瞬时概念评判亲水性SS非织造布吸水效率的性能

　　作者：苏吟竹（天津工业大学非织造材料与工程专业研究生，现就职于北京搜索时代科技有限公司）

　　指导老师：任元林（天津工业大学纺织学部副教授）

　　目前聚丙烯非织造布的亲水评价指标主要有吸水率、接触角、毛细效应等。随着非织造布应用领域的扩大，不断赋予亲水性新的内容，像瞬时吸水、保水率等概念的提出，反映了亲水改性技术革新的动向。

　　吸水率是表征聚丙烯非织造布亲水性的常用指标。聚丙烯非织造布的吸水性能主要由本身的结构和改性后聚丙烯纤维的亲水性能决定。改性后的聚丙烯亲水基团越多，则非织造布吸水越多。

　　在吸水效果上，由过去只重视吸收率，发展到对吸收速率的关注。日本最先提出“瞬时吸水”这一概念，意指材料不仅吸水性好，吸水速率也要高。被称为具有瞬时吸水性能的毛巾吸水时间仅为0.3秒（s），而亲水整理前吸水时间长达4秒（s）。非织造布由于吸水速率的提高，不仅大大提高了使用性能，而且进一步拓宽了应用领域。

　　实验操作得出关键数据

　　纤维的亲水性能包括吸湿性和吸水性两方面的含义。纤维的吸湿性主要决定于纤维大分子的化学结构和结晶状态，纤维大分子在结晶区紧密的敛集而形成有规律的排列，水分子不容易渗入结晶区。而纤维的吸水性则主要取决于纤维内空隙、缝隙和纤维之间的毛细空隙。

　　原料与仪器

　　本课题所用的实验试样为普通SS纺粘非织造布（克重为12g、14g、15g、17g、18g、19g、20g、40g）、柔软SS纺粘非织造布（克重为14g、15g、19g）、超柔SS纺粘非织造布（克重为14g、15g、19g），以上试样均有浙江三象新材料有限公司提供；阴离子亲水剂A由波美化工有限公司提供，阴离子亲水剂B由浙江传化股份有限公司提供。

　　研究用实验仪器

 

仪器名称

型号

生产厂家

集热式恒温加热磁力搅拌器

DF-101s

巩义市予华仪器责任有限公司

电热鼓风干燥箱

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上海一恒科学仪器有限公司

电子天平

FA2004B

上海精密科学仪器有限公司

电子织物强力仪

HD026N

南通宏大实验仪器有限公司

织物穿透仪

YG814D

东莞市方圆仪器有限公司

　　同一浓度不同亲水剂实验

　　配制500ml、5%亲水剂A溶液。用电子天平称取25g亲水剂A，475g蒸馏水。将称取的蒸馏水倒入大烧杯，放入搅拌器中。将搅拌器温度调至40℃，打开搅拌开关。当蒸馏水温度升至40℃时，均匀缓慢的倒入称取的亲水剂A，继续搅拌15分钟至完全溶解。取适量12g/m2、15g/m2、18g/m2、20g/m2、40g/m2普通SS纺粘非织造布，分别放入500ml亲水剂A溶液中，充分浸渍五分钟后取出。将烘箱温度调至60℃，把浸渍好的SS非织造布放入烘箱大约30分钟至烘干，取出，做好标记。同理配制500ml、5%亲水剂B溶液。

　　同一亲水剂不同浓度实验

　　按上述方法分别配制5%、20%、40%的亲水剂A溶液。取适量12g/m2、14g/m2、15g/m2、18g/m2、19g/m2普通SS纺粘非织造布分别放入500ml不同浓度的亲水剂A溶液中，充分浸渍五分钟后取出。将烘箱温度调至60℃，把浸渍好的SS非织造布放入烘箱大约30分钟至烘干，取出，做好标记。

　　亲水性能测试

　　在测量仪支架上加持一带有电磁阀的漏斗，上方夹持滴定管，滴定管的尖嘴置于漏斗中。将标准吸水衬垫平放在基板上，再将试验片平铺在标准吸水衬垫上，然后在试验片上放置穿透盘。调节漏斗高度，使其尖嘴距试验片约30mm，将适当量的人工尿液注入滴定管。漏斗的电磁阀保持关闭，开滴定管的阀，从滴定管中放出5ml人工尿液到漏斗内。开启计时器并使计时器置零，开漏斗的电磁阀放出5ml液体，接通电极，电子计时器自动开始计时，当液体全部渗入到标准吸水衬垫，液面降落到电极下面时，两电极被断开，计时器停止计时，读取计时器所记录的时间。

