CN121157462A - 全降解可冲散无纺布的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种全降解可冲散无纺布的制备方法，包括：S10：形成可冲散的第一基层及第二基层，并叠设第一基层与第二基层，所述的第一基层及第二基层包括PLA纤维；S20：通过脉冲热气流对第一基层进行冲击形成微孔且使得至少一部分第一基层内的PLA纤维与第二基层的纤维形成结合，通过上述方式形成的可冲散无纺布能够满足强度与可冲散的平衡且能够满足ISO 14855中堆肥生物降解率的要求，本发明还同时提供应用上述的制备方法制备的全降解可冲散无纺布。

Description

全降解可冲散无纺布的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种可冲散无纺布。

背景技术

可冲散无纺布作为一种兼顾现代生活便利性与环境保护诉求的材料，已经在湿巾、卫生用品、医疗敷料等多个领域展现出巨大的应用前景。其核心技术挑战在于，既要满足生产和使用过程中所需的强度与韧性，又要确保产品在使用后能够在水中快速、彻底地分散，从而避免对排水系统造成堵塞。这两个性能指标——强度与可冲散能力——在材料科学和工程实践中，呈现出显著且难以调和的内在矛盾。

由于强度与基重直接相关，为了较好的平衡强度与可冲散能力，目前广泛使用的可冲散无纺布通常为45-75g/㎡，但是，人们希望将可冲散无纺布应用到更广泛的场合，比如作为洗脸巾或擦拭巾使用时，人们还希望其具有更厚的厚度，而增加厚度更为直接的手段为增加基重，比如，将基重增加到90 g/㎡以上，能够得到较为满意的厚实感，但是增加基重则将直接增加强度，导致分散性能难以满足要求。

在文献CN120867009A中提出，通过结构重构的方式，即通过二次干燥诱导润湿点对应区域形成蓬松弱化结构，通过局部精确润湿和二次干燥诱导蓬松结构，从而使得85g/㎡以上的高基重可冲散无纺布能够兼顾无纺布强度保持和快速分散能力，但是，这种方式需要使用需要采用高精度的点阵喷液，更具体的来说，需要采用昂贵的压电喷头并结合高精度视觉系统以达到高精度的喷液，大幅增加设备投入和维护成本。

在另外的文献CN116121954A中则通过在第二混合纤维网上冲孔，并在孔中注入水溶胶后，结合第一混合纤维网、第三混合纤维网的方式得到多层结构并具有良好分散性能、强度的可冲散无纺布，但是，这种方式需要额外需要进行冲孔作业和使用水溶胶进行固定，工序增加，且引入水溶胶作业，给生产带来不便。

另外，现有的可冲散无纺布还难以兼顾ISO 14855中堆肥生物降解率的要求，为此，需要提供一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

一种全降解可冲散无纺布的制备方法，包括：

S10：形成可冲散的第一基层及第二基层，并叠设第一基层与第二基层，所述的第一基层及第二基层包括PLA纤维；

S20：通过脉冲热气流对第一基层进行冲击形成微孔且使得至少一部分第一基层内的PLA纤维与第二基层的纤维形成结合。

在一个实施例中，在步骤S10中，通过下述方式形成第一基层或第二基层：

S101：提供纤维原料。

其中，所述的纤维原料包括木浆纤维、粘胶纤维和PLA纤维，木浆纤维、粘胶纤维和PLA纤维的质量百分比分别为60%～70%、20%～33%和5%～15%，所述的PLA纤维的长度为 4～12 mm，纤度为 1.5～3.0 旦，熔点为 165～175℃；

S102：纤维成网；

S103：水刺加固；

S104：干燥并形成基层，在干燥时，烘干温度控制在80～140℃范围内，烘干时间为0.5～5min。

在一个实施例中，所述PLA纤维的横截面形状为三叶形，且PLA纤维具有卷曲形态，卷曲数为 8～15个/25mm。

在一个实施例中，在步骤S101中，所述的纤维原料中还包括热熔纤维，所述热熔纤维在纤维原料中的含量为0.5～3.0%，所述热熔纤维为皮芯结构的ES纤维，且芯层为聚酯PET或聚丙烯PP，皮层为低熔点聚合物，皮层的熔点为140～150℃。

