（纺织工程专业论文）卫生用pepp双组份非织造布亲水性后整理研究.pdf

附件一： 东华大学学位论文原创i 生声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：弘怖 日期： ) 7 年1 月萄日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密区在丝年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：钳耐b 日期：们年1 月、f 日 指导教师签名：爱洛圾 日期：1 1 年调叫日 东华人学颂i j 研究生学位论文 卫生用p e p p 双组份非织造布亲水性后整理研究 摘要 “用即弃 型卫生用品的发明及广泛使用是人类生活方式的一项 变革。婴儿尿片尿裤、妇女卫生巾、产妇卫生垫、成人失禁用品等一 次性卫生用品的使用提高了人们的生活质量，是社会物质文明进步的 标志。纺粘非织造布的最大优点是成本低且具有足够的拉伸强度，曾 广泛用于一次性卫生用品的覆面材料。随着市场上切片价格上涨，新 增纺粘生产线增多，开发复合型以及功能型纺粘非织造布成为发展趋 势。本论文基于国内第一条引进双组份s x x s 纺粘非织造布生产线， 研究了该生产线的设备及工艺特点，用表面活性剂对p e p p 双组份纺 粘非织造布进行亲水柔软整理，确定了适宜的整理剂及优化工艺。经 工厂生产实验，改性后的p e p p 双组份纺粘非织造布的透水、返渗、 滑漏性能均达到了一次性卫生材料的要求，与传统p p 纺粘非织造布 相比，具有更优良的柔软性。 本研究工作涵盖了两大部分：第一是在分析p e p p 双组份纺粘非 织造布原料及性能的基础上，在实验室进行小样试验。目的是发现分 析不同工艺条件对p e p p 双组份纺粘非织造布这种新材料的影响，并 在小样试验的基础上初步确立适用的整理剂及优化的工艺参数。第二 部分是工厂实地研究，在时间j ：覆盖了国内第一条双组份纺粘生产线 从设备安装、调试到试生产的各个阶段；在内容上包括了双组份纺粘 j ， 东华人学顾l ? 研究生学位论文 非织造布的生产设备介绍，工艺特点分析，在线后整理设备研究以及 亲水型非织造布的生产实验。 小样试验部分，对几种常见阴离子表面活性剂和非离子表面活性 剂的结构、性能进行分析和比较，用密度法测出其各自的c m c 值，从 而得到四种表面活性剂使用的浓度范围；按照密度法得出的浓度范 围，对4 种亲水试剂进行初步筛选和进一步筛选，在4 种亲水整理剂 中，考虑到成本、降低烘干温度以及工厂大批量生产等实际状况，综 合得出，最适合的亲水整理剂是n u w e t 5 5 0 试剂；继而对n u w e t 5 5 0 的 后整理工艺进行优化，先采用单因子试验确立各个工艺参数的范围， 在此范围基础上，利用正交分析安排试验，优化出最佳的小样试验工 艺参数。 生产实验部分，首先，对双组份纤维的长丝结构作了分析介绍， 双组份长丝可以根据其用途和截面结构形态进行设计，目前最常用的 结构形式为皮芯型、并列型和剥离型；接下来分析了双组份纺粘生产 线的设备特点，分别从供料挤出装置、熔体分配装置、纺丝组件等方 面分析双组份纺粘非织造布生产设备与单组分纺粘设备的不同；之后 是双组份纺粘生产线在线后整理设备的研究，除了分析设备结构外， 还研究了在线后整理设备与整条生产线运作的配合情况；结合p e p p 双组份纺粘非织造布的原料和结构，讨论了其工艺特点；运用实验室 小样试验得出的优化工艺参数，进行实地试生产，并依据小样试验与 生产实验在设备状态、生产速度以及接收标准等方面的差异，研究出 适合工厂生产的工艺参数。 东乍人学顾i j 研究生学位论文 最后再对经亲水整理的p e p p 双组份纺粘非织造布的其他使用 性能进行测试，发现机械性能中的断裂伸长率稍有下降，而液体穿透 性能、返渗性能、滑漏性能以及柔软程度均有所提高，加之双组份产 品独特的手感和外观性能，使得该产品具有极其优良的综合使用性 能。亲水型p e p p 双组份纺粘非织造布更适宜用作一次性卫生用品的 原材料，是一种极具发展潜力的新型卫生材料。 关键词：双组份，p e p p ，纺粘非织造布，亲水，后整理，用即弃 ， ， s t u d yo np e p pb i c o m p o n e n t n o n w o v e n s h y d r o p h i l i cf i n i s h m e n t a bs t r a c t d i s p o s a b l e a b s o r b e n ta r t i c l e sa r er e g a r d e da s ah u g ec h a n g e t o p e o p l e sh a b i t sf o rc o n s u m i n g s u c hd i s p o s a b l e a r t i c l e si n c l u d i n gb a b y d i a p e r s ，f e m i n i n ec a r en a p k i n sa n da d u l ti n c o n t i n e n c ep r o d u c t s a r ew e l l k n o w na n di n d i c a t e da sa d v a n c