定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧系闹苽浼捌湫阅?/h1>
2022-03-23 06:46:00王先鋒趙興雷林燕燕繆東洋叢亞東俞建勇
關(guān)鍵詞：改性
王先鋒， 趙興雷， 林燕燕， 繆東洋， 叢亞東， 俞建勇， 丁 彬
(東華大學(xué) a.紡織學(xué)院, b.紡織科技創(chuàng)新中心， 上海 201620)
隨著非織造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們對高水平生活的追求，紙尿褲市場發(fā)展迅速，消費(fèi)者對紙尿褲質(zhì)量和功能的要求也在不斷提高[1-2]。由于紙尿褲的面層在使用過程中直接接觸人體皮膚，同時(shí)又是紙尿褲實(shí)現(xiàn)其功能的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是整個(gè)吸液過程的開始，因此紙尿褲面層材料的設(shè)計(jì)及性能研究受到廣泛關(guān)注[3-4]。目前，紙尿褲面層導(dǎo)水性能研究主要集中于對面層材料的表面整理，通過縮短液體透過面層的時(shí)間，使液體快速進(jìn)入紙尿褲導(dǎo)流層。雖然經(jīng)過表面親水處理的面層材料親水性整體得到提高，但當(dāng)紙尿褲整體受到外力作用被擠壓時(shí)，芯層吸收的液體會(huì)發(fā)生反滲，進(jìn)而影響面層的干爽舒適性[5]。另外，當(dāng)芯層達(dá)到最大吸液量后停止吸收液體，紙尿褲的液體傳輸能力以及短時(shí)間內(nèi)液體儲(chǔ)存能力都會(huì)降低，導(dǎo)致液體反滲增多，易引起濕疹、紅屁股等現(xiàn)象[6-7]。因此，調(diào)控面層材料的潤濕性，使其具備定向?qū)芰χ饾u成為紙尿褲面層材料的研究方向之一[8-10]。
1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)材料及儀器
試驗(yàn)材料：面密度為40 g/m2的紡黏PLA非織造布，溫州永宏化纖有限公司；濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.0%～38.0%)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三羥甲基氨基甲烷(Tris)、鹽酸多巴胺(98%)，阿拉丁試劑(上海)有限公司；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，上海德榜化工有限公司；1555型六碳短氟油性疏水劑，廣州德科納米科技有限公司。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 PLA非織造布的親水改性
緩沖液配置：稱取1.211 4 g Tris，將其加入980 mL去離子水，磁力攪拌至完全溶解，用1 mol/L稀鹽酸，在(25±0.2)℃下調(diào)節(jié)Tris緩沖液至pH=8.50±0.01，用容量瓶定容至1 000 mL，得到濃度為0.01 mol/L和pH=8.5的Tris緩沖液。
DA親水改性：快速稱取2 g DA粉末加入Tris緩沖液，使溶液質(zhì)量濃度保持在2 mg/mL。迅速將Tris緩沖液提前潤濕的PLA非織造布浸入新配制的DA溶液中，在45 ℃下水浴攪拌，時(shí)長設(shè)為10、30、60 min。反應(yīng)結(jié)束后，將改性后的PLA非織造布浸入去離子水中漂洗一次，撈出后用濾紙吸干多余水分，置于70 ℃的真空干燥箱內(nèi)烘干6 h，得到不同親水改性時(shí)間的PDA@PLA非織造布，其中PDA為聚多巴胺。
1.2.2 靜電噴霧
稱取6 g六碳短氟疏水劑，加入24 g DMF，常溫下磁力攪拌24 h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的六碳短氟疏水劑溶液。將疏水劑溶液注入靜電噴霧設(shè)備的針筒中，并將DA處理30 min后得到的PDA@PLA非織造布作為基布。試驗(yàn)中電噴設(shè)備參數(shù)：灌注速度為1 mL/h，電壓為19 kV，接收距離為10 cm，滾筒轉(zhuǎn)速為50 r/min，滑臺(tái)移動(dòng)速度為100 cm/min。環(huán)境參數(shù)：溫度為(25±2)℃，相對濕度為(80±3)%。試驗(yàn)中共使用5支注射器，分別在15、30、60 min取下接收滾筒上的PDA@PLA非織造布，放入80 ℃的真空烘箱內(nèi)烘干3 h。