在一个实施例中，在步骤S20中，所述的脉冲热气流的温度为160℃～180℃。

在一个实施例中，在步骤S20中，脉冲热气流对第一基层的冲击压力为0.3～0.6MPa、脉冲冲击时间0.05～0.2秒。

在一个实施例中，在步骤S20中，形成的微孔直径0.1～0.5 mm。

在一个实施例中，微孔在第一基层上的分布密度为1～2个/cm²。

在一个实施例中，第一基层与第二基层的基重相同，且第一基层与第二基层的基重均小于40g/㎡。

本发明还同时提供应用上述的制备方法制备的全降解可冲散无纺布。

有益效果：本发明实施例提供一种全降解可冲散无纺布的制备方法，包括：S10：形成可冲散的第一基层及第二基层，并叠设第一基层与第二基层，所述的第一基层及第二基层包括PLA纤维；S20：通过脉冲热气流对第一基层进行冲击形成微孔且使得至少一部分第一基层内的PLA纤维与第二基层的纤维形成结合，通过上述方式形成的可冲散无纺布能够满足强度与可冲散的平衡且能够满足ISO 14855中堆肥生物降解率的要求，本发明还同时提供应用上述的制备方法制备的全降解可冲散无纺布。

附图说明

图1 本发明实施例的全降解可冲散无纺布结构示意图；

图示元件说明：

基体10；第一基层11；微孔111；第二基层12。

具体实施方式

本发明实施例提供一种可冲散无纺布，其特征在于，包括如下步骤：

S10：形成可冲散的第一基层11及第二基层12，并叠设第一基层11与第二基层12，所述的第一基层11及第二基层12包括PLA纤维。

在本实施例中，所述的第一基层11及第二基层12可以按下述步骤形成：

S101：提供纤维原料。

其中，所述的纤维原料包括木浆纤维、粘胶纤维和聚乳酸短纤维（PLA纤维），木浆纤维、粘胶纤维和聚乳酸短纤维的质量百分比分别为60%～70%、20%～33%和5%～15%。

其中，所述的木浆纤维为2.0～4.5mm的针叶木浆纤维，优选的，针叶木纤维的平均纤维长度为2.5mm～3.7mm，以通过针叶木浆木纤维具有更好的水分散性及更长的长度使得可冲散无纺布具有足够的强度和满足可冲散性要求，同时，在采用针叶木浆纤维时，形成的针叶木木浆的游离度优选为200～700cc，所述的游离度采用加拿大标准游离度测定方法进行测定的。

所述的粘胶纤维包括圆形粘胶纤维和扁平粘胶纤维，在纤维混合物中所述的粘胶纤维占比为20%～33%，其中，圆形粘胶纤维占比15%～20%，扁平粘胶纤维占比5%～13%，可以理解的，所述的扁平粘胶纤维可以是将天然纤维溶解在相应的溶剂中后，再通过湿法纺丝获得的，相比于圆形粘胶纤维，扁平粘胶纤维具有更小的弯曲刚度，更易发生缠结，通常，第一基层11或第二基层12中纤维可以借助自身的物理性能得到缠结，且缠结为摩擦抱合作用，由于扁平粘胶纤维相比圆形粘胶纤维使用更少的外力即可实现缠结，因此在水中扁平粘胶纤维比圆形粘胶纤维更容易发生分散。

在本实施例中，所述的圆形粘胶纤维：长度4～20mm，旦数1～3旦，长径比≥3000，通过圆形粘胶纤维提供缠结强度和柔软性，在一个具体实施例中，可以使用长度为6mm、12mm或18mm的圆形粘胶纤维。

所述的扁平粘胶纤维：长度5～15mm，旦数0.5～2旦，长径比≥4000，以利用扁平截面易在水流中变形，增强分散性。

优选的，所述的扁平粘胶纤维的宽厚比≥2:1，所述的宽厚比是指扁平粘胶纤维的宽度与厚度之比，更优选的，所述的扁平粘胶纤维的宽厚比为2.5:1～4:1，能够在保证足够湿强度的前提下，提高分散性和柔软性。

所述的粘胶纤维可以为莱赛尔纤维，其长度范围为8～15mm，线密度控制在1.2～1.8旦之间，占比为20～40%。莱赛尔纤维具有优异的湿强度和生物降解性能，有助于提升产品的可冲散特性，可以理解的，所述的长度为平均长度，所述的线密度为平均线密度。

在本实施例中，所述的PLA纤维的长度为 4～12 mm，以使得PLA纤维能在纤维网络中形成有效的机械缠结，为无纺布提供基本的干/湿强度，同时防止纤维过长导致在湿法成网中分散不均、产生絮聚，影响成网的均匀性，进而损害基层的匀度和冲散性能。

