弹性亲水不织布及其制备方法与流程

1.本发明为涉及纺织品的技术领域，特别是有关一种弹性亲水不织布、及制备弹性亲水不织布的方法。


背景技术：

2.随着纺织产业的进步，开发出更轻薄的弹性不织布，可应用于面膜、纸尿裤、擦拭布、医疗卫材、运动服饰等用途。对不织布赋予弹性的方法有专利文献1提出使用热塑性弹性体(thermoplastic elastomer)作为原料以纺丝黏合(以下简称纺粘)制得不织布，也有专利文献2、3提出使用低结晶性聚丙烯的方法等等；主要技术是在低结晶性聚丙烯中添加高结晶性聚丙烯或脱模剂。另外，还有专利文献4提出包含低结晶性聚丙烯的不织布与伸长性纺粘不织布的积层体。
3.然而纺粘不织布的制造过程为使构成的长纤维在面方向上容易成为配向的结构，而难以获得柔软性优异的弹性不织布。另外，原料方面使用低结晶性聚丙烯必须增加高结晶性聚丙烯或脱模剂的添加量，结果造成，所获得的纺粘不织布的残留应变增大、伸缩性变差的倾向。还有聚丙烯、脱模剂或其他助剂通常含有较多疏水性的官能基，而使不织布无法具有可以生活应用的亲水性。
4.制程方面大多采用热熔制程，不织布由热塑性高分子材料制成，利用升温并施加压力等加工方式(例如热压、热风粘合等)，可使热塑性高分子材料熔融且相互粘结，使其具有结合力。然而，熔融后的手感改变，且熔融面积越大，手感越硬。此外，热熔制程更具有弹性变差的缺点，由于不织布熔融部分类似塑料片材，未熔融部分为纤维，两种形态的拉伸性质差异大，若使用热压方法结合，则会影响弹性。
5.参考的专利文献
6.专利文献1：日本特公表专利jph7-503502号
7.专利文献2：日本公开专利第jp2009-62667号
8.专利文献3：日本公开专利第jp2009-79341号
9.专利文献4：国际公开专利第wo2012070518号。


技术实现要素：

10.为解决上述问题，本发明的主要目的在提供一种弹性亲水不织布，其纤维具有微米级的直径，且纤维的弹性佳，具有适合作为面膜的伸长率；此外，不织布的表面具有亲水效果，可以将美容用精华液与保养液吸持在不织布的表面。
11.另外，本发明目的还提供一种使用熔喷加工制备弹性亲水不织布的方法，采用熔喷加工为单一、不繁复的制程。藉由可赋予生分解性、亲水性、及弹性的原料，并寻求表现性能最佳的各成分比例，可调控不织布兼具亲水性与弹性之平衡。
12.根据上述目的，本发明所提出一种弹性亲水不织布，以组成物母粒经由熔喷加工所形成的纤维制备而成，组成物母粒在100重量份中包括3至30重量份的亲水助剂、及70至
97重量份的聚烯烃系弹性共聚物，亲水助剂包括聚乳酸及聚醋酸乙烯酯。
13.根据上述目的，本发明还提出一种制备弹性亲水不织布的方法，其步骤包括：形成母粒，以3至30重量份的亲水助剂、及70至97重量份的氢化的苯乙烯类三嵌段共聚物为原料搅拌混合成母粒，亲水助剂包括聚乳酸及聚醋酸乙烯酯；将母粒熔化成熔融体；及对熔融体执行熔喷加工，使得熔融体经过纺口挤压之后形成要制备弹性亲水不织布的纤维。
附图说明
14.图1为根据本发明所披露的技术，表示弹性亲水不织布的制备方法流程图；及
15.图2为根据本发明所披露的技术，表示对于组成物母粒进行熔喷加工的示意图。
具体实施方式
16.为了对于本发明之结构目的和功效有更进一步之了解与认同，兹配合图示详细说明如后。以下将参照图式来描述为达成本发明目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举之实施例仅为辅助说明，本案之技术手段并不限于所列举图式。