定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧系闹苽淞鞒虉D如圖1所示。
式中:CTi,j(t-1)為前一個(gè)周期,節(jié)點(diǎn)i對j的的綜合信任值。λ為前一周期的綜合信任值的權(quán)重,即歷史信任的權(quán)重。
圖1 定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧系闹苽淞鞒虉D
1.3 性能測試與表征
表面形貌：使用捷克的Vega 3型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察非織造布的微觀形貌。
紅外光譜：使用美國的Nicolet iS10型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)進(jìn)行測試分析，波數(shù)為500～4 000 cm-1，間隔為2 cm-1。
接觸角：使用國產(chǎn)SL200B型接觸角測試儀測試靜態(tài)/動(dòng)態(tài)接觸角，液滴體積為5 μL，相機(jī)拍照速度為30幀/s。
芯吸高度：參照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01071—2008對非織造布進(jìn)行測試。
耐水壓：通過測定非織造布所能支撐的最大水柱高度，表示非織造布的正/反向耐水壓，以20 mL/min的流速將水加載到纖維膜的一側(cè)，記錄水開始穿透非織造布的最小壓力為耐水壓。
液態(tài)水分管理能力：使用M290型液態(tài)水分管理儀對材料的定向?qū)阅苓M(jìn)行測試，測試標(biāo)準(zhǔn)為AATCC 195—2012。
2 結(jié)果與討論
2.1 PLA非織造布的親水改性
2.1.1 微觀形貌
不同時(shí)間DA處理后的PLA非織造布的微觀形貌如圖2所示。由圖2(a)可知，未經(jīng)親水改性的PLA非織造布纖維表面光滑，纖維細(xì)、孔隙多，有利于面層發(fā)生芯吸作用，能夠快速吸收并傳導(dǎo)液體[14]。由圖2(b)～(d)可知：PLA非織造布經(jīng)DA親水改性處理后，DA在PLA纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng)產(chǎn)生的PDA黏附在纖維表面形成PDA膜；在一定時(shí)間內(nèi)，親水改性時(shí)間越長，PLA纖維表面包覆的PDA越多[15]；當(dāng)改性時(shí)間為60 min時(shí)，PLA纖維基本被包覆完全，之后隨著時(shí)間的增加，PLA纖維表面的PDA包覆量基本不變。
圖2 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的SEM圖
2.1.2 紅外光譜
采用傅里葉變換紅外光譜儀表征DA處理前后PLA非織造布的表面化學(xué)組成，分析親水改性后DA在PLA纖維表面的聚合情況。不同DA處理時(shí)間下，PLA非織造布的紅外譜圖如圖3所示。由圖3可知，3 332 cm-1處—OH峰變化較明顯，這是由于DA在PLA纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng)生成PDA，從而在非織造布表面引入大量羥基親水性基團(tuán)[16]。
圖3 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的紅外光譜圖
2.1.3 接觸角及芯吸高度