e m e n t o fm a t e r i a lc i v i l i z a t i o n n o n w o v e n f a b r i c sa r ec o m m o n l yu s e di na b s o r b e n ta r t i c l e s f o re x a m p l e ，i t s u s e da s c o v e r s t o c ko ra sc o r ew r a pt oe n c l o s et h es t o r a g el a y e ro ft h ea b s o r b e n t c o r e a sf o rs p u n b o n dn o n w o v e n s ，a d v a n t a g e di nl o w c o s ta n da d e q u a t e t e n s i l es t r e n g t h ，w a so n c eu s e dc o m m o n l y f o rd i s p o s a b l ea b s o r b e n t a r t i c l e s h o w e v e r , w i t h t h e p o l y m e rp r i c ei n c r e a s i n g a n dl i k e k i n d s p u n b o n dp r o d u c t i o nl i n ec o p y i n g ，t h em a r k e tt r e n d s t oc o m p o s i t ea n d f u n c t i o n a lt y p es p u n b o n dn o n w o v e n s b a s e do nt h ef i r s tb i c o m p o n e n t s x x ss p u n b o n dn o n w o v e n sp r o d u c t i o nl i n e ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e d i t s e q u i p m e n t a n dp r o c e s sf e a t u r e s ，c o a t i n gt h es u r f a c eo ft h en o n w o v e n w i t h h y d r o p h i l i cs u r f a c t a n t sa n d t h eo p t i m i z i n gm e t h o dw a sa p p l i e dt od e c i d e t h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r s t h ef i n i s h i n gp e p pn o n w o v e n s w i l lt a k eo n g o o ds t r i k e t h r o u g h ，r e w e t ，r u n o f fa n ds o f tp e r f o r m a n c e h， k r ” 东华人学硕l ：研究生学位论文 t h i st h e s i sc o v e r st w op a r t s t h ef i s tp a r ti sl a b o r a t o r ys a m p l et e s t ， a i m e da t f i n d i n g t h e p r o p e rh y d r o p h i l i c s u r f a c t a n t sa n do p t i m i z i n g p r o c e s sp a r a m e t e r t h es e c o n dp a r t i ss t u d yi nb i c o m p o n e n ts p u n b o n d n o n w o v e n sm i l l t h i sp a r ti n c l u d e dt h ee q u i p m e n ti n s t a l l a t i o n ，c h e c k o u t a n dt e s tr u na sf o rt i m ea n de q u i p m e n ti n t r o d u c t i o n ，p r o c e s sa n a l y s i s ， o n l i n ef i n i s h i n ge q u i p m e n ts t u d ya n dt h ep r o d u c t i o ne x p e r i m e n ta sf o r c o n t e n t p e rl a b o r a t o r ys a m p l et e s t ，t h ed i f f e r e n c e so fs e v e r a la n i o n i ca n d n o n i o n i cs u r f a c t a n t sw e r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d