17.本发明为了制作具弹性的面膜，且面膜的纤维表面具有亲水性，使用聚烯烃系弹性共聚物与亲水助剂作为原料，室温搅拌混合成组成物母粒，将组成物母粒经由熔喷加工而形成的纤维丝收集成网，分切成条状的不织布。基于面膜适用的不织布，聚烯烃系弹性共聚物可以采用氢化的苯乙烯类三嵌段共聚物，以aba来表示，其中a表示单烯基芳烃嵌段，且b表示共轭二烯嵌段。典型的aba嵌段共聚物可为例如sbs、sis、s-eb-s。较佳地，本发明所采用的氢化的苯乙烯类嵌段三共聚物是选择性氢化的单烯基芳烃-共轭二烯烃-单烯基芳烃；单烯基芳烃较佳为苯乙烯，共轭二烯烃较佳为1,3-丁二烯、1,4-丁二烯或1,2-丁二烯等之丁二烯。通常用于共轭二烯之氢化可经由先前技术中已知之若干氢化或选择性氢化制程中任一项进行。
18.在一较佳实施例中，在诸如sbs之苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的情况下，共轭二烯嵌段之选择性氢化将sbs转化成s-eb-s。含有1,4-加成及1,2-加成单体单元两者之丁二烯嵌段之氢化产生乙烯/丁烯结构且称作eb，eb为氢化聚丁二烯嵌段，s为聚苯乙烯嵌段。也就是说，较佳的聚烯烃系弹性共聚物为苯乙烯、乙烯、丁二烯所组成的氢化的苯乙烯类三嵌段共聚物(简称s-eb-s)。详细来说，聚烯烃系弹性共聚物为以聚苯乙烯为末端段、及以丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段所组成的线性三嵌段共聚物。通过采用特定环氧值的环氧脂肪酸酯和/或环氧稀释剂作为偶联剂，控制s-eb-s的支化结构和分子量分布，有助于改善s-eb-s的可塑性，进一步提高s-eb-s的耐曲折和流动性。
19.在一较佳实施例中，较佳的苯乙烯-乙烯/丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的分子式为式(1)所表示：
20.21.其中，x为150-240，y、z为60-300。在100重量份的组成物母粒中，此s-eb-s占组成物母粒的总量较佳为70至97重量份；低于70重量份会导致面膜的弹性不足，高于97重量份会导致过于疏水。
22.嵌段共聚物的「分子量」是指嵌段共聚物的表观分子量或数均分子量(mn)，采用凝胶渗透色谱法(gpc)使用聚苯乙烯校准标准物(使用类似于astm d5296中描述的方法)测量。「数均分子量」也称为「苯乙烯当量分子量」或「表观分子量」。而在gpc迹线的峰值处测量的分子量通常称为“苯乙烯当量峰值分子量”。使用峰位置，因为峰值分子量(mp)和数均分子量之间的差异通常非常小。当聚合物的苯乙烯含量和二烯链段的乙烯基含量已知时，苯乙烯当量分子量可以转化为真实分子量。而gpc使用聚丁二烯校准标准物测量时，丁二烯当量分子量与丁二烯当量峰值分子量亦同前述。当藉助gpc管柱溶析之聚合物之组成与聚苯乙烯之组成不同时，表观分子量与绝对或真实分子量不同。s-eb-s的聚苯乙烯端嵌段的峰值分子量为16至25kg/mol，其聚丁二烯嵌段的峰值分子量为5至26kg/mol，s-eb-s的数均分子量较佳为40至80kg/mol，且更佳为45至70kg/mol，且最佳为50至60kg/mol。另外，s-eb-s在230℃下、2.16kg压力下，具有合适的熔融指数(mi)为50-100g/10min，较佳为65-100g/10min，且更佳为75-100g/10min。
23.本发明使用熔喷加工将聚烯烃系弹性共聚物与亲水助剂均匀混合的组成物母粒制成不织布纤维，能使亲水助剂内含于每一纤维中，而使得每一纤维的整体都能够吸水，因此本发明弹性亲水不织布可以提升吸收美容液及精华液的效果，每一纤维在吸收水分膨胀后，在使用者敷脸的过程中，随着水分的蒸发而逐渐收缩并拉提肌肤产生紧致肌肤的效果。为了充分发挥亲水性，在100重量份的组成物母粒中，亲水助剂较佳为3至30重量份。亲水助剂为具有亲水官能基的聚合物，较佳为具生分解性的聚乳酸、聚醋酸乙烯酯；聚醋酸乙烯酯还具有弹性及水解性佳。但是添加高于30wt％的亲水助剂，会使不织布纤维过于硬脆，不织布的伸长能力也会下降。亲水助剂至少包括50wt％-80wt％的聚乳酸及20wt％-50wt％的聚醋酸乙烯酯，以提供最佳成分配方比例，使不织布纤维在弹性与亲水性之间取得平衡。且透过将组成物母粒温熔化成熔融体的熔融指数调控在50-100g/10min之范围，能提供具有微米级直径的不织布纤维，详细来说经熔喷加工可得到均匀的纤维直径为2μm至20μm。此外，透过限定如前所述的成分使用量之技术手段，还能使制成的面膜兼具适当的弹性与柔软性。适当的弹性能允许本发明的不织布提供肌肤一定的拉提力道，充分发挥紧致肌肤的作用，而适当的柔软性，则能让本发明的不织布服贴于使用者的肌肤，为肌肤带来较佳触感。
