一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和棉纤维的表层材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料，该表层材料由聚乳酸纤维和棉纤维制成，本发明还涉及该表层材料的制备方法。本发明提供的表层材料具有抑菌、除异味、柔软舒适、导流好的特点，且丢弃后可堆肥降解，是制作一次性卫生用品表层的理想材料，亦是一种具有全新理念的卫生用无纺表层材料，具有非常好的市场前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一次性卫生用品材料，具体涉及一种可堆肥降解含聚乳酸和棉纤维的表层材料及其制备方法。 

背景技术

卫生棉，亦称卫生巾，是一种具吸收力的物质，主要的材质为棉状纸浆和高分子吸收体，用来吸收女性月经来潮时，自阴道流出的经血。 

卫生棉的构造可分为表层、吸收芯、底层和各层材料之间用热熔胶相粘结，其中：表层是直接与肌肤接触的部分，其材质必需要柔软，表面的织法和压痕决定经血的吸收不回渗的效果。PE（聚乙烯）打孔膜表层和棉质表层是最常用的两种材质，PE表层加上微孔设计，能让经血不易回渗，让使用者有干爽的感觉，但是材质较硬，部分使用者会引起过敏反应；由于棉质吸收力设计改善，已经逐渐高于PE表层的卫生棉。内层的主要是棉、不织布、纸浆或以上材质复合物所形成的高分子聚合物和高分子聚合物复合纸，用来吸收流出的经血，侧边的设计主要用来防止侧漏。 

目前，卫生巾、护垫等一次性卫生材料的使用量巨大，年产这类垃圾超过550万吨，已经成为仅次于报纸和食品饮料包装的第三大垃圾源。因此，改变现有产品中所用材料，使之丢弃掩埋在地下后，经过一定的时间能够产生降解，从而减少对环境的污染，非常必要。 

目前市场上的普通型卫生巾主要由三层组成，由顶层到底层的顺序排列是：表层、吸收芯层和背层。表层所用材料要求柔软、不刺激皮肤，还要使体液快速渗透下去；吸收芯层由绒毛浆加超吸收树脂组 成，用于大量贮存液体；背层主要是透气薄膜，主要防止体液的渗出，起到隔离的作用。通常表层材料的吸液率达到700%算比较理想的材料。 

全棉水刺无纺布是由原棉经除去夹杂物，脱脂、漂白、洗涤、干燥、整理加工制成，具有手感好，吸水性强，保湿性能好，湿强高，不产生静电，无致敏，100%自然分解，生态环保等优点。用全棉水刺无纺布做卫生材料的表层，具有卫生、安全、健康，透气性好，更为人性化等诸多优点，因此，很多新型产品采用全棉水刺无纺布作为表层，以充分利用其优良特性。 

现有部分卫生巾、纸尿裤、护垫等一次性卫生用品是由全棉水刺无纺布制备，如： 

CN200920099064.6介绍一种具有脱脂棉布面表层的卫生巾，目的是为解决现有的卫生巾使用亲水性无纺布，主要解决其一方面对皮肤不利，另一方面无纺布透气性较差，对于人体的肌肤有不舒适的感觉。 

CN02209692.2介绍一种脱脂棉卫生巾，底层为塑料防水层，中层为医用脱脂棉层，上层为医用纱布层，底层、中层、上层的边缘轮廓采用机制线棉线缝合在一起。由于采用医用纱布作为表层，其线体网格状结构非常柔软，对皮肤的摩擦较小，给人非常舒适的感觉。 

CN200520143315.8涉及一种能够全部降解处理的卫生垫，降解木浆纸位于降解防水木浆纸上，降解水刺无纺布位于降解木浆纸上且与降解防水木浆纸复合，降解水刺无纺布由棉纤维组成。 