DA處理時(shí)間對PLA非織造布接觸角及芯吸高度的影響如圖4和5所示。由圖4和5可知，經(jīng)DA親水改性后的PLA非織造布表面引入大量的羥基親水官能團(tuán)，可使原本疏水的非織造布變得親水，且隨著改性時(shí)間的增加，非織造布潤濕時(shí)間逐漸縮短，芯吸速度提高，親水效果增強(qiáng)。未經(jīng)處理的PLA非織造布與水的接觸角為122.6°，幾乎不發(fā)生芯吸作用。在改性時(shí)間為30 min時(shí)，非織造布的潤濕時(shí)間為0.19 s，此時(shí)的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出超親水的效果，芯吸速度為5.0 mm/min；當(dāng)改性時(shí)間為60 min時(shí)，潤濕時(shí)間為0.14 s，非織造布同樣表現(xiàn)出超親水的效果，芯吸速度為5.2 mm/min。由于改性時(shí)間為30和60 min得到的非織造布親水效果均很優(yōu)異且差異微小，因此，選擇親水改性時(shí)間為30 min得到的PDA@PLA非織造布作為后續(xù)電噴試驗(yàn)的接收基布。
圖4 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的表面接觸角及潤濕過程
圖5 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的芯吸高度隨時(shí)間變化曲線
2.2 定向?qū)强椩觳牧?/h3>
2.2.1 接觸角
疏水劑電噴處理不同時(shí)間下，PDA@PLA非織造布電噴面的接觸角和潤濕過程如圖6所示。由圖6可知，經(jīng)15和30 min電噴后，非織造布表面附著少量疏水劑，對其本身的親水性影響很小，潤濕時(shí)間比未電噴的非織造布無明顯差別。當(dāng)電噴時(shí)間達(dá)到60 min時(shí)，非織造布電噴面的疏水性提高，親水層奪取液體需克服的阻力增大，因此液滴落在非織造布面停留的時(shí)間延長，潤濕時(shí)間增加，在0.43 s才達(dá)到完全潤濕。當(dāng)電噴時(shí)間進(jìn)一步延長達(dá)到120 min時(shí)，非織造布表現(xiàn)出超疏水的特性，液滴無法潤濕電噴面，接觸角為110.6°。
圖6 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布電噴面的潤濕過程
2.2.2 耐水壓
測試材料耐水壓的方法有很多，不同方法適用于不同特點(diǎn)的材料，本文參照文獻(xiàn)[17]進(jìn)行耐水壓測試。疏水劑電噴時(shí)間對PDA@PLA非織造布正/反向耐水壓的影響規(guī)律(以電噴面至未電噴面為正向)如圖7所示。由圖7可知，電噴后的非織造布正/反向耐水壓存在差異，反向耐水壓始終大于正向耐水壓，且隨著電噴時(shí)間增加，電噴面和未電噴面所能承受的水壓差增大。由于未電噴面的親水作用，水分能夠輕易地經(jīng)過電噴的疏水面透過非織造布，正向耐水壓較小。相反，由于疏水側(cè)的阻隔，水分浸濕親水面后無法輕易通過非織造布的電噴疏水面，只有當(dāng)液體壓力增大，即液體高度上升時(shí)才可突破疏水表面的阻力，故反向耐水壓較大。隨著電噴時(shí)間增加至60 min時(shí)，疏水層的厚度增加，從而需要更大的液體壓力克服疏水層的阻力，反向耐水壓達(dá)232 Pa。
圖7 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布的正、反向耐水壓
2.2.3 液態(tài)水分管理能力
通過對PDA@PLA非織造布電噴面的單向傳遞指數(shù)的測定來表征其液態(tài)水分管理能力，比較電噴時(shí)間對非織造布定向?qū)阅艿挠绊懀瑴y試結(jié)果如圖8所示。
由圖8(a)可知,當(dāng)水滴落在非織造布電噴面的一瞬間，上下表面的含水量便同時(shí)迅速增加。這是由于在45 ℃條件下DA處理30 min后(電噴處理時(shí)間為15 min)，得到的PDA@PLA非織造布為超親水，僅有少部分疏水劑附著在非織造布的表面而未形成疏水層，無法阻止液體通過。由上下表面水分?jǐn)U散面積云圖可知(藍(lán)色表示浸潤，黑色表示未浸潤)，液滴在上、下表面的水平方向上依靠芯吸作用和親水官能團(tuán)作用迅速擴(kuò)散，而上、下表面含水量的差異是由于液滴在厚度方向上重力的作用。電噴處理15 min的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出液體能快速浸濕、擴(kuò)散的特性，具有微弱的單向傳遞能力,單向?qū)е笖?shù)(R)為92.00%。