24.本发明制备弹性亲水不织布的方法是采用熔喷加工，请参考图1及图2，图1为弹性亲水不织布的制备方法流程图，图2为对于组成物母粒进行熔喷加工的示意图，首先如图1所示，其步骤包含：
25.步骤s1：形成组成物母粒，以3至30重量份的亲水助剂、及70至97重量份的s-eb-s为原料，在室温下搅拌混合成组成物母粒。亲水助剂包括50wt％至80wt％的聚乳酸及20wt％至50wt％的聚醋酸乙烯酯。
26.步骤s2：形成熔融体并挤压入料，将组成物母粒以200℃至250℃高温熔化成熔融体。如图2所示，熔融体10经挤压机压出后，由齿轮泵1打入纺口模具2内，再进入纺口模具2的喷丝口3中，此时的入料温度较佳为150℃至160℃，纺口模具的温度200℃至230℃。挤压机的挤压吐出量为100至50,000ml/min。
27.步骤s3：以熔喷方式经由纺口挤压而形成纤维丝，藉由高速热空气10持续灌入纺口模具2后，以第一加工温度200℃至230℃加热；并藉由喷丝口3周围排出的高速热气流作用，迫使熔融体10从喷丝口3中被熔喷挤压出外部而拉伸形成均匀的纤维丝，以第二加工温度250℃至270℃为熔喷挤压的温度。制程参数如下，高速热空气10吹出的风速为30m/sec，风压为0.5mpa，风温为250℃至300℃。
28.步骤s4：将熔喷后的纤维丝吹向输送带，并在输送带4(参见图2)上堆积形成厚度为0.3mm至2.5mm的纤维网状结构5，以便于分切成各式形状的不织布。
29.以下提供实验例1、2及比较例1、2的样品进行下述多项物理性测试，将所得的测试结果表示于表1。首先提供各样品所含的s-eb-s弹性体制备示例的合成例。
30.拉伸能力测试
31.根据cns 14821医疗用非织物拉伸能力试验法，将各试例样品使用纺织品拉伸试验机进行抗拉伸量测，织物的弹性是基于受拉力所致的伸长率作为判断要因。其伸长率以百分比(％)表示，代表受拉力后的长度相对于原始长度的百分比。当所呈现之数值超过100％越多，代表织物的弹性越佳；反之，数值超过100％不多，则代表织物的弹性不明显。上述的cns14821为本技术领域的技术人士所熟知非织物的物性标准测试方法，在此不多加叙述其测试的步骤和流程。纺织品拉伸试验机的操做参数如下：取45gsm不织布样品，样品的尺寸大小为2.5公分x15公分，夹距为7.5公分，拉速为300mm/min，纵向拉力为0.5公斤力(kgf)、横向拉力为0.388公斤力(kgf)。
32.吸湿转移性能测试
33.包括接触角、吸水时间及液体通透量等三项测试，其中，各试例样品是选择以纤维面，来进行接触角、吸水时间及液体通透量的测试。
34.接触角测定
35.通过对接触角的研究，可获得固液分子相互作用的信息，由于接触角大小与湿润性成反比，故可以判断液体与织物表面之湿润性的关系；若织物表面为强亲水性(即高吸水性)，则在织物表面上的液滴，因受到织物表面的作用力甚强，其液滴会完全地贴平在织物表面上，故对水的接触角约为0度或接近180度；反之，若织物表面为强疏水性(即低吸水性)，则在织物表面上的液滴，因受到固体表面的作用力极弱，故对水的接触角为90度左右。
36.浸润时间量测
