海藻/銅氨面膜基布的凝膠化改性及性能評價

袁 月，張傳杰，崔 莉，劉 云,2，顏 超，朱 平,2

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海藻/銅氨面膜基布的凝膠化改性及性能評價

袁 月1，張傳杰1，崔 莉1，劉 云1,2，顏 超1，朱 平1,2*

（1. 武漢紡織大學 化學與化工學院，湖北 武漢 430073；2. 青島大學 纖維新材料及現代紡織國家重點實驗室培育基地，山東 青島 266071）

通過兩步法對海藻/銅氨混紡水刺面膜基布進行凝膠化改性，得到了遇水立即凝膠的面膜基布，并將其與市場上5種面膜進行性能比較。結果表明，改性后海藻/銅氨面膜基布面密度為31.44g/m2，厚度僅有0.116mm，透氣性達到了4317.8mm/s，與傳統面膜相比，不僅“輕”、“薄”，而且更透氣。改性后海藻/銅氨面膜基布由于蒸發作用造成的損失最小，蒸發率僅為26.074%。而其保水量在20min 內達到0.03561g/cm2，一片面膜可為皮膚補充10.683g水分。而作為新型面膜，海藻/銅氨面膜具有優異的吸附金屬的能力，對鎘的吸附量達到1.35221mg/cm2，是一款理想的新型功能性面膜。

面膜；海藻纖維；凝膠；金屬吸附

面膜可以同時解決肌膚五大問題：保濕、美白、控油、抗敏感和抗衰老。而日常護膚品往往只針對其中的部分問題，無法全面快速改善肌膚狀況。面膜利用覆蓋在臉部的短暫時間，暫時隔離外界的空氣與污染，提高肌膚溫度和擴張毛孔，促進汗腺分泌與新陳代謝，使肌膚含氧量上升。面膜中的水分滲入肌膚角質層，使其變得柔軟，增加彈性；面膜中的膠黏性成分或粉狀吸附劑能黏附皮膚表面和毛孔中的污垢、代謝廢物和過多的油脂等，并將其徹底清除[1-3]。目前，面膜緊跟乳霜、化妝水、護手霜三大基礎護膚品，成為第四大護膚消費品[4]。

面膜的劑型種類很多，目前市場上70%的面膜屬于水刺非織造布。可用于生產水刺非織造面膜基布的纖維種類，常用的有天絲纖維、粘膠纖維、棉纖維、蠶絲纖維、銅氨纖維等。海藻纖維是以海洋生物質海藻為原料研發的一種新型纖維材料，具有優異的吸濕性、高透氧性、可生物降解性、生物相容性和金屬離子吸附性等一系列優良的性能[5-6]，非常適用于制作美容面膜基布。

海藻/銅氨面膜基布是以海藻纖維和銅氨纖維為原料，通過兩種纖維原料均勻共混、開松、梳理、成網、然后水刺加固得到的非織造布[7-8]。本文采用兩步法對海藻/銅氨面膜基布進行化學改性，制備能夠遇水形成凝膠體的面膜基布，并與市場常用的面膜基布進行性能對比，為此類新型面膜的研發和推廣應用提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及藥品

本實驗選用6種不同成分的水刺非織造布面膜基布，其中1＃樣品為天絲纖維面膜基布（美國杜邦）；2＃樣品為銅氨纖維面膜基布（日本旭化成）；3＃樣品為天絲纖維面膜基布（安徽世紀藍海纖維科技股份有限公司）；4＃樣品為純棉纖維面膜基布（安徽世紀藍海纖維科技股份有限公司）；5＃樣品為銅氨/天絲混紡面膜基布（安徽世紀藍海纖維科技股份有限公司）； 6＃樣品為海藻/銅氨面膜基布（安徽世紀藍海纖維科技股份有限公司）。

1.2 實驗儀器

YG461E-Ⅲ型全自動透氣量儀：寧波紡織儀器廠；YG141L型織物厚度儀：萊州市電子儀器有限公司；TGL-16M型高速臺式冷凍離心機：長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 海藻/銅氨面膜基布的凝膠化改性

預處理：配制質量百分比濃度為0.5%的HCl水溶液200 mL，然后將規格為15cm×15cm的海藻/銅氨面膜基布投入上述溶液中靜置浸泡處理30 min；采用蒸餾水連續沖洗處理后的面膜基布，直至洗脫液為中性或pH值不再變化，然后將樣品平鋪于50℃烘箱中，干燥至恒重，備用。

改性處理：配制濃度為5mmol/L的氫氧化鈉/乙醇溶液200 mL；將預處理后的樣品投入上述溶液中靜置浸泡處理30 min，然后將樣品平鋪于50℃烘箱中，干燥至恒重。