由圖8(b)可知：當(dāng)水滴落在非織造布電噴后的上表面時(shí)，上表面相對含水量在20 s內(nèi)達(dá)到1 100%，停止注水后保持不變；相比之下，下表面的相對含水量在30 s時(shí)達(dá)到最大值1 850%，隨后較大幅度降低，最終穩(wěn)定在1 450%。上、下表面的含水量差異除了由于重力作用外，還因?yàn)橄卤砻嬗H水層的親水效果優(yōu)異，能夠克服電噴面的疏水屏障奪取液體使下表面含水量增加。電噴30 min的PDA@PLA非織造布的電噴面表現(xiàn)出液體快速浸濕、快速擴(kuò)散的特性，具有較好的液態(tài)水分管理能力，單向?qū)裰笖?shù)為485.76%。
圖8 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布的液態(tài)水分管理曲線與水分?jǐn)U散面積云圖
由圖8(c)可知：向電噴處理60 min的非織造布電噴面滴水時(shí)，上表面的相對含水量在500 s內(nèi)一直保持為0；然而，未電噴的親水下表面相對水含量迅速增加，30 s內(nèi)達(dá)到1 580%，隨后緩慢下降，最終保持在1 380%以上。由上、下表面水分?jǐn)U散面積云圖可知，電噴面形成了疏水層且其沿厚度方向加深，水分無法在上表面進(jìn)行擴(kuò)散，而只能依靠下表面親水層的作用，將液體從電噴的疏水表面迅速滲透到非織造布中并擴(kuò)散到親水下表面。電噴處理60 min的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出液體定向傳導(dǎo)、小范圍擴(kuò)散的特性，且具有優(yōu)異的液態(tài)水分管理能力，單向?qū)裰笖?shù)為1 409.04%。
3 結(jié) 論
(1)以可完全降解的PLA非織造布為基布，制備環(huán)保型“用即棄”紙尿褲面層材料，有望解決目前采用不可降解合成纖維作為紙尿褲面層材料所面臨的生態(tài)問題。
(2)DA親水改性條件溫和，過程簡單，在45 ℃弱堿性條件下反應(yīng)30 min即可使原本疏水的PLA非織造布達(dá)到超親水效果。使用六碳短氟環(huán)保型疏水劑進(jìn)行60 min單面電噴處理，可使原本整體超親水的PDA@PLA非織造布具備一側(cè)疏水一側(cè)親水的特性，獲得具有潤濕性梯度結(jié)構(gòu)的定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧希瑔蜗驅(qū)裰笖?shù)為1 409.04%，反向耐水壓為232 Pa。
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隨著非織造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們對高水平生活的追求，紙尿褲市場發(fā)展迅速，消費(fèi)者對紙尿褲質(zhì)量和功能的要求也在不斷提高[1-2]。由于紙尿褲的面層在使用過程中直接接觸人體皮膚，同時(shí)又是紙尿褲實(shí)現(xiàn)其功能的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是整個(gè)吸液過程的開始，因此紙尿褲面層材料的設(shè)計(jì)及性能研究受到廣泛關(guān)注[3-4]。目前，紙尿褲面層導(dǎo)水性能研究主要集中于對面層材料的表面整理，通過縮短液體透過面層的時(shí)間，使液體快速進(jìn)入紙尿褲導(dǎo)流層。雖然經(jīng)過表面親水處理的面層材料親水性整體得到提高，但當(dāng)紙尿褲整體受到外力作用被擠壓時(shí)，芯層吸收的液體會(huì)發(fā)生反滲，進(jìn)而影響面層的干爽舒適性[5]。另外，當(dāng)芯層達(dá)到最大吸液量后停止吸收液體，紙尿褲的液體傳輸能力以及短時(shí)間內(nèi)液體儲(chǔ)存能力都會(huì)降低，導(dǎo)致液體反滲增多，易引起濕疹、紅屁股等現(xiàn)象[6-7]。因此，調(diào)控面層材料的潤濕性，使其具備定向?qū)芰χ饾u成為紙尿褲面層材料的研究方向之一[8-10]。
1 試驗(yàn)部分
1.1 試驗(yàn)材料及儀器