　　保水性能测试

　　每个样品裁剪出一个10×10的试样，在电子天平上称其干燥重量，记录为M0，然后将其放入500ml的烧杯中，加入300ml蒸馏水，使试样完全吸水浸泡，一小时后取出试样，用过滤筛网过滤十分钟至不再滴水，然后放在电子天平上称重，记为M1，然后按保水率W计算公式（W=M2/M0=(M1-M0)/M0，其中M0为试样吸水前干重， M1为试样吸水后湿重，M2为试样所含水的重量）计算。

　　数据分析确定最佳工艺

　　经过测试，数据对比，发现亲水前后，纺粘SS非织造布的纵向断裂强力，横向断裂强力，断裂伸长率没有发生很大变化。亲水前，试样的纵向断裂强力范围为25.6~93.32N，断裂伸长率范围为85.6~143.26%，横向断裂强力范围为11.6~58.68N，断裂伸长率范围为58.6~163.3%。而亲水后的试样的纵向断裂强力范围为24.59~99.18N，断裂拉伸率范围为79.02~144.69%，横向断裂强力范围为22.45~94.58N，断裂拉伸率范围为55.78~168.43%。由上述数据显示，亲水前后，纺粘SS非织造布的物理力学性能没有发生很大的变化。

　　其原因可能是在进行亲水整理过程中，亲水剂与水互相作用，但是反应结果对纺粘SS非织造布的结构不会产生影响，因此其刚柔性也没有发生变化。

图1

　　由图1可知，SS非织造布在经过亲水改性后，渗透时间降低。当所用原料一样、所选亲水剂浓度一致、烘干时间温度相同但亲水剂品牌不同的时候，纺粘SS非织造布的穿透时间随着克重的增大而增大，且亲水剂B的穿透时间低于亲水剂A，即亲水剂B的亲水效果好于亲水剂A。这可能是因为经过改性后，亲水剂在产品表面形成一层薄膜，提高了它的亲水性能，但是亲水剂成分不一样，亲水剂中所含的有效基团与水作用的程度不同，亲水剂B比亲水剂A的作用力大，因此亲水剂B的亲水效果比亲水剂A好。

图2

　　由图2可知，SS非织造布在经过亲水改性后，渗透时间降低。当所选原料一样，所选亲水剂是同一亲水剂、烘干时间、温度相同，但亲水剂浓度不同时，纺粘SS非织造布的穿透时间随克重的增加呈上升趋势，且当亲水剂浓度增大时，穿透时间降低。随着亲水剂浓度增大，非织造布表面吸附的表面活性剂数量增多，分子吸附层结构趋于紧密，整理布样的亲水性能趋好。

　　纺粘SS非织造布在经过亲水改性后，保水率上升。当所选原料一样，所选亲水剂是同一亲水剂A、亲水剂浓度同为20%但烘干温度不同时，纺粘SS非织造布所达到的亲水效果是不一样的。当烘干温度调至90℃时，亲水效果最好，当烘干温度调为60℃时的亲水效果低于90℃时的亲水效果，但是高于120℃时的亲水效果。

　　这是因为在该实验中，烘干温度稍低时，水分的蒸发速度比较慢，在非织造布上的水分没有完全蒸发，影响其改性效果；当烘干温度升高，水分的蒸发速度逐渐提升，水分容易蒸发完全，整理效果得到改善；当烘干温度继续升高，水分的蒸发速度过快，在水分蒸发的同时亲水整理剂被逐渐分解，致使有效表面活性剂成分逐渐减少，亲水效果反而下降，且在宏观上可观察到非织造布试样表面变脆发硬。

图3

　　由图3可知，当所选亲水剂是同一亲水剂A、亲水剂浓度同为20%，且烘干时间、烘干温度一致而亲水所选原料不同时，纺粘SS非织造布所达到的亲水效果没有发生较大变化。这是因为，普通、柔软、超柔纺粘SS非织造布之间的区别是，柔软和超柔非织造布分别加入了不同含量的爽滑母粒。爽滑母粒的主要成分是迁移性有机物，它是通过从薄膜树脂内渗透到非织造布表面发挥作用，能有效降低布面的摩擦系数，对非织造布的加工过程起到润滑作用，保护非织造布表面避免刮伤，但是不会影响到表面活性剂在非织造布表面的吸附，因此对纺粘SS非织造布的亲水性能不会造成影响。