虽如上所述，采用全棉无纺布做卫材表层也存在明显不足： 

1、由于采用的棉纤维是棉花经脱脂、脱蜡、除杂等工艺而制成，因而非常清洁和干净，没有了外界的任何保护层，因此全棉无纺布比较容易生霉和滋生细菌，特别是在潮湿环境和经过长期存放是时候更是如此； 

2、因棉纤维表层不含有了脂肪和蜡质，有很好的亲水性，做表层虽可吸收大量液体，但并不能很快将液体导流或排出去，不仅人体长时间处于非常潮湿的环境感觉不舒服，而且该卫生用品也非常容易产 生细菌。 

因而，有必要开发一种完全降解的含棉无纺布表层材料，通过在现有纯棉无纺布中添加新型原料，增加其导流、抑菌和透气等性能。 

本专利针对卫生表层材料而进行，特别是针对现有纯棉无纺布制作的一次性卫生表层材料存在的不足以及其它不可降解的卫生材料而进行。 

现有含聚乳酸纤维的的表层材料有以下报道： 

CN200810238171.2公开了一种采用了环保玉米聚乳酸纤维与棉纤维混纺生产的毛巾产品，制得的毛巾产品在实现了吸水性、良好的亲肤性能、手感舒适的基础上，还达到了绿色环保的要求。 

CN200910045193.1公开了一种绿色可完全降解型保暖材料及其生产方法，其组分重量比为：木棉纤维40-60份、聚乳酸双组分纤维10-40份、聚乳酸中空纤维15-40份；经抓棉、混棉、称重、开松、机械梳理、杂乱成蓬松的三维立体网状结构纤维网后，首先经过预先针刺，然后再经热熔定型、冷却、卷绕等工序而成的。 

CN200810004422.0、CN200810004421.6和CN200810160962.8分别公开了一种玉米聚乳酸纤维卫生巾、玉米聚乳酸纤维尿不湿和玉米聚乳酸纤维尿不湿裤芯，本发明卫生巾集合了聚乳酸纤维制品与水刺非织造布的优点，手感柔软、均匀具有良好的透气性、吸水性、亲肤性，产品具有优良的抗菌性、抑菌和防霉性，并可完全生物降解性。 

CN200810004420.1公开了一种玉米聚乳酸短纤维水刺面膜材料，本发明水刺面膜材料集合了聚乳酸纤维制品与水刺非织造布的优点，手感柔软、均匀具有良好的透气性、吸水性、亲肤性，产品具有优良的抗菌性、抑菌和防霉性，并可完全生物降解性。 

CN200920067120.8公开了一种可完全生物降解的尿不湿面层材料，其由上下层纤网合为一体形成，上层纤网的孔隙大，下层纤网的孔隙小，使沿其厚度方向形成的孔隙形状为锥形，形成上大下小的梯度结构。所述的上层纤网为聚乳酸双组分纤维网，下层纤网为木棉纤 维网。 

现有的卫生巾或卫生护垫中所用的表层材料采用100%聚乳酸纤维或聚乳酸纤维与木棉纤维或100%脱脂棉纤维等制成，其中的木棉纤维成本较高，且纤维细短，强力较低，由于采用的是聚乳酸双组分纤维，即纤维表层熔点较低，芯层熔点较高，在制备过程中采用热轧方法时，在热辊轧压的作用下，表层低熔点聚乳酸纤维容易因软化而被压扁，从而将纤维之间的孔隙封死，在表层材料中并不能够真正形成上大下小的孔隙，从而影响液体的向下流动。 

