超吸水聚酯纤维面膜基布的制备与性能研究

东华大学纺织学院，上海 201620

面膜作为一种具有保湿、美白和毛孔清洁等多种功效的护肤，现已成为消费者皮肤护理的首选，其覆盖于面部使用，以助于所含的液体成分渗入肌肤。目前，市场上的面膜根据形状可分为3类，即膏状、泥状和片状[1]。其中，由精华液和面膜纸或面膜基布组成的片状面膜最为常见。大约70%的片状面膜使用非织造布特别是水刺非织造布作为基布[2]。这是因为水刺非织造布手感柔软，强度高，透气性能和吸湿性能均优于其他加固工艺生产的非织造布[3]。

面膜基布的性能评价主要从拉伸性能、柔软性能、透气性能、透湿性能及吸液性能、保液性能等方面展开[4]。因此，面膜基布的原料选择也非常重要。常见的面膜基布用纤维以天然纤维素纤维(如棉纤维)或再生纤维素纤维(如黏胶纤维)为主。但天然纤维素纤维因直径和长度分布不匀易导致成网不匀，再生纤维素纤维成本较高，且湿态下以天然纤维素纤维或再生纤维素纤维为原料的非织造布的力学性能还会有所下降。尽管可通过与普通聚酯纤维混纺的方式改善以天然纤维素纤维或再生纤维素纤维为原料的非织造布的强力，但产品的吸水性能又会受到影响。这些都限制了天然纤维素纤维和再生纤维素纤维在面膜中的使用。

近年来，新开发的亲水性聚酯纤维在医疗卫生等领域得到了广泛应用，它们能在保持纤维强力的基础上大大提高吸水性能[5]。本文将基于新型超吸水性聚酯纤维——热塑性聚酯弹性体纤维(简称“TPEE纤维”)、黏胶纤维(简称“V纤维”)分别与普通聚酯纤维(简称“PET纤维”)混纺，制备水刺面膜基布，并对它们的性能进行评价。

1 试验

1.1 原料

V纤维(1.60 dtex×38.00 mm)和PET纤维(1.67 dtex×38.00 mm)，中国石化仪征化纤公司提供。TPEE纤维(2.67 dtex×38.00 mm)，江阴和创弹性体新材料科技有限公司提供，其由聚对苯二甲酸(PTA)和1, 4-丁二醇(BDO)在发生酯化反应时加入多元醇复合，再通过熔融纺丝法纺制而成，纺丝温度为250 ℃。

1.2 水刺面膜基布的制备

采用水刺加固工艺。纤维经充分开松、梳理、铺网、水刺、烘干后，得到干态水刺面膜基布，具体规格见表1。其中，面密度及厚度分别参照GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布试验方法 第1部分：单位面积质量的测定》和GB/T 24218.2—2009《纺织品 非织造布试验方法 第2部分：厚度的测定》标准测量。

表1 干态水刺面膜基布的具体规格

1.3 性能测试及方法

1.3.1 表面形态

采用TM-300台式扫描电子显微镜观察纤维原料及干态水刺面膜基布的表面形态。

1.3.2 拉伸性能

参照GB/T 24218.3—2010《纺织品 非织造布试验方法 第3部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》标准，采用YG028-500型拉伸仪，测量水刺面膜基布干湿状态下的拉伸性能。

1.3.3 柔软性能

采用KES织物风格仪测量干态水刺面膜基布的抗弯刚度B，以表征材料抵抗弯曲变形的能力。具体测试方法：1)样品正向弯曲，弯曲曲率变化从0.0至2.5再恢复至0.0，曲率匀速递增；2)样品反向弯曲，弯曲曲率变化从0.0至2.5再恢复至0.0，曲率匀速递减。

1.3.4 透气性能

参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》标准，利用YG461E型全自动织物透气仪，测量干态水刺面膜基布的透气性能。

1.3.5 透湿性能

参照GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》标准，采用正杯法，并根据式(1)计算干态水刺面膜基布的透湿量(WVT)：

(1)

式中：Δm是同一试验组合两次称得质量之差，g；t是测试时间，h；S是试样测试面积，m2。

1.3.6 液体吸收性能

参照GB/T 24218.6—2010《纺织品 非织造布试验方法 第6部分：吸收性的测定》标准，在标准大气环境下，测定干态水刺面膜基布经规定时间后所吸收的液体最大质量，即最大液体吸收量。