进一步的，所述PLA纤维的纤度为 1.5～3.0 旦，以一方面保证单根纤维具有足够的刚度和强度，能够在脉冲热气流中有效穿刺进入另一基层，形成牢固的结合点，另一方面，避免纤维过粗导致手感硬挺、柔软度下降，同时过粗的纤维在冲散时更难断裂，不利于快速崩解。

进一步的，所述PLA纤维的横截面形状为圆形或三叶形，且PLA纤维具有卷曲形态，卷曲数为 8～15个/25mm，优选的，所述的PLA纤维的横截面形状为三叶形，通过三叶形的异形截面增加纤维间的摩擦力和抱合力，在不使用额外粘合剂的情况下增强纤维网的强度。同时，其特殊的棱角结构在受到水流剪切力时更容易发生应力集中，从而加速纤维网络的崩解，同时，所述的PLA纤维具有卷曲形态能极大地提升纤维的蓬松性和缠结能力，使形成的无纺布更柔软、更具弹性。在脉冲热气流作用下，卷曲的PLA纤维能像弹簧一样相互钩挂，形成更稳固的层间结合结构。

进一步的，所述PLA纤维的熔点为 165～175℃，以能够与脉冲热气流温度160-180℃匹配，即脉冲热气流的温度被精确控制在略高于PLA熔点但远低于木浆/粘胶纤维分解温度的范围，使得只有PLA纤维发生局部熔融，实现精准的层间热粘合，而亲水性的纤维素纤维骨架保持完整，从而确保了最终产品优异的可冲散性。

另外在研究中发现，一方面，聚乳酸短纤维具有比湿态纤维素纤维更高的模量（即，更硬挺），它与极其柔软的扁平粘胶纤维在基层中形成了刚性周边缠绕柔性带的复合结构，聚乳酸短纤维能够为木浆纤维的骨架提供更好的支撑，防止无纺布在使用时过度拉伸变形，而扁平粘胶纤维则作为填充和缓冲材料，共同提升了无纺布的耐用性和韧性，另一方面，当可冲散无纺布被冲入马桶和进入下水道后，在水流的机械作用和微生物作用下，聚乳酸短纤维开始水解，其分子链断裂，纤维强度逐渐下降，同时体积发生轻微溶胀，这一过程在纤维缠结点处产生了内应力，当水流作用下时，聚乳酸短纤维会更容易出现断裂或从缠结中脱落，形成更多的弱化点，从而极大地加速了整个纤维网络的崩解进程。

进一步的，为了改善聚乳酸短纤维与亲水性纤维素纤维的界面结合，还可以对所述聚乳酸短纤维进行表面亲水化预处理，例如采用常压等离子体处理，或在纺丝过程中共混添加0.5%-1.5%的亲水母粒。

进一步的，所述的纤维原料中还添加有1%～3%质量的水溶性粘合剂，如羧甲基纤维素（CMC）或改性聚乙烯醇（PVA），以补偿PLA引入的强度损失,粘合剂优选的为pH响应型，例如交联度为5%-10%柠檬酸交联PVA，以在使用时保持强度，在冲散时快速溶解。

进一步的，所述的纤维原料中还包括热熔纤维，用于在脉冲气流加热过程中提供更多的热熔粘合点，保证两层之间的结合强度，热熔纤维在纤维原料中的含量为0.5～3.0%，所述热熔纤维优选的为皮芯结构的ES纤维，具体的，芯层为高熔点聚合物，具体可以为聚酯PET或聚丙烯PP，皮层为低熔点聚合物，具体可以为聚乙烯PE或改性共聚酯，优选的，皮层的熔点为140～150℃，以在略低于PLA纤维的熔点时形成更多的热熔粘合点，与脉冲气流的温度进行匹配。

另外，所述的热熔纤维的纤度为1.5～3.0 旦，以在保证提供足够粘合点的同时，避免过粗的纤维影响材料的柔软度和分散性，同时，长度为4～8 mm，以确保其在湿法成网中具有良好的分散性，不会絮聚。

S102：纤维成网。

纤维成网过程可以采用湿法成网。在成网过程中，纤维网的基重控制在35～65克每平方米范围内，成网速度维持在50～200米每min。

进一步的，可以通过斜网成形器进行纤维成网，所述的斜网成形器包括流浆箱及成形网，所述的成形网被构造成无端环状，由若干托辊托置运动，所述的托辊中包括位于流浆箱上游的胸辊，自胸辊下游方向的一部分所述的成形网被配置成相对于水平方向倾斜向上，将该倾斜向上的一段称为成形段，流浆箱将纤维原料形成的混合浆料从上方施加到成形段上，浆料脱水成形为湿纤维幅材。