37.织物为达成干爽舒适之接触效果，应具备吸收液态水分并能将该液态水分迅速传导远离皮肤之功能，故量测织物吸水时间的长短，便可得知其对水分转移能力的快慢。将各试例样品目视吸水后表面湿润的时间记录下来(作为浸润时间)，并计算出各项液态水分传导性能的数值指针后，以便用来评估织物的吸湿性能。当浸润时间越短表示水分转移能力越快，并能保持疏水层表面的干燥性；反之，当浸润时间越长表示水分转移能力越慢，而不能保持疏水层表面的干燥性。实际操作为将各试例样品裁剪成10公分x10公分，添加足量的水使样品浸泡在水中，观察且纪录布面的浸润时间。
38.液体通透量量测
39.采用已完全被水浸润的各实施例样品，将其折成滤杯状，架设于漏斗之上，漏斗放置于量杯中，在漏斗上添加足够量的水，若测试样品能使水分通过，水将会往下流动被收集于烧杯内，在经由量测烧杯中水的量(ml)，即可用来判别样品的液体通透能力。以各试例样
品在一定时间中水能通透的量来判断，若水量多表示样品的液体通透能力佳，反之则越差。通透时间皆为一小时，通过的水量以量筒做计算。
40.首先提供各样品所含的s-eb-s弹性体制备示例的合成例。
41.s-eb-s合成例
42.自由基聚合反应：向磁力回转搅拌的不锈钢加氢反应釜中加入2000g环己烷、1500g正己烷的有机溶剂、与1.75g四氢呋喃，搅拌均匀，加入100g苯乙烯进行活化反应，然后加入1.75g正丁基锂(有效成分20wt％)作为引发剂(占苯乙烯和丁二烯总质量的0.07-0.25％)，在40℃-55℃，0.1-0.5mpa的条件下进行聚合反应，生成聚苯乙烯链段。
43.扩链反应：向得到的聚苯乙烯链段加入占苯乙烯与丁二烯总质量10-30％的丁二烯(200g)，在70℃-85℃下进行扩链反应，生成聚苯乙烯-聚丁二烯链段；加入少量的叔丁氧基钾调节剂(占有机溶剂质量的0.005-0.1％)，搅拌均匀，再同时加入125g苯乙烯和125g丁二烯(分别占苯乙烯与丁二烯总质量10-30％)，在70-95℃，0.2-0.5mpa的条件下反应成长链。再加入占苯乙烯与丁二烯总质量10％-30％的丁二烯(75g)，在70℃-95℃，0.2-0.5mpa的条件下反应成长链。
44.偶联反应：加入少量环氧脂肪酸甲酯(分子量为312，环氧值为0.65，此偶联剂与引发剂的摩尔比为0.1-0.5:1)，在85℃-90℃，0.2-0.5mpa的条件下进行尾端偶联反应，得到线型与支化型聚合物混合胶液。
45.终止反应：向得到的混合胶液中加入少量的乙醇(与引发剂的摩尔比为1-1.2:1)，在70℃-80℃下进行终止反应，得到sbs胶液。
46.氢化反应：向得到的sbs胶液加入0.25g钛酸二丁酯、0.005g六甲基磷酰三胺，混合均匀，然后向反应釜中通入氢气，保持氢气压力在1.5-4mpa，在70℃-90℃下对sbs胶液进行加氢反应，即可得到s-eb-s胶液，泄压后向s-eb-s胶液中加入抗氧化剂(irganox 1076与w95以重量比2:1混合)，蒸发、萃取、脱水挥发，并切粒，得到s-eb-s弹性体。聚丁二烯嵌段的峰值分子量为12kg/mol，聚苯乙烯端嵌段的峰值分子量为21kg/mol，而s-eb-s弹性体的数均分子量为54kg/mol，其熔融指数为(在230℃下、压力2.16kg下)为85g/10min，苯乙烯率(psc)为30％，玻璃转化温度为70℃。
47.实施例1
48.取95公斤s-eb-s弹性体与5公斤亲水助剂作为原料，在室温下搅拌混合成组成物母粒；亲水助剂包括20wt％的聚乳酸及80wt％的聚醋酸乙烯酯。将组成物母粒温熔化成熔融体(mi为50-100)，并对熔融体执行前述熔喷加工以制备得到实验例1的不织布样品。熔喷加工是将熔融体10的入料温度设为150℃，纺口模具2的温度设为210℃，熔融体进入纺口模具2后的第一加工温度设为200℃，从喷丝口3被熔喷挤压的第二加工温度设为250℃，热空气的风压为0.5mpa，风速为30m/sec，风温为250℃。实验例1的不织布样品的纵向伸长率为300％、横向伸长率为210％，接触角为120度，浸润时间为40分钟，液体通透量为60ml/hr。以电子显微镜观察得到实验例1的不织布样品的纤维直径为2-10um的微米级。