t h e n ，r e s p e c t i v ev a l u e o fc m cw a sd e t e r m i n e db yd e n s i t ym e a n s ，w h i c hw a st h e i rr e s p e c t i v e r a n g eo fc o n c e n t r a t i o nf o ru s e a c c o r d i n gt o t h ec o n c e n t r a t i o nr a n g e o b t a i n e db yd e n s i t ym e a n s ，f o u rh y d r o p h il i cs u r f a c t a n t sw e r es e p a r a t e d p r e l i m i n a r i l ya n ds e c o n d l y f o rc o s ts a v i n ga n dm i l lp r o d u c t i o na c c o u n t ， n u w e t 550w e r e r e g a r d e d a st h em o s tp r o p e rs u r f a c t a n t s t h e nt h e p r o c e s s i n gp a r a m e t e r o fn u w e t 550w a so p t i m i z e d i nm i l lp r o d u c t i o ns t u d yp a r t ，f i r s tt h ef i b e rs t r u c t u r eo fb i c o m p o n e n t n o n w o n v e n sw a si n t r o d u c e d s e c o n dt h ee q u i p m e n tf e a t u r e s f o r b i c o m p o n e n ts p u n b o n dn o n w o v e n s w e r ea n a l y z e d t h et h e s i si n t r o d u c e d r e s p e c t i v e l yt h ef e e d i n ge x t r u d i n gs y s t e m ，m e l tp o l y m e ra r r a n g e m e n t a n d s p i np a c ke t c m o r e o v e r , t h eo n l i n ef i n i s h m e n te q u i p m e n tw a ss t u d i e d a n dt h ep r o c e s s i n gf e a t u r e so fp e p pb i c o m p o n e n tn o n w o v e n sw e r e i n t r o d u c e d o nt h eb a s i so fl a bs a m p l et e s t ，t h em i l lp r o d u c t i o nw a s r u n v k ， l 、 s i n c et h e r ea r ed i f f e r e n c e sb e t w e e ns a m p l et e s ta n dm i l lp r o d u c t i o n ，t h e p r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw e r em o d i f i e da c c o r d i n g l y f i n a l l y , p e r f o r m a n c e so fh y d r o p h i l i c f i n i s h e ds p u n b o n d e dp e p p b i c o m p o n e n t n o n w o v e n sw e r ed e t e r m i n e da n da l t h o u g h m e c h a n i c a l e l o n g a t i o n d e c r e a s e s a l i t t l e ，s t r i k e t h r o u g h ，r e w e t a n dr u n o f f p e r f o r m a n c e si m p r o v e d al o t ：i na d d i t i o n ，t h ep e p pb i c o m p o n e n t s p u n b o n dn o n w o v e n sp r o v i d e dw i t hf a v o r a b l es o f tf e e l i n g s s oi tw i l lt u r n i n t ob r i g h ta p p l i c a t i o nf u t u r e z h a n gt o n g t o n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f