將改性處理后的面膜基布命名為7＃樣品。

1.4 物理性能測試

參照GB/T 6503-2008《化學纖維 回潮率試驗方法》測試試樣的回潮率。參照GB/T 24218.1-2009 紡織品 非織造布試驗方法 第1部分：《單位面積質量的測定》測試試樣的面密度。參照標準GB/T24218.1-2009 紡織品 非織造布試驗方法 第2部分：《厚度的測試》測試試樣的厚度。參照標準GB/T5453-1997《紡織品 織物透氣性的測定》測試試樣透氣性。

1.5 樣品的結構表征

將制備出的樣品放在烘箱中烘干，將樣品用導電膠粘連在樣品臺上，進行噴金處理，然后pHenom-World BV型臺式掃描電鏡觀察改性前后海藻/銅氨面膜基布，測試樣品的表面形貌，電壓為5 kV。

1.6 吸水量和保水量測試

取一定量的試樣，烘至恒重后稱重，記為M0（g）。將稱重后的試樣浸入蒸餾水中，1 min后取出，待無水滴從樣品滴落后，稱重，記為M1（g）；然后將該樣品裝入底部帶有小孔的離心套管內，采用3000 r/min的轉速離心脫水5 min，取出試樣，稱重，記為M2（g）。試樣的吸水量N1和保水量N2，按照如下公式計算，測試10次取平均值。

1.7 持液性能測試

本實驗用37℃±3℃的水袋模擬人體皮膚的溫度，將面膜敷于水袋以模擬人臉貼敷過程，以面膜中水分的流失情況表征面膜的持液性能。實驗中采用頭層黃牛皮模擬皮膚、多層濾紙模擬吸收層，牛皮顏色為棕黃色，沾水后顏色會加深，濾紙沾水后顏色也會變深，面膜在其表面敷用、滲透時非常好辨識，具體模型如圖1。具體的實驗步驟如下：

圖1 持液性測試模型

(1)將面膜基布裁剪成5cm×5cm的試樣，并稱重，記為m0。

(2)將面膜基布在蒸餾水中浸泡5 min，取出后豎直靜置1min至無液滴滴下，然后稱重，并記為M，最后將潤濕的面膜平鋪于水袋上，同時開始計時。

(3)貼敷面膜5 min后將面膜剝離水袋，并稱重，記為mt；將稱重后的面膜再敷于水袋上，每5 min重復以上操作。

面膜的持液性能由其蒸發率衡量，蒸發率越大面膜的持液性能越差；反之，面膜的持液性能越好，面膜的蒸發率按照式(3)計算。

1.8 補水性能測試

本實驗采用頭層黃牛皮模擬面部皮膚、多層濾紙模擬臉部吸收層，面膜在其表面敷用，以模擬面膜的補水過程。面膜補水性能的實際測試如圖2，具體的測試方法如下。

圖2 補水性測試模型

(1)先在玻璃皿中平鋪多層濾紙，然后將頭層牛皮裁剪成6 cm× 6cm大小并鋪于多層濾紙之上，將玻璃皿、濾紙、頭層牛皮的組合命名為模擬皮膚，并稱重，記為A0。

(2)將面膜基布裁剪成5cm×5cm的試樣，并稱重，記為m0。然后將面膜基布在蒸餾水中浸泡5 min，取出后豎直靜置1 min至無液滴滴下，再稱重，并記為m；最后將濕潤的面膜平鋪于模擬皮膚上，同時開始計時。

(3)貼敷面膜1 min后，將面膜剝離模擬皮膚，然后將模擬皮膚稱重并記為At；稱重后將面膜再次敷于模擬皮膚上,每1 min重復以上操作。

面膜的補水性能由補水量和補水率兩個指標衡量，補水量和補水率越高，表明面膜的補水效果越好。面膜的補水量和補水率按照式(4)和式(5)計算。

1.9 吸附重金屬性能測試

(1)準確稱取15.36g CdSO4·8/3H2O、15.78g NiSO4·6H2O，加入至600mL蒸餾水中，配置成含有金屬離子的溶液。再向其中加入12.6g瓊脂粉，于120℃高溫溶解。降溫至80℃左右并快速倒入表面皿中，待其冷卻固化。

(2)將面膜基布裁剪成規格為7.5cm×10cm的試樣，將試樣敷于含有Cd2+、Ni2+的瓊脂上，經充分吸收后取出。

(3)將吸收了Cd2+、Ni2+的面膜基布灰化、酸化，加水定容于50mL容量瓶中，用移液槍吸取5mL并加水稀釋定容于50mL容量瓶，用ICP2060T型ICP單道掃描電感耦合等離子發射光譜儀測試其Cd2+、Ni2+的濃度。