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具良好导流、吸湿和阻隔性的聚乳酸/脱脂棉表层材料。 

本发明提供一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料，由以下成分制成：聚乳酸纤维和棉纤维。 

优选地，本发明所述的表层材料，由以下重量份的成分制成：聚乳酸纤维20-50份、棉纤维50-80份。 

进一步优选，本发明所述的表层材料，由以下重量份的成分制成：聚乳酸纤维30-50份、棉纤维50-70份。 

上述表层材料中： 

所述重量份可以是μg、mg、g、kg等医药领域公知的重量单位； 

所述棉纤维，其平均线密度为1.5-4dtex，平均长度为15-65mm，所述棉纤维为细绒棉、长绒棉、粗绒棉或精落棉中的一种或两种； 

所述聚乳酸纤维是由100%聚乳酸或聚乳酸的共聚物构成，纤维线密度为3.5-6.6，长度为38-65mm；所述聚乳酸或聚乳酸的共聚物优选为乳酸单体均聚物（重均分子量8-30万）、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（重均分子量8-30万）、聚乳酸-聚乙二醇共聚物（重均分子量8-30万）或聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物（重均分子量8-30万）； 

本发明提供的表层材料由以下方法制备： 

1）将聚乳酸纤维和棉纤维按照配比开松、混合、梳理，交叉铺网，牵伸，然后进行水刺加固，挤压排水后卷成布卷； 

2）对布卷进行脱脂，漂白，烘干即得。 

上述方法中： 

所述步骤1）中： 

所述水刺加固方法是采用三道水刺加工，水压分别设定为：25-50bar、80-100bar、100-120bar。 

所述步骤2）中： 

所述脱脂漂白是对挤压排水后的布卷进行的，主要通过练漂液和复漂液实现的； 

所述练漂液由碱、双氧水、双氧水稳定剂和渗透剂按照重量比为1-25：1-25：1-10：1-19组成，优选重量比为4-7：6-8：5-7：2-4；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸氢钠或碳酸钠中的一种或两种；所述的渗透剂为拉开粉、平平加O（烷基聚氧乙烯醚）、JFC（脂肪醇聚氧乙烯醚）或烷基磺酸钠中的一种或两种；所述双氧水稳定剂为硅酸钠、α-羟基丙烯酸聚合物、多聚磷酸钠、三乙醇胺或羟基乙叉二膦酸中的一种或两种。 

所述复漂液由碱、双氧水和双氧水稳定剂三种成分按照重量比为1-19：1-18：0.5-15组成，优选重量比为3-5：1.9-5：1-4；所述碱为氢氧化钠、碳酸氢钠或碳酸钠中的一种或两种；所述双氧水稳定剂为硅酸钠、α-羟基丙烯酸聚合物、多聚磷酸钠、三乙醇胺或羟基乙叉二膦酸中的一种或两种。 

所述脱脂漂白是采用练漂液和复漂液进行的，第一道练漂液，煮练温度为60-250℃，优选为90-110℃；浴比为1：5-40（指表层材料与练漂液的重量比），优选为1：15-20，练漂时间30-120分钟，优选为70-100分钟；第二道复漂液的煮练温度为60-210℃，优选为90-110℃，浴比为1：5-40（指表层材料与复漂液的重量比），浴比优选为1：15-20，复漂时间为30-100分钟，优选为60-90分钟。 

本发明还提供了上述材料的制备方法，包括以下步骤： 

1）将聚乳酸纤维和棉纤维经开包机喂入、开松、混合、梳理、交叉铺网、牵伸，然后经水刺加固和挤压排水后卷成布卷；； 

3）对布卷脱脂，漂白，烘干即得。 

经上述工艺后，最终获得克重为20-80克/平米的聚乳酸/棉纤维成品。可根据现有卫生棉或一次性卫生用品的长、宽进行剪裁。 

本发明提供的可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料及其制备方法具有以下优点： 

1、棉纤维是一种天然纤维，柔软、吸湿、透气、亲肤性好，因而，现在市面上的高档卫生巾部分采用了脱脂棉作为面层材料。脱脂棉是对普通的棉纤维经脱脂、脱蜡、除杂等工艺而制成，非常柔软洁白、吸湿性好，清洁和干净，但却存在脱脂棉无纺布比较容易生霉和滋生细菌，特别是经过长期存放更是如此； 