w uh a i b o k e yw o r d s ：b i c o m p o n e n t ，p e p p ，s p u n b o n dn o n w o v e n s ，h y d r o p h i l i c ， f i n i s h m e n t ，d i s p o s a b l e 第一帝前苦 目录 第一章前言1 1 1 卫生用非织造材料的发展1 1 2 一次性卫生用品的结构、原料及质量控制3 1 3 亲水整理概述5 1 3 1 亲水整理的发展5 1 3 2 非织造布亲水化改性方法6 1 3 3 亲水整理剂种类8 1 3 4 表面亲水改性机理9 1 3 5 表面亲水整理工艺1 2 1 4 本课题的主要内容和意义1 4 1 4 1 主要研究内容1 4 1 4 2 意义1 4 第二章双组份纺粘非织造布生产与在线整理1 6 2 1 双组份长丝结构1 6 2 1 1 皮芯型1 6 2 1 2 并列型。17 2 1 3 剥离型18 2 2 亲水型纺粘双组份非织造布的生产1 8 2 1 4 生产设备1 9 2 1 5 在线后整理设备2 1 2 2 双组份纺粘工艺的特点2 4 第三章小样试验研究2 6 3 1 试验材料2 6 3 2 试验方法2 8 3 2 1 小样亲水整理方法2 8 3 2 2 分析测试方法2 9 3 3 亲水剂筛选试验：3 6 3 3 1 四种亲水整理剂c m c 值的确定3 6 3 3 2 亲水试剂初步筛选3 8 3 3 3 亲水试剂进一步筛选3 9 f y 第一章前苦 3 4n u w e t5 5 0 工艺优化4 0 3 4 1 单因子试验确定参数范围4 1 3 4 2 工艺参数优化4 4 3 5 本章小结4 6 第四章生产实验与结果讨论4 8 4 1 生产实验工艺4 8 4 2 影响生产实验中亲水整理效果的因素4 9 4 2 1 整理剂浓度4 9 4 2 2 烘干温度4 9 4 2 3 生产线速度4 9 4 3 工厂实际生产工艺方案的可行性验证5 0 i 4 改性前后非织造布物理机械性能测试及分析5 0 4 5 本章小结5 2 第五章结论与展望5 4 5 1 亲水剂的筛选：5 4 5 2 亲水整理的优化工艺5 4 5 2 1 实验室小试实验的最佳亲水工艺5 4 5 2 2 工厂实际生产的最佳亲水工艺5 4 5 3 亲水工艺的影响因素5 5 5 3 1 带液率5 5 5 3 2 整理剂浓度5 5 5 3 3 烘干温度5 5 5 3 4 烘干时间或生产速度5 6 5 4 亲水整理对物理机械性能的影响5 6 5 5 本课题的进一步研究方向5 6 参考文献。5 7 攻读硕士学位期i 日j 论文发表情况6 0 致谢：6 1 第一章前言 第一章前言 卫生材料是非织造布产品，特别是“用即弃 型产品中使用量最大的一类， 已逐渐形成一个庞大的消费市场。卫生材料包括妇女卫生巾、婴儿与成人尿片的 包覆料( c o v e r s t o c k ) 、各种吸收挚、揩布等。对于纺粘法非织造布，在其4 0 多 年的商业化历程中，最有名，使用量最多的就是一次性卫生保健用品。传统纺粘 非织造命的最大优点是成本低且具有足够的拉伸强度，但由于目前市场上切片价 格上涨，新增纺粘生产线较多，纺粘产品种类单一，纺粘非织造布生产厂家要提 高自身市场竞争力，比较好的方法是开发复合型以及功能型纺粘非织造布【l 】。本 课题研究的目的就是通过对双组份纺粘非织造布的亲水改性，赋予其新的功能， 从而拓宽双组份纺粘非织造布在卫生材料领域的用途。 1 1 卫生用非织造材料的发展 “用即弃”型卫生用品的发明及广泛使用是人类生活方式的一项变革，它提 高了人们的生活质量，是社会物质文明进步的标志。婴儿尿片尿裤、妇女卫生巾、 产妇卫生挚、成人失禁用品等一次性卫生用品共同的特点是可大量吸收人体内排 出的尿液、血液等体液，并在一定的时间内保持这些体液，不让其渗透，沾污皮 肤【2 1 。这类用即弃个人护理卫生材料全世界的需求量每年以6 0 o , - , 8 的速率增长， 市场需求量十分庞大，也是世界非织造材料最重要的市场之一1 3 】。 据统计，2 0 0 0 年全球卫生吸收性产品的销售额达3 9 4 亿美元，产品的全球 有效市场渗透率为1 5 ，而经济发达地区主要市场的渗透率是全球有效市场渗 透率的4 1 ，以片计可达2 5 5 0 亿片，其中尿裤和训练裤为8 4 0 亿片、卫生巾和 卫生护挚1 4 3 0 亿片、卫生棉条1 2 0 亿片【4 】。1 9 9 9 年全球卫生吸收性产品消耗了 约1 6 0 力吨非织造材料( 包括纺粘法、梳理成网的热风及热轧非织造布、干法造 纸、水刺等非织造材料，用作包覆面料、储液层和转移层) ，3 3 0 万绒毛纤维浆、 1 1 0 万吨高吸水树脂( s a p ) 和5 0 力吨防漏膜【5 j 。 在我国，“用即弃 型卫生用品的生产起始于2 0 世纪9 0 年代初，1 9 9 2 年香 港瑞麒制品厂有限公司率先在广东建厂，当时生产的尿裤大部分销往境外。之后， 广东省珠江三角洲一带相继建立了数家婴儿尿裤生产企业，并逐步扩展到华东沿 海地区和内地。目前为止，在国内投资建厂的跨国制造商有美国d s g 、美国 l 第一章前著 k i m b e r l y c l a r k ( 1 9 9 7 年投产) a n 美国p a r a g o n ( 1 9 9 8 年建厂) ，美国p & g 在1 9 9 9 年 第4 季度丌始在广州生产婴儿尿裤。