2 結果與討論

2.1 吸水量和保水量

吸水量反映了無紡布吸收水份的能力，吸收的水分子可能存在于纖維間的空隙中，吸附在纖維的表面和無定形區內，也可能存在纖維大分子間，形成凝膠體。以前兩種形式存在于樣品中的水分子，可以通過高速離心脫除，所以在考察樣品是否凝膠時，不僅要測量其吸收水分的能力即吸水量，更要測量其保有水分的能力即保水量。

表2 7種面膜基布吸水量及保水量

7種面膜基布的吸水量及保水量如表2所示。其中7#的吸水量、保水量均為最大，并且其值遠大于其他面膜基布，充分說明不論是自然狀態還是外力作用下，凝膠化的海藻/銅氨面膜保有水分的能力都是最強的。

將改性前、后的銅氨/海藻面膜基布浸泡在水中各5min后取出，豎直靜置至無水滴滴下，可以看出：改性前的試樣依然保持著網孔水刺布的形貌，網孔保持完整。而改性后的試樣網孔已全部消失，并且呈現出吸飽水的凝膠狀。

圖3 改性前、后銅氨/海藻面膜基布吸水后狀態

2.2 物理性能

從表3中可以看出：總體上7種面膜基布的厚度與面密度有很大的關系。而海藻/銅氨面膜基布在面密度與銅氨/天絲面膜基布相仿的情況下，厚度卻可以達到比其一半還要薄，這主要是因為海藻/銅氨混紡水刺面膜基布為網孔式紋路，纖維互相纏結緊密，如圖4中a所示。而改性后的海藻/銅氨面膜基布由于經過酸、堿處理后纖維間的結點有些已經被破壞，烘干后基布較改性前更蓬松，厚度也有所增加，如圖4所示。

表3 7種面膜基布物理性能

圖4 改性前、后海藻/銅氨水刺面膜基布SEM照片

(a)改性前海藻/銅氨面膜基布；(b)改性后海藻/銅氨面膜基布

而就回潮率而言，不同面膜基布的回潮率與纖維成分有很大關系，天絲、銅氨纖維、海藻纖維這些再生纖維素纖維的回潮率在10%至15%之間，而天然纖維，如棉纖維的回潮率則在8%左右。

通過對7種面膜基布基本性能的測試，其中不乏世面上非常流行的美國杜邦面膜基布（1#）以及日本384面膜基布（2#），但海藻/銅氨混紡水刺面膜基布不僅面密度低，而且厚度小，實現了真正的“輕、薄”。

2.3 透氣性能

圖5 7種面膜基布透氣性

圖6 7種面膜基布蒸發率變化

作為面膜基布使用的非織造布，要求非織造材料具有一定的透氣性。從圖5中可以看出：7種面膜基布的透氣性均在2000mm/s以上，海藻/銅氨面膜基布的透氣性明顯高于其他面膜基布。透氣性的好壞主要取決于織物中孔隙的數量與大小。從圖2中我們可以明顯看到6#、7#具有網孔紋路，這在很大程度上有利于氣體的通過，使得其透氣性相較于其他材料有很大的提升。另外基布厚度也是影響透氣性的一個因素。厚度小則氣體通過的路徑短，受到的阻力也小，因此海藻/銅氨基布相較于其他基布更薄的特性也更有利于其透氣性的提升。

2.4 持液性能

實驗過程中，室溫為20℃，濕度為40%左右，符合一般敷用面膜的環境條件，實驗時間參考敷一片面膜的時間，定為20min。在實驗過程中，面膜在相對較長的一段時間里都能保持濕潤的狀態，可是實驗后期均呈現出明顯的失水，面膜由透明狀逐漸變為白色，僅有7#能一直保持透明狀，7#面膜蒸發率增長的速率最慢，并在實驗時間內蒸發率是最低的，說明改性后的海藻/銅氨面膜由于蒸發作用造成的水分流失是最小的即持液性能最佳。

2.5 補水性能

圖7 7種面膜基布補水率變化

圖8 7種面膜基布補水量變化

化妝品皮膚吸收效果測定主要有兩種方法，皮膚吸收的體內實驗和滲透的體外試驗方法[9]，本次實驗采用體外實驗法。在實驗中前6種面膜中的水分迅速的向牛皮轉移，牛皮顏色很快變深，極短的時間內面膜漸漸失水至不再與牛皮貼合。同時，由于存在水分的蒸發作用，牛皮吸收的水分質量會略微降低。所以在圖7、8中，前6種面膜的補水率曲線、補水量曲線均呈現為略微有下降趨勢的直線。而7#面膜即改性后的海藻/銅氨混紡面膜由于充分吸收水分后形成凝膠體，將大量水分固定在纖維內部，在貼于牛皮上后，水分緩慢釋放。所以其補水率、補水量均緩慢增加。雖然在實驗時間內7#的補水率不及前6種，但是其補水量在5min后均超過了前6種面膜，并在20min時補水量達到了0.03561g/cm2,即正常狀態下敷一片面膜20min可為皮膚補充至少10.683g水分(以人臉最小面積300cm2算）。