而聚乳酸纤维由于纤维表面呈弱酸性，表现出良好的抑菌性，并有除异味功能，纤维级的聚乳酸具有良好的功能和使用性能，其强伸特性与聚酯纤维相近；且提取自植物的聚乳酸纤维有取之不尽的原料供应量，可部分取代日渐短缺的棉、毛和丝等天然纤维，因而应用领域广泛。但是100%聚乳酸纤维直接生产卫材表层用无纺布有难度，必须与其它纤维混合或对聚乳酸纤维进行预处理才能进行高速和批量化生产，以适应工业化制备卫生材料的需要。 

发明人将聚乳酸纤维与棉纤维混合制备成的一次性卫生材料更能体现聚乳酸纤维本身独有的降解特性，充分发挥其绿色、环保和低碳的功效，也能将脱脂棉的优点发挥出来。 

本发明提供的表层材料由聚乳酸纤维和棉纤维组成，由于聚乳酸纤维吸湿性较差（0.4%），但其导湿性好，此外，特别选用了细度较大的聚乳酸纤维，能够将沉在表面的液体快速沉积并疏导到下层吸收材料中，对液体起到了一个良好的导流作用；同时，表层中的棉纤维经脱脂后，柔软、洁白、吸湿透气性好，给人体提供了良好的舒适透 气性，将进一步有助于液体的下流，并阻止下层液体的反渗和侧漏。本发明提供的表层材料将聚乳酸纤维和脱脂棉纤维的优点充分发挥出来，表层聚乳酸纤维小分子提供的弱酸性，给人体提供了良好的抑菌、除异味和导流性能；而脱脂棉纤维通过提供柔软、舒适和吸湿透气性，使表层材料具有更好的亲肤性，阻止反渗和侧漏，除此之外，整体材料可堆肥降解，进一步解决了现有卫生材料不能降解而给环境带来的不堪重负。 

2、制备方法： 

本发明中采用聚乳酸纤维和棉纤维经开松、混合、梳理，交叉铺网，牵伸。然后经水刺加固并挤压排水，卷成布卷，对布卷进行脱脂，漂白和烘干而成。 

由于没有采用对棉纤维进行脱脂漂白的工艺，而是直接制成无纺布然后再脱脂漂白，这样棉纤维的强力没有受到损伤，所制成的无纺布强力好且生产质量好控制； 

其次通过将水刺加固制成的无纺布没有进行烘干，将水挤压掉后直接进行漂白脱脂，缩短了工艺流程，节省了能源； 

再次在制备过程中采用了特殊设计的脱脂漂白方法，由于聚乳酸纤维是以乳酸作为主要单体聚合而成，对外界的碱性化学品特别敏感，对工艺和化学药品用量选择不当，都将使聚乳酸纤维强力降低。 

因此，通过工艺和脱脂漂白配方的合理搭配，在对棉纤维进行漂白脱脂获得更加柔软和良好吸湿性脱脂棉纤维的同时，对聚乳酸纤维也没有损伤，同时也使聚乳酸纤维得到了漂白，因而最终产品洁白、柔软而富有良好的光泽和弹性。 

3、本发明提供的表层材料具有抑菌、除异味、导流、吸湿透气及可堆肥降解的特点，是制作一次性卫生用品表层的理想材料，亦是一种具有全新理念的卫生用无纺表层材料，具有非常好的市场前景。 

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

棉纤维和聚乳酸纤维的来源的描述，不应构成对本发明内容的限定，其中： 

棉纤维购自安徽华茂纺织股份有限公司； 

聚乳酸纤维，其中乳酸单体均聚物、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚乳酸-聚乙二醇共聚物或聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物可在市场上购买，厂家如马鞍山同杰良生物材料有限公司。 