S103：水刺加固。

具体的，可以通过水刺单元对湿纤维幅材进行水刺加固，所述水刺单元包括沿湿纤维幅材的运行方向依次设置的多个水刺组件，优选的，所述的多个水刺组件包括预刺组件、主刺组件以及微刺组件。

所述的预刺组件用于湿纤网进行初步压实和缠结，其中，预刺组件包括1～2道水刺头，水刺压力 20～30 Bar，在进行水刺时在湿纤网上方自上而下进行喷射。

所述的主刺组件用于使纤维产生剧烈的位移、穿插、弯曲和缠结，从而形成主体网络结构，其中，主刺组件包括3～5道水刺头，水刺压力50～80 Bar，同时，主刺组件的水刺头可以设置在湿纤网的上下两侧，以同时从湿纤网的上下两侧进行喷射。

所述的微刺组件用于通过超高压力、极细水针对纤网表面及内部进行缠结和整理，以通过微刺对湿纤网进行微观调整与表面光洁处理，微刺组件包括微刺水针板，所述的微刺水针板包括0.08～0.1mm的孔，且在进行微刺时水压为100～130 Bar，通过微刺过程中高能量的微细水针能穿透纤网深处，对主刺后仍未完全缠结的、特别是中部的纤维进行固定，另外，通过微刺能消除预刺、主刺步骤在纤网表面产生的纤维毛羽，使材料表面光滑和平整，从而提高手感避免了掉毛掉粉现象，以及，通过微刺能够对结构进行优化，即优化纤维网络的蓬松结构和孔隙结构，从而平衡材料的强度、柔软度和分散性。

S104：干燥并形成基层。

烘干时烘干温度控制在80～140℃范围内，烘干时间为0.5～5min，最终含水率应降至8%以下，可以理解的，控制烘干温度在140℃以下，一方面能够避免PLA纤维热熔形成内部结合点，造成分散困难，同时，在设置有热熔纤维时，使得部分热熔纤维软化形成少量的结合点，增加强度。

可以理解的，在形成第一基层11与第二基层12之后对第一基层11与第二基层12进行叠设行基体10。

S20：通过脉冲热气流对第一基层11进行冲击形成微孔111且使得至少一部分第一基层11内的PLA纤维与第二基层12的纤维形成结合。

可以理解的，所述的脉冲热气流呈针状，以正对基体10的方式对第一基层11进行冲击，在进行冲击的过程中，更为硬挺和相对更粗的PLA纤维在脉冲热气流作用下软化、弯曲，并顺着该脉冲热气流的冲击方向发生弯曲转向，并在该脉冲热气流的作用下，至少一部分PLA纤维进入到第二基层12中，并与第二基层12中的纤维形成结合，所述的结合是指PLA纤维冷却并热熔在第二基层12中的纤维上。

可以理解的，在该脉冲热气流的作用下，在第一基层11由脉冲热气流对应的区域形成贯通第一基层11的微孔111，该微孔111的形成一方面增加基体10层的透气效果，另一方面在进行冲散过程中，水流能够容易的通过微孔111进入到基体10内部，进一步能够沿微孔111深入至第一基层11与第二基层12的界面，以及，进入到第二基层12，从而使得第一基层11与第二基层12容易在冲散过程中分离，且第一基层11、第二基层12单独的被冲散。

可以理解的，还可以通过调节该脉冲热气流的冲击强度来控制第一基层11中PLA纤维被软化进入到该第二基层12内的深度，从而满足基体10不同的使用需求。

进一步的，所述的脉冲热气流的温度为160℃～180℃，以使得脉冲热气流的温度刚好在PLA纤维的熔点之上，但是又不过高，避免脉冲热气流导致PLA纤维过多的熔融从而导致第一基层11内的纤维之间过度结合，导致难以冲散。

进一步的，脉冲热气流对第一基层11的冲击压力为0.3～0.6 MPa、脉冲冲击时间0.05～0.2秒。

进一步的，形成的微孔111直径0.1～0.5 mm，以一方面有助于水流快速渗透和崩解，二方面避免第一基层11与第二基层12存在明显的差异，且防止第一基层11与第二基层12之间存在较大的强度差，造成使用过程中出现分层现象。