2.6 吸附性能

實驗進行12h，模擬長期使用面膜的效果，吸附量如表4所示。

表4 7種面膜基布吸附金屬含量

化妝品中重金屬包括砷、鎘、鉛、鎳、汞等，本次實驗模擬鎘、鎳在人體皮膚上的殘留以及海藻纖維面膜對這兩種重金屬的吸附。由表4可知，改性前、后海藻面膜(6#、7#)對于金屬離子的吸附量遠高于其他面膜，其中6#、7#對Cd2+的吸附量更可達到其他面膜吸附量的近10倍，充分證明了海藻面膜對于化妝品中的殘留的金屬離子Cd2+、Ni2+有吸附作用，相較于市場上普通的面膜具有特殊的功能性。

3 結論

本文通過兩步法對海藻/銅氨混紡水刺面膜基布進行凝膠化改性，并將改性前、后的面膜基布與市場上5種面膜基布進行性能對比，得出如下結論：通過HCl溶液、NaOH乙醇溶液的先后處理，改性后的海藻/銅氨面膜基布遇水立即凝膠，保水量達到21.18g/g，具有很好的保水性能。海藻/銅氨面膜基布相較于其他面膜基布不僅面密度為31.44g/m2、厚度僅有0.116mm，而且透氣性達到了4317.8mm/s，做到了面膜要求的的“輕、薄、透氣”。改性后海藻/銅氨面膜基布在模擬皮膚上的由于蒸發作用造成的損失最小，蒸發率僅為26.074%。而其保水量在20min 內達到0.03561g/cm2,一片面膜可為皮膚補充10.683g水分。海藻/銅氨面膜相較于市場上流行的面膜基布，具有優異的金屬吸附性，對Cd2+的吸附量更是其他面膜吸附量的近10倍、，達到1.35221mg/cm2。

[1] 范俊鵬．面膜美容技術[J]．中國美容醫學，2000，9(3)：233-234．

[2] 劉麗仙，蔣麗剛，申奉受．面膜配方技術和面膜布材質概述[J]．日用化學品化學，2015，38(6)：6-7．

[3] 舒子斌，袁禮軍．膠原蛋白保濕面膜的研制[J]．四川師范大學學報，2008，31(6)：739-740．

[4] 彭富兵，焦曉寧，莎仁．新型水刺美容面膜基布[J]．紡織學報，2007，12(28)：51-53．

[5] 周洪英，王學松，李娜，等．關于海藻纖維吸附溶液中重金屬離子的研究進展[J]．科技導報，2006，12(12)：61-66．

[6] SURAYA Jabeen，MASRAT Maswal，OYAIS Ahmad Chat，et al．Rheological behavior and ibuprofen delivery application of pH responsive composite alginate hydrogels [J]．Colloids and Surfaces B：Biointerfaces，2016，139：211-218．

[7] 蘇婷婷，殷保璞．面膜基布材料分析與性能評價[D]．上海：東華大學，2015．1-2．

[8] 周曉潔，李建強．純棉水刺非織造材料單向導濕整理工藝的優化[J]．武漢紡織大學學報，2011，6(3)：24-26．

[9] 吳一凡，劉暉．平行人工膜滲透模型及其應用進展[J]．藥學學報，2011，46(8)：890-895．

Gelation Modification and Performance Evaluation of Alginate Fibre/Cuprammonuium Mask Substrate

YUAN Yue1, ZHANG Chuan-jie1, CUI Li1, LIU Yun1,2, YAN Chao1, ZHU Ping1,2

（1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China; 2 State Key Laboratory of New Fiber Materials and Modern Textile, Qingdao University, Qingdao Shandong 266071, China）

In order to make alginate mask substrate transform into gel immediately when they absorbed liquid, alginate fibre/ cuprammonuium mask substrate were modified through two steps, and compare it with 5 kinds of mask on the market. The results show that the modified mask substrate surface density is 31.44g/m2, the thickness is only 0.116mm, the permeability reached 4317.8mm/s, compared with the traditional mask, not only "light", "thin", but also more breathable. The evaporation loss of modified mask is the smallest, evaporation rate is only 26.074%.The amount of water in the 20min to reach 0.03561g/cm2, a mask can be added 10.683g moisture to the skin. As a new type of mask, alginate fibre/ cuprammonuium mask has excellent ability to absorb metal, adsorption capacity of cadmium is up to 1.35221mg/cm2, which is a new type of functional mask.

mask; alginate fiber; gel; metal adsorption

TS156.667

A

2095－414X(2017)06－0031－06

通訊作者：朱平（1957-），男，教授，楚天學者，研究方向：天然高分子功能材料.

湖北省教育廳中青年人才項目（Q20151607）.