1.3.7 保液性能

保液性能目前没有统一的测试标准。本文根据面膜的使用时间在10～20 min这一特点展开测试。先将干态水刺面膜基布置于去离子水中2 min，取出后静置1 min沥干多余水分，称量水刺面膜基布此刻的质量m0；然后，将水刺面膜基布置于室温(25 ℃)下放置20 min ，称取其质量M0。保水率(WR)按照式(2)进行计算：

(2)

2 测试结果与讨论

2.1 表面形态

图1为TPEE纤维、V纤维和PET纤维的SEM照片，可以看出：(1)TPEE纤维和PET纤维表面光滑，V纤维表面沟槽较明显；(2)TPEE纤维直径明显大于V纤维和PET纤维。综上可知，TPEE纤维不是通过改变表面结构来提高吸水性能的。

(a) TPEE纤维

(b) V纤维

(c) PET纤维

图2以TPEE/PET(50/50)和 V/PET(50/50)为例，展示了干态水刺面膜基布的SEM照片。其中，图2(a)中较细的PET纤维穿插、缠结在较粗的TPEE纤维周围，它们相互缠结、抱合，图2(b)中光滑的PET纤维也与带有沟槽的V纤维相互穿插、缠结在一起。由图2可以看出：纤维都沿一个方向呈束状排列，这与前期采用平行铺网的加工方式有关；纤维混合都较均匀，且缠结效果较好，纤网网孔清晰。

(a) TPEE/PET(50/50)

(b) V/PET (50/50)

2.2 拉伸性能

图3为水刺面膜基布试样在干湿状态下的纵横向拉伸断裂强力。

(a) 干态纵向

(b) 干态横向

(c) 湿态纵向

(d) 湿态横向

从图3可以看出：

(1) 无论干态还是湿态，随着TPEE纤维质量分数的减少，TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸断裂强力均呈现出先上升后下降的趋势。当TPEE纤维质量分数为70%时，TPEE/PET水刺面膜基布中吸水性纤维最多，水刺时滞留的水量最多，这会导致水射流能量分散，不利于纤维缠结，故TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸断裂强力偏小。当TPEE纤维质量分数下降到30%时，吸水性差的PET纤维增多，这也不利于水刺加固，故TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸断裂强力下降。而干湿状态的V/PET水刺面膜基布的拉伸断裂强力随V纤维质量分数的减少而变化规律不明显。

(2) 湿态水刺面膜基布的拉伸断裂强力较干态都有所下降。表2为TPEE纤维和V纤维干湿状态的拉伸性能数据，可知湿态的TPEE纤维与V纤维的断裂强力均有所下降，这导致纤维间抱合力下降，故湿态水刺面膜基布试样的拉伸断裂强力较干态有所下降。

表2 纤维拉伸性能

(3) 由表2可知，V纤维的断裂强力始终低于TPEE纤维，且V纤维的湿态强力下降更明显，故无论干态还是湿态，面密度和质量配比相同的水刺面膜基布，TPEE/PET水刺面膜基布的拉伸断裂强力始终大于V/PET水刺面膜基布。

(4) 相同状态的水刺面膜基布，其纵向拉伸断裂强力均明显大于横向，这与采用平行的铺网方式有关，水刺面膜基布各向异性差异较大。

2.3 柔软性能

触感柔软舒适是面膜的性能要求之一。图4反映了干态水刺面膜基布的柔软性能。

图4 抗弯刚度-质量配比变化曲线

从图4可以看出：

(1) 随着TPEE纤维质量分数的增大，TPEE/PET水刺面膜基布的抗弯刚度B在减小。由表1可知，对于相同面密度的水刺面膜基布，TPEE纤维或V纤维质量分数增加，水刺面膜基布的厚度减小，故抗弯刚度减小，柔软性能提高。而当水刺面膜基布中疏水性的PET纤维的质量分数增加时，水刺面膜基布的厚度增加，再加上PET纤维自身卷曲率低，故水刺时缠结不够紧密，柔软性降低。