試驗(yàn)材料：面密度為40 g/m2的紡黏PLA非織造布，溫州永宏化纖有限公司；濃鹽酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.0%～38.0%)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三羥甲基氨基甲烷(Tris)、鹽酸多巴胺(98%)，阿拉丁試劑(上海)有限公司；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，上海德榜化工有限公司；1555型六碳短氟油性疏水劑，廣州德科納米科技有限公司。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 PLA非織造布的親水改性
緩沖液配置：稱取1.211 4 g Tris，將其加入980 mL去離子水，磁力攪拌至完全溶解，用1 mol/L稀鹽酸，在(25±0.2)℃下調(diào)節(jié)Tris緩沖液至pH=8.50±0.01，用容量瓶定容至1 000 mL，得到濃度為0.01 mol/L和pH=8.5的Tris緩沖液。
DA親水改性：快速稱取2 g DA粉末加入Tris緩沖液，使溶液質(zhì)量濃度保持在2 mg/mL。迅速將Tris緩沖液提前潤濕的PLA非織造布浸入新配制的DA溶液中，在45 ℃下水浴攪拌，時(shí)長設(shè)為10、30、60 min。反應(yīng)結(jié)束后，將改性后的PLA非織造布浸入去離子水中漂洗一次，撈出后用濾紙吸干多余水分，置于70 ℃的真空干燥箱內(nèi)烘干6 h，得到不同親水改性時(shí)間的PDA@PLA非織造布，其中PDA為聚多巴胺。
1.2.2 靜電噴霧
稱取6 g六碳短氟疏水劑，加入24 g DMF，常溫下磁力攪拌24 h，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的六碳短氟疏水劑溶液。將疏水劑溶液注入靜電噴霧設(shè)備的針筒中，并將DA處理30 min后得到的PDA@PLA非織造布作為基布。試驗(yàn)中電噴設(shè)備參數(shù)：灌注速度為1 mL/h，電壓為19 kV，接收距離為10 cm，滾筒轉(zhuǎn)速為50 r/min，滑臺(tái)移動(dòng)速度為100 cm/min。環(huán)境參數(shù)：溫度為(25±2)℃，相對濕度為(80±3)%。試驗(yàn)中共使用5支注射器，分別在15、30、60 min取下接收滾筒上的PDA@PLA非織造布，放入80 ℃的真空烘箱內(nèi)烘干3 h。
定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧系闹苽淞鞒虉D如圖1所示。
式中:CTi,j(t-1)為前一個(gè)周期,節(jié)點(diǎn)i對j的的綜合信任值。λ為前一周期的綜合信任值的權(quán)重,即歷史信任的權(quán)重。
圖1 定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧系闹苽淞鞒虉D
1.3 性能測試與表征
表面形貌：使用捷克的Vega 3型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察非織造布的微觀形貌。
紅外光譜：使用美國的Nicolet iS10型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)進(jìn)行測試分析，波數(shù)為500～4 000 cm-1，間隔為2 cm-1。
接觸角：使用國產(chǎn)SL200B型接觸角測試儀測試靜態(tài)/動(dòng)態(tài)接觸角，液滴體積為5 μL，相機(jī)拍照速度為30幀/s。
芯吸高度：參照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01071—2008對非織造布進(jìn)行測試。
耐水壓：通過測定非織造布所能支撐的最大水柱高度，表示非織造布的正/反向耐水壓，以20 mL/min的流速將水加載到纖維膜的一側(cè)，記錄水開始穿透非織造布的最小壓力為耐水壓。
液態(tài)水分管理能力：使用M290型液態(tài)水分管理儀對材料的定向?qū)阅苓M(jìn)行測試，測試標(biāo)準(zhǔn)為AATCC 195—2012。
2 結(jié)果與討論
2.1 PLA非織造布的親水改性
2.1.1 微觀形貌