至1 9 9 9 年底，国内已有2 4 家婴儿尿裤生产 厂，总计3 l 条生产线，总生产能力约1 7 亿片。 据中国造纸协会生活用纸专业委员会统计 6 1 ，妇女卫生巾从1 9 8 5 年的l o 亿 片增长至2 0 0 5 年的3 9 9 亿片，市场渗透率从2 增长至6 1 4 ( 见表1 1 ) ；一次 性婴儿尿裤从1 9 9 3 年的4 0 0 0 力条增长至2 0 0 1 年的l l 亿条，市场渗透率从0 0 7 增长至 5 ( 见表1 2 ) 。近两年，成人失禁护理用品市场也逐渐兴盛。 表1 - 1 中国妇女卫生巾市场情况 年份 1 9 8 51 9 9 01 9 9 31 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 82 0 0 1 2 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 消费 量( 1 0 1 o2 8 1 2 51 8 62 3 o2 5 52 7 53 3 03 5 13 6 83 8 43 9 9 亿片) 市场 渗透 2 05 02 1 63 1 3 3 84 1 84 4 75 25 4 95 7 35 9 56 1 4 率( ) 表1 2 中国婴儿尿布市场情况 年份 1 9 9 01 9 9 31 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 82 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 5 消费 量( 1 0 o 10 1 50 2 80 3 l0 4 00 5 01 11 82 73 96 3 亿片) 市场 渗透 0 2o 2 8o 5 6o 6 80 7 50 9 23 3 45 2 26 4 58 9 29 2 3 率( ) 综上所述，中国有1 3 亿人口，育龄妇女占人口总数的近三分之一，每年约 有2 0 0 0 力婴儿出生；美国l a u r e nl i e b e r m a n 投资银行在2 0 0 6 年公布的全球上市 企业公司研究报告中指出，当日i 中国中年人的数目激增，到2 0 3 0 年，中国人口 中6 5 岁以上的人数会由1 9 9 5 年的1 0 上升到2 2 ，人口迅速老龄化使成人失 禁用品的市场份额不断攀升。到2 0 0 2 年，国内纺粘法非织造布生产线达到6 5 条，生产能力为2 0 万吨，生产厂商4 8 家，主要分布在广东省和浙江省，其拥有 纺粘厂商均为l l 家，生产线拥有数分别为1 9 和1 4 条【7 】。随着中国经济持续快 速稳定的发展，人民生活水平的进一步提高，一次性使用的医保卫生用品的需求 还将大大增加，中国必将成为卫生材料的最大市场之一。 第一章前寄 1 2 一次性卫生用品的结构、原料及质量控制 如图1 1 所示，婴儿尿片尿裤、妇女卫生巾、产妇卫生鹅、成人失禁用品的 主要结构相似，都包括一下几个主要结构：包覆层( c o v e r s t o e k ) ，储液层，隔离 层【2 1 。 图l 1 一次性i ! 生用品结构不总图 非织造布在这类吸收性产品中主要用作高吸收材料内芯的包覆料或称面料 ( c o v e r s t o c k ) ，其主要作用是作为分隔与过滤材料，使人体皮肤与纤维垫吸附芯 之间有一层清洁的隔离层，同时当液体排出时，又能让液体顺畅地通过这层面料 进入吸收芯。因此，这层非织造布包覆料必须具有一定亲湿而不吸水特性，并有 足够多的孔眼以便让液体顺利地通过并进入位于包覆料之下的其它转移层。因此 改善和提高与人体直接接触的面料的性能和质量尤为重要。 一次性卫生用品生产企业对婴儿尿布、卫生巾、成人失禁垫当中的表层覆料 非织造布的普遍质量要求是： ( 1 ) 有一定的强度： ( 2 ) 过水性能好，使液体能很快地进入吸收挚，最大透水时间 3 s ； ( 3 ) 返湿量低，即液体不易从吸收挚返回到人体表面，使皮肤感觉干爽、 舒适： ( 4 ) 外观均匀、洁白，符合卫生要求； ( 5 ) 柔软性、透气性好，感觉舒适。 e d a n a 标准对卫生材料的主要的卫生质量要求有： ( 1 ) 对人体皮肤不致过敏，瘙痒，无任何毒性，对眼睛无刺激。原料， 添加剂，油剂均符合美国f d a ( 食品药品管理局) 的认可； 第一帝前占 。 ( 2 ) 保持皮肤清洁，起毛试验后不起球，起球的总质量 0 0 。 宪全润湿 c o m p l e t ew e t t i n g ( s p r e a d i n g ) e = 0 。 图1 - 5i i i i 液表面润湿的三种形式 图中1 5 所示固体表面上的液滴的平衡接触角与各种界面张力的关系为( 杨 第一章前寄 氏涧湿方程) 。 式中： a i o d2a l c o s o( 式1 - 2 ) 一与液体的饱和蒸汽平衡的固体的表面张力 广固液之间的界面张力 田一与饱和蒸汽平衡的液体的表面张力 p 一液体表面液滴的平衡接触角 p 越小，表示涧湿性能越好。图中1 5 表示了润湿的三种形式：基本不润湿 ( 0 9 0 。) 、部分润湿( 9 0 。 参0 。) 和完全润湿( 萨0 。) 。 由杨氏方程可以知道，固