纤维材料制成的水刺面膜基布对皮肤也有着不同的护理效果[10]。

从表5 中可以看到，面膜基布的保水率都在83.39%~90.87%之间。 如5＃和6＃、11＃和12＃对比发现，同种纤维原料下，保水率随着面密度的增加而提高。 4＃、7＃对比发现，同种面密度下，天丝纤维的吸水量大于壳聚糖纤维，但壳聚糖纤维的保水性稍高于天丝纤维，这是因为壳聚糖纤维完全浸润水的速度较慢，一定程度上相对来说，具备定向输水的功能，可防止水分蒸发，故其保水率较高。

表5 不同水刺面膜基布的吸水量及保水率

不同纤维原料配比如2＃、3＃随着粘胶含量的增加，水刺基布的吸水率有所提高；8＃、9＃随着竹纤维含量的增加，水刺布的吸水率增加。 纤维的吸水性与纤维的结构和组成有关，3＃、10＃纯粘胶纤维和竹纤维相比，竹纤维的吸水性比粘胶纤维好，因为竹纤维为多孔隙的结构，同样面密度下，能够吸收的液体就更多。

2.5 面膜基布的透湿性能

透湿性好的面膜基布在被使用时不会闷痘，可在一定程度上提高消费者的使用舒适度。 综合对比分析以上性能，我们选择4＃~9＃这6 种面密度较低的水刺布做透湿性测试。 从图2 中数据可以看出，这6 种基布的透湿率范围在404.77 g/(m2•h)~451.59 g/(m2•h)之间，可以看到它们的差距较小，这是因为水分子的体积比空气分子小，所以相较于透气性，透湿性之间的差距变化较小。

图2 不同水刺面膜基布的透湿率

2.6 面膜基布的透明度分析

人们在使用面膜的过程中，除了关注其功效性、舒适性，还有美观性，这时就需要膜布能够更轻薄透明，当被人们敷在皮肤上时，可以达到隐形的效果。 图3 为面密度较大的6 种基布0 min 和15 min在手背上的透明度变化情况。 从图中可以直观地看出，膜布的面密度越大，即孔隙越少，光透过的量减少，所以透明度越低，且15 min 后随着膜布中的水分含量下降，相应地透明度也都有所下降。

图3 不同水刺面膜基布在皮肤上的透明度直观比较图:(a)0min；(b)15min

从图4(a－c)中可以得到，选出的这6 种面密度较低的水刺布在刚吸完水0 min 时的湿态透明度范围在57.52%±7.93%~78.16%±8.74%之间。其中样品5＃(面密度为3 mg/cm2的20/80 壳聚糖/天丝水刺布) 的湿态透明度最高，在0 min 和15 min时，分别78.16%±8.74%和50.20%±6.51%；其次为样品4＃(面密度为4.2 mg/cm2的100%天丝纤维水刺布)的湿态透明度在0 min 和15 min 时分别为73.51%±7.67%和46.90%±10.91%。 影响透明度高低的指标一方面是膜布面密度，另一方面是纤维原料的结构[11]。 研究发现，纤维横截面的形状对透明度影响很大，与圆形截面相比，异形透过的光强减弱。 天丝纤维的横截面为圆形，粘胶纤维的横截面为锯齿状皮芯结构，而且天丝纤维内部取向度高[12]，光能更容易透过，所以相比较于其它粘胶等其它纤维，其本身的透明度就较高。

图4 不同水刺面膜基布在皮肤上的透明度直观比较图和数据图:(a)0min；(b)15min；(c)湿态透明度数据

3 结论

(1)本实验所选的水刺面膜基布透气率在601.568 mm/s~1256.26 mm/s 之间。 相同纤维原料下，随着面密度的增加，纤维之间的孔隙减少，基布的透气性和透明度下降，纵横向弯曲刚度增大，柔软性变差，但基布的干湿态断裂强力都有所提高。 另外，面密度相同的情况下，膜布的厚度越小，即纤维之间缠结的更紧密，相应地缠结系数越大，此时透气性下降，水刺布的强力提高。

(2)本实验研究的12 种水刺基布实验结果表明，干态和湿态两种情况下，同种基布的纵向断裂强力均大于横向断裂强力，纵向弯曲刚度也都远高于横向弯曲刚度，猜测可能是因为采用平行铺网导致纤维大多沿纵向排列；一般来说，除天丝纤维外，同样的基布湿态下的强力均小于干态，这是因为水分子的进入减少了纤维之间的抱合力，使得强力下降。

(3)面密度较低的6 种基布之间的透湿率差距较小，范围在404.77 g/(m2•h)~451.59 g/(m2•h) 之间，且在玻璃上的湿态透明度范围在57.52%±7.93%~78.16%±8.74%之间。 由于天丝纤维取向度高，光容易透过，故透明度最好。