49.实施例2
50.取90公斤s-eb-s弹性体与10公斤亲水助剂作为原料，在室温下搅拌混合成组成物母粒；亲水助剂包括20wt％的聚乳酸及80wt％的聚醋酸乙烯酯。将组成物母粒温熔化成熔融体(mi为50-100)，并对熔融体执行前述熔喷加工以制备得到实验例2的不织布样品。熔喷
加工是将熔融体10的入料温度设为150℃，纺口模具2的温度设为210℃，熔融体进入纺口模具2后的第一加工温度设为200℃，从喷丝口3被熔喷挤压的第二加工温度设为250℃，热空气的风压为0.5mpa，风速为30m/sec，风温为250℃。实验例2的不织布样品的纵向伸长率为226％、横向伸长率为210％，接触角为112度，浸润时间为20分钟，液体通透量为100ml/hr。以电子显微镜观察得到实验例2的不织布样品的纤维直径为2-10μm的微米级。
51.比较例1
52.取95公斤s-eb-s弹性体与5公斤亲水助剂作为原料，在室温下搅拌混合成组成物母粒；亲水助剂包括20wt％的聚乳酸及80wt％的聚醋酸乙烯酯。将组成物母粒温熔化成熔融体(mi为50-100)，并对熔融体执行前述熔喷加工以制备得到比较例1的不织布样品。熔喷加工是将熔融体10的入料温度设为200℃，纺口模具2的温度设为250℃，熔融体进入纺口模具2后的第一加工温度设为240℃，从喷丝口3被熔喷挤压的第二加工温度设为280℃，热空气的风压为0.5mpa，风速为30m/sec，风温为250℃。比较例1由于熔喷加工的温度较高，导致不织布样品过硬而脆化，且具有团块，则无法做拉伸能力测试。接触角为128度，浸润时间为75分钟，液体通透量为10ml/hr。以电子显微镜观察得到比较例1的不织布样品的纤维直径为微米级，其范围为2-8μm。
53.比较例2
54.取50公斤s-eb-s弹性体与50公斤亲水助剂作为原料，在室温下搅拌混合成组成物母粒；亲水助剂包括20wt％的聚乳酸及80wt％的聚醋酸乙烯酯。将组成物母粒温熔化成熔融体(mi为50-100)，并对熔融体执行前述熔喷加工以制备得到比较例2的不织布样品。熔喷加工是将熔融体10的入料温度设为150℃，纺口模具2的温度设为210℃，熔融体进入纺口模具2后的第一加工温度设为200℃，从喷丝口3被熔喷挤压的第二加工温度设为250℃，热空气的风压为0.5mpa，风速为30m/sec，风温为250℃。比较例2的不织布样品的纵向伸长率为114％、横向伸长率为108％，接触角为98度，不织布与水接触后浸润时间为不到1分钟，且液体将会直接通透。以电子显微镜观察得到比较例2的不织布样品的纤维直径为为微米级，其范围为2-10μm。
55.表1
[0056][0057]
以熔喷加工的温度条件相同而组成成分不同的实验例1、实验例2、及比较例2来看，实验例1、实验例2的组成物母粒含有90wt％以上的s-eb-s弹性体，可制备得到伸长率2-3倍的弹性不织布，且由接触角数据来看是具亲水性的不织布；所需的浸润时间相对较快，每小时的液体通透量较多，显示整体的吸湿转移性能优异。而比较例2的组成物母粒含有较少的s-eb-s弹性体，明显的伸长率变差，就算含有较多的亲水剂，由接触角数据来看仍未优于实验例1、实验例2，所需的浸润时间相对较长，每小时的液体通透量较少，显示比较例2的吸湿转移性能不够优异。于熔喷加工的温度调整方面，虽然比较例1的组成物母粒成分与实验例1相同，由于入料温度、第一加工温度、第二加工温度都较高，而导致外观不合格具有团块，过硬而脆化。另外，实验例1、实验例2、比较例1、比较例2的组成物母粒皆调控在50至100g/10min的熔融指数，因此可制备得到较均匀且细度高的纤维直径。
[0058]
本说明书所述内容仅为举例性，而非为限制性者。同时以上的描述，对于相关技术领域中具有通常知识者应可明了并据以实施，因此其他未脱离本发明所披露概念下所完成之等效改变或修饰，应均包含于申请专利范围中。