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一次性医卫用疏水透气纤维素非织造布

2022-08-11 14:37:19

随着人们生活水平的不断提高和卫生意识的重视,一次性医卫用品行业发展迅速。2020年,个人卫生用品市场规模已超过1000亿美元;自2019年新冠疫情爆发以来,全球每月使用和处理的口罩数量达1290亿个。这些产品的基本组成部分主要是不可生物降解的聚丙烯(PP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维非织造布,此类产品因高度污染难以回收再利用,因此,此类产品使用后产生的垃圾通常被焚烧或填埋处理,少部分因管理不当流落到环境中或成为微塑料的来源,会对环境和生态系统造成不可估量的危害。近期,随着各国各地区限塑令或禁塑令的颁布,开发可生物降解的一次性卫生产品是非常有必要的。

纤维素是地球上Z丰富的生物质之一,可再生、可生物降解。纤维素非织造布因良好的透气性和保水性,已广泛应用于个人护理、美容美妆、医疗等领域。然而纤维素非织造布不适合直接用于吸收性卫生产品,因这类产品的主要功能是促进液体快速渗透到吸收芯层,并有效阻止反渗,其表层材料的功能除受本身物理结构设计的影响外,还与亲疏水性有关。此外,透气性是此类产品应用的另一个关键性能,因为人体产生的水分和热量需要通过透气的孔隙持续排出,以保持皮肤干燥舒适。因此,开发兼具疏水和良好透气性的纤维素非织造布具有重要意义。

近日, 东华大学乌婧副研究员、王华平研究员团队与邹黎明教授共同在《 Carbohydrate polymers 》杂志上发表了题为"Hydrophobic, breathable cellulose nonwoven fabrics for disposable hygiene applications"(DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.119367)的论文。该课题组提出了一种简便高效的一步改性方法,通过氨酯化反应在纤维素结构上分别引入三种疏水官能团,有效地将完全亲水的纤维素非织造基材转化为高度疏水的织物(水接触角为130–135°)。更重要的是,通过调节改性剂浓度,优化异氰酸酯的类型和取代度,可以很好地保持改性织物的透气性(变化±6%)。该研究系统探究了改性剂种类和浓度对织物结构和关键性能(疏水性、透气性、断裂强度、柔韧性)的影响。

图1:制备示意图

研究结果表明:采用一步氨酯化反应,分别将三种单异氰酸酯(叔丁基异氰酸酯TBIS、间甲苯异氰酸酯MTIS和3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷ISPTMOS)成功接枝到纤维素上。如图1所示,通过疏水基团取代度的调控,使疏水织物固有的透气性保持在良好水平(1300–1400 mm/s),其中CNW-TBIS (5 wt%)(DS c = 0.048)改性织物的水接触角为132.5°,透气性比原织物(1337 mm/s)提高了5.9%;CNW-MTIS (1 wt%)(DS c = 0.066)和CNW-ISPTMOS (0.5 wt%)(DS c = 0.006)改性织物的水接触角分别为132.7°和134.2°,透气性略低于原织物 (分别为2.9%和6.9%),此外,这些织物的断裂强度大于80 N/5cm,柔韧性与原织物相当,能基本满足吸收性卫生用品面层的性能要求。这种方法在非织造布后整理阶段具有很大的工业放大潜力,并且疏水性和透气性可以在一定程度上针对不同类型的纤维素织物进行调整。

图2:不同浓度改性剂所得织物的水接触角(WCA),透气性,强度和柔韧性---(a)TBIS,(b)MTIS  (c)ISPTMOS,(d)改性前后织物的柔韧性测试照片。

本文章选自《产业用纺织品》(第03期2022年总第410期)中的前沿科技

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