不同時(shí)間DA處理后的PLA非織造布的微觀形貌如圖2所示。由圖2(a)可知，未經(jīng)親水改性的PLA非織造布纖維表面光滑，纖維細(xì)、孔隙多，有利于面層發(fā)生芯吸作用，能夠快速吸收并傳導(dǎo)液體[14]。由圖2(b)～(d)可知：PLA非織造布經(jīng)DA親水改性處理后，DA在PLA纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng)產(chǎn)生的PDA黏附在纖維表面形成PDA膜；在一定時(shí)間內(nèi)，親水改性時(shí)間越長，PLA纖維表面包覆的PDA越多[15]；當(dāng)改性時(shí)間為60 min時(shí)，PLA纖維基本被包覆完全，之后隨著時(shí)間的增加，PLA纖維表面的PDA包覆量基本不變。
圖2 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的SEM圖
2.1.2 紅外光譜
采用傅里葉變換紅外光譜儀表征DA處理前后PLA非織造布的表面化學(xué)組成，分析親水改性后DA在PLA纖維表面的聚合情況。不同DA處理時(shí)間下，PLA非織造布的紅外譜圖如圖3所示。由圖3可知，3 332 cm-1處—OH峰變化較明顯，這是由于DA在PLA纖維表面發(fā)生氧化聚合反應(yīng)生成PDA，從而在非織造布表面引入大量羥基親水性基團(tuán)[16]。
圖3 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的紅外光譜圖
2.1.3 接觸角及芯吸高度
DA處理時(shí)間對PLA非織造布接觸角及芯吸高度的影響如圖4和5所示。由圖4和5可知，經(jīng)DA親水改性后的PLA非織造布表面引入大量的羥基親水官能團(tuán)，可使原本疏水的非織造布變得親水，且隨著改性時(shí)間的增加，非織造布潤濕時(shí)間逐漸縮短，芯吸速度提高，親水效果增強(qiáng)。未經(jīng)處理的PLA非織造布與水的接觸角為122.6°，幾乎不發(fā)生芯吸作用。在改性時(shí)間為30 min時(shí)，非織造布的潤濕時(shí)間為0.19 s，此時(shí)的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出超親水的效果，芯吸速度為5.0 mm/min；當(dāng)改性時(shí)間為60 min時(shí)，潤濕時(shí)間為0.14 s，非織造布同樣表現(xiàn)出超親水的效果，芯吸速度為5.2 mm/min。由于改性時(shí)間為30和60 min得到的非織造布親水效果均很優(yōu)異且差異微小，因此，選擇親水改性時(shí)間為30 min得到的PDA@PLA非織造布作為后續(xù)電噴試驗(yàn)的接收基布。
圖4 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的表面接觸角及潤濕過程
圖5 不同時(shí)間DA處理后PLA非織造布的芯吸高度隨時(shí)間變化曲線
2.2 定向?qū)强椩觳牧?/h3>
2.2.1 接觸角
疏水劑電噴處理不同時(shí)間下，PDA@PLA非織造布電噴面的接觸角和潤濕過程如圖6所示。由圖6可知，經(jīng)15和30 min電噴后，非織造布表面附著少量疏水劑，對其本身的親水性影響很小，潤濕時(shí)間比未電噴的非織造布無明顯差別。當(dāng)電噴時(shí)間達(dá)到60 min時(shí)，非織造布電噴面的疏水性提高，親水層奪取液體需克服的阻力增大，因此液滴落在非織造布面停留的時(shí)間延長，潤濕時(shí)間增加，在0.43 s才達(dá)到完全潤濕。當(dāng)電噴時(shí)間進(jìn)一步延長達(dá)到120 min時(shí)，非織造布表現(xiàn)出超疏水的特性，液滴無法潤濕電噴面，接觸角為110.6°。
圖6 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布電噴面的潤濕過程
2.2.2 耐水壓