进一步的，微孔111在第一基层11上的分布密度为1～2个/cm²，以避免第一基层11与第二基层12之间存在过大的结合强度。

进一步的，第一基层11与第二基层12的基重相同，且第一基层11与第二基层12的基重均小于40g/㎡。

本发明同时提供应用上述制备方法的全降解可冲散无纺布。

下面通过实施例进一步说明本发明的可冲散无纺布。

实施例

第一基层：木浆纤维65%+粘胶纤维24%+ PLA纤维10%+热熔纤维1%；

其中，PLA纤维长度8mm，纤度2.0旦，横截面为三叶形，卷曲数12个/25mm，熔点170℃。

热熔纤维：ES纤维，皮芯结构，皮层为聚乙烯PE，熔点145℃；芯层为聚酯PET；纤度2.0旦，长度6mm。

基重：45g/㎡。

第二基层与第一基层相同。

脉冲热气流温度：175℃。

冲击压力：0.4 MPa。

脉冲冲击时间：0.1秒。

气流呈针状，正对基体表面，微孔孔径0.5mm。

对比例1

以CN109537168A文献示出的可冲散无纺布。

基体：纤维混合物：65% 针叶木木浆纤维（平均长度3.0mm）、30% 圆形粘胶纤维（长度12mm，旦数2旦）、5% 扁平粘胶纤维（长度8mm，旦数1.5旦，宽厚比2:1），基重：90 g/m²。

微凸起设置：在整个无纺布表面采用均匀分布，密度为20个/25mm²，直径0.4mm，高 度0.4mm。

	单位	实施例1	对比例1
				基重	g/㎡	90	90
水分散性	s	301	577
				MDT	N/m	791	810
MDT-wet	N/m	173	163
				CDT	N/m	317	391
生物降解性	%	90	73

测试方法：

水分散性：采用INDA/EDANA FG502规范（晃动箱法，2L水，22±3°C，33 rpm），记录无纺布瓦解时间（第一片小片分离）。

拉力测试：

干拉力（MDT和CDT）：参照GB/T 24218.3-2010，样品宽度50 mm，夹距100 mm，拉伸速度100 mm/min，结果以N/m表示。

湿拉力（MDT-wet）：参照GB/T 12914-2008，样品宽度50 mm，夹距50 mm，拉伸速度100 mm/min，结果以N/m表示。

生物降解性：参照ISO 14855（标准堆肥条件，90天降解率）。

从测试结果看，本发明的方法能够平衡强度与可冲散性能，且满足ISO 14855中90天降解率 中大于等于90%的要求。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种全降解可冲散无纺布的制备方法，其特征在于，包括：

S10：形成可冲散的第一基层及第二基层，并叠设第一基层与第二基层，所述的第一基层及第二基层包括PLA纤维；

S20：通过脉冲热气流对第一基层进行冲击形成微孔且使得至少一部分第一基层内的PLA纤维与第二基层的纤维形成结合。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S10中，通过下述方式形成第一基层或第二基层：

S101：提供纤维原料；

其中，所述的纤维原料包括木浆纤维、粘胶纤维和PLA纤维，木浆纤维、粘胶纤维和PLA纤维的质量百分比分别为60%～70%、20%～33%和5%～15%，所述的PLA纤维的长度为 4～12mm，纤度为 1.5～3.0 旦，熔点为 165～175℃；

S102：纤维成网；

S103：水刺加固；

S104：干燥并形成基层，在干燥时，烘干温度控制在80～140℃范围内，烘干时间为0.5～5min。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述PLA纤维的横截面形状为三叶形，且PLA纤维具有卷曲形态，卷曲数为 8～15个/25mm。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S101中，所述的纤维原料中还包括热熔纤维，所述热熔纤维在纤维原料中的含量为0.5～3.0%，所述热熔纤维为皮芯结构的ES纤维，且芯层为聚酯PET或聚丙烯PP，皮层为低熔点聚合物，皮层的熔点为140～150℃。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，所述的脉冲热气流的温度为160℃～180℃。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，脉冲热气流对第一基层的冲击压力为0.3～0.6 MPa、脉冲冲击时间0.05～0.2秒。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤S20中，形成的微孔直径0.1～0.5mm。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，微孔在第一基层上的分布密度为1～2个/cm²。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，第一基层与第二基层的基重相同，且第一基层与第二基层的基重均小于40g/㎡。

10.一种全降解可冲散无纺布，其特征在于，应用如权利要求1所述的制备方法制备。