(2) 对于纤维原料相同的水刺面膜基布，面密度增加，厚度增加，抗弯刚度随之增加，柔软性变差，手感变硬。

(3) 对于纤维原料不同的水刺面膜基布，面密度相同时，TPEE/PET水刺面膜基布的厚度小于V/PET水刺面膜基布，故前者抗弯刚度小，柔软性好。

2.4 透气性能

水刺面膜基布的透气性取决于纤维间的孔隙数量、纤维的性质及材料的结构。图5反映了干态水刺面膜基布的透气性能。

图5 试样的透气量

从图5可以看出：

(1) 纤维原料与质量配比相同时，水刺面膜基布的透气量随面密度的增加而降低。这是因为当面密度较小时，纤网较薄，故气体通过时受到的阻力较小，透气量较高。

(2) 面密度相同时，随着TPEE纤维或V纤维质量分数的增加，水刺面膜基布的厚度在减小，孔径增大，透气量增加。

(3) 质量配比相同时，TPEE/PET水刺面膜基布的透气量几乎总是大于V/PET水刺面膜基布。于晖[6]研究表明，当纤维长度、水刺工艺参数及面密度相同时，纤维的线密度越小，则水刺时纤维缠结越紧密，孔隙及孔隙率越小。TPEE纤维的线密度大于V纤维，故V/PET水刺面膜基布的缠结更紧密，透气性能差。

2.5 透湿性能

图6反映了干态水刺面膜基布的透湿性能。

图6 试样的透湿量

从图6可以看出：

(1) TPEE/PET水刺面膜基布的WVT随TPEE纤维质量分数的增加而增加，其原因主要在于TPEE纤维较粗，制成的水刺面膜基布厚度偏小，这有助于水分子通过。V/PET水刺面膜基布的WVT随V纤维质量分数的增加而降低，这是因为亲水性V纤维的增加使得水刺过程中纤维更容易缠结，基布孔隙率降低[7-8]。

(2) 质量配比相同时，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的透湿量随着面密度的增加而减小，这是因为面密度增加，厚度增加，纤维间孔隙减小，水分子透过受阻。

(3) 质量配比和面密度相同时，TPEE/PET水刺面膜基布的WVT几乎都高于V/PET水刺面膜基布。这主要与质量配比和面密度相同时，V/PET水刺面膜基布的厚度都是大于TPEE/PET水刺面膜基布的厚度有关，前者水分子通过的路径更长，加之前者的孔隙大小及数量减少，故前者透湿性能较差。

2.6 液体吸收性能

影响液体吸收性能的因素有纤维组分、织物厚度等[9]。鉴于人们使用面膜时多考虑精华液的含量问题，本文将利用最大吸液量来表征干态水刺面膜基布的液体吸收性能。

图7 干态水刺面膜基布的最大吸液量

TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的最大吸液量与亲水性纤维的质量分数、水刺面膜基布的厚度与面密度等有关。图7表明：

(1) TPEE纤维或V纤维的质量分数增加，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布的最大吸液量增加。

(2) 面密度和质量配比相同的情况下，TPEE/PET水刺面膜基布的最大吸液量小于V/PET水刺面膜基布，原因与V/PET水刺面膜基布厚度更大、比表面积更大，更有助于液体吸收有关。

(3) 质量配比相同时，面密度减小，TPEE/PET和V/PET水刺面膜基布厚度减小，比表面积减少，故最大吸液量下降。

2.7 保液性能

面膜的美容功能是由面膜吸收的营养液来实现的，因此面膜应具有良好的保液能力。本文利用保水性表征保液能力。图8反映了水刺面膜基布的保水性。

图8 水刺面膜基布试样的保水性

从图8可以看出：(1)水刺面膜基布的保水性随试样面密度的增加而增加，因为面密度增加厚度增加，水刺面膜基布中孔隙增加，贮水能力增强；(2)水刺面膜基布的保水性随亲水性纤维质量分数的增加而增加；(3)质量配比及面密度相同时，TPEE/PET水刺面膜基布的保水性优于V/PET水刺面膜基布，这与TPEE纤维本身具有的吸水保水性优于V纤维有关。

3 结语

本文采用TPEE纤维和V纤维分别与PET纤维混纺制备水刺面膜基布，测试分析水刺面膜基布的力学性能、柔软性能、透气性能、透湿性能、吸液性能及保液性能发现：与V/PET水刺面膜基布相比，TPEE/PET水刺面膜基布具有厚度薄、拉伸断裂强力大、透气性和透湿性高、柔软性好、保水率高等优异性能，只有其吸液性能稍低于V/PET水刺面膜基布。目前，TPEE纤维成本低于V纤维，故可选择TPEE纤维取代V纤维制备面膜基布，其产品满足面膜基布的技术及市场要求。