測試材料耐水壓的方法有很多，不同方法適用于不同特點(diǎn)的材料，本文參照文獻(xiàn)[17]進(jìn)行耐水壓測試。疏水劑電噴時(shí)間對PDA@PLA非織造布正/反向耐水壓的影響規(guī)律(以電噴面至未電噴面為正向)如圖7所示。由圖7可知，電噴后的非織造布正/反向耐水壓存在差異，反向耐水壓始終大于正向耐水壓，且隨著電噴時(shí)間增加，電噴面和未電噴面所能承受的水壓差增大。由于未電噴面的親水作用，水分能夠輕易地經(jīng)過電噴的疏水面透過非織造布，正向耐水壓較小。相反，由于疏水側(cè)的阻隔，水分浸濕親水面后無法輕易通過非織造布的電噴疏水面，只有當(dāng)液體壓力增大，即液體高度上升時(shí)才可突破疏水表面的阻力，故反向耐水壓較大。隨著電噴時(shí)間增加至60 min時(shí)，疏水層的厚度增加，從而需要更大的液體壓力克服疏水層的阻力，反向耐水壓達(dá)232 Pa。
圖7 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布的正、反向耐水壓
2.2.3 液態(tài)水分管理能力
通過對PDA@PLA非織造布電噴面的單向傳遞指數(shù)的測定來表征其液態(tài)水分管理能力，比較電噴時(shí)間對非織造布定向?qū)阅艿挠绊懀瑴y試結(jié)果如圖8所示。
由圖8(a)可知,當(dāng)水滴落在非織造布電噴面的一瞬間，上下表面的含水量便同時(shí)迅速增加。這是由于在45 ℃條件下DA處理30 min后(電噴處理時(shí)間為15 min)，得到的PDA@PLA非織造布為超親水，僅有少部分疏水劑附著在非織造布的表面而未形成疏水層，無法阻止液體通過。由上下表面水分?jǐn)U散面積云圖可知(藍(lán)色表示浸潤，黑色表示未浸潤)，液滴在上、下表面的水平方向上依靠芯吸作用和親水官能團(tuán)作用迅速擴(kuò)散，而上、下表面含水量的差異是由于液滴在厚度方向上重力的作用。電噴處理15 min的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出液體能快速浸濕、擴(kuò)散的特性，具有微弱的單向傳遞能力,單向?qū)е笖?shù)(R)為92.00%。
由圖8(b)可知：當(dāng)水滴落在非織造布電噴后的上表面時(shí)，上表面相對含水量在20 s內(nèi)達(dá)到1 100%，停止注水后保持不變；相比之下，下表面的相對含水量在30 s時(shí)達(dá)到最大值1 850%，隨后較大幅度降低，最終穩(wěn)定在1 450%。上、下表面的含水量差異除了由于重力作用外，還因?yàn)橄卤砻嬗H水層的親水效果優(yōu)異，能夠克服電噴面的疏水屏障奪取液體使下表面含水量增加。電噴30 min的PDA@PLA非織造布的電噴面表現(xiàn)出液體快速浸濕、快速擴(kuò)散的特性，具有較好的液態(tài)水分管理能力，單向?qū)裰笖?shù)為485.76%。
圖8 不同時(shí)間電噴后PDA@PLA非織造布的液態(tài)水分管理曲線與水分?jǐn)U散面積云圖
由圖8(c)可知：向電噴處理60 min的非織造布電噴面滴水時(shí)，上表面的相對含水量在500 s內(nèi)一直保持為0；然而，未電噴的親水下表面相對水含量迅速增加，30 s內(nèi)達(dá)到1 580%，隨后緩慢下降，最終保持在1 380%以上。由上、下表面水分?jǐn)U散面積云圖可知，電噴面形成了疏水層且其沿厚度方向加深，水分無法在上表面進(jìn)行擴(kuò)散，而只能依靠下表面親水層的作用，將液體從電噴的疏水表面迅速滲透到非織造布中并擴(kuò)散到親水下表面。電噴處理60 min的PDA@PLA非織造布表現(xiàn)出液體定向傳導(dǎo)、小范圍擴(kuò)散的特性，且具有優(yōu)異的液態(tài)水分管理能力，單向?qū)裰笖?shù)為1 409.04%。
3 結(jié) 論
(1)以可完全降解的PLA非織造布為基布，制備環(huán)保型“用即棄”紙尿褲面層材料，有望解決目前采用不可降解合成纖維作為紙尿褲面層材料所面臨的生態(tài)問題。
(2)DA親水改性條件溫和，過程簡單，在45 ℃弱堿性條件下反應(yīng)30 min即可使原本疏水的PLA非織造布達(dá)到超親水效果。使用六碳短氟環(huán)保型疏水劑進(jìn)行60 min單面電噴處理，可使原本整體超親水的PDA@PLA非織造布具備一側(cè)疏水一側(cè)親水的特性，獲得具有潤濕性梯度結(jié)構(gòu)的定向?qū)埬蜓澝鎸硬牧希瑔蜗驅(qū)裰笖?shù)為1 409.04%，反向耐水壓為232 Pa。
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