实施例1：一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料 

1、原料：聚乳酸纤维与棉纤维的重量比为3：7，其中： 

棉纤维选用精落棉纤维，其平均线密度为1.65dtex，平均长度为20mm；聚乳酸纤维为乳酸单体均聚物，其线密度为5.5dtex，长度为61mm。 

2、制备方法： 

1）按照配比将聚乳酸纤维和精落棉纤维通过喂棉机喂入，经过开松、混合、梳理，交叉铺网，牵伸，然后采用水刺加固，三道水刺的水压设定分别为：25bar、80bar、100bar，挤压排水，卷绕成布卷； 

2）将步骤1）得到的布卷脱脂漂白，分为以下步骤： 

第一道漂白中，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与练漂液的浴比为1：20，练漂液的组成及用量：碱为氢氧化钠和碳酸氢钠混合使用，重量比为1:4，合计用量为4g/L，双氧水6g/L，双氧水稳定剂硅酸钠5g/L，渗透剂平平加O2.3g/L，煮练温度105℃，煮练时间70分钟； 

第二道漂白，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与复漂液的浴比为1：15，复漂液的组成及用量：氢氧化钠用量为3g/L，双氧水用量3.5g/L，双氧水稳定剂硅酸钠3g/L，复漂液，煮练温度110℃，煮练时间65分钟。 

3）经烘干后，最终得克重为40克/平米的聚乳酸/精落棉无纺布成品。 

实施例2：一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料 

1、原料：聚乳酸纤维与棉纤维的重量比为4：6，棉纤维为长绒棉，其平均线密度为2.2dtex，平均长度为38mm；聚乳酸纤维为聚乳酸-聚乙烯醇嵌段共聚物，其线密度为4.4dtex，长度为55mm。 

2、制备方法： 

1）按照配比将聚乳酸纤维和棉纤维通过喂棉机喂入，经过开松、混合、梳理，交叉铺网，牵伸，然后 

采用水刺加固，三道水刺的水压设定分别为：：30bar、90bar、110bar，挤压排水，卷绕成布卷； 

2）将步骤1）得到的布卷脱脂漂白，分为以下步骤： 

第一道漂白中，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与练漂液的浴比为1：15，练漂液的组成及用量：碱为氢氧化钠和碳酸钠混合使用，重量比为1:3，合计用量为6g/L，双氧水8g/L，双氧水稳定剂多聚磷酸钠6g/L，渗透剂烷基磺酸钠4g/L，煮练温度90℃，时间为100分钟； 

第二道漂白，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与复漂液的浴比为1：15，复漂液的组成及用量：碳酸钠用量为4g/L，双氧水用量为1.9g/L，双氧水稳定剂α-羟基丙烯酸聚合物用量2g/L，煮练温度90℃，煮练时间为90分钟。 

3）经烘干后，最终得克重为50克/平米的聚乳酸/精落棉无纺布成品。 

实施例3：一种可堆肥降解的含聚乳酸纤维和脱脂棉的表层材料 

1、原料：聚乳酸纤维与棉纤维的重量比为5：5，其中棉纤维为细绒棉，其平均线密度为1.65dtex，平均长度为33mm；聚乳酸纤维为聚乳酸-聚乙二醇共聚物，其线密度为6.6dtex，长度为65mm。 

2、制备方法： 

1）按照配比将聚乳酸纤维和棉纤维通过喂棉机分别喂入，经过开松、混合、梳理，交叉铺网，牵伸，然后采用水刺加固，三道水刺的水压设定分别为：50bar、100bar、120bar，挤压排水，卷绕成布卷； 

2）将步骤1）得到的布卷脱脂漂白，分为以下步骤： 

第一道漂白中，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与练漂液的浴比为1：20，练漂液的组成及用量：碱为氢氧化钠和碳酸钠混合使用，重量比为1:3，合计用量为6.5g/L，双氧水8g/L，双氧水稳定剂硅酸钠7g/L，渗透剂JFC3g/L，煮练温度100℃，时间为100分钟； 

第二道漂白，聚乳酸纤维和精落棉纤维合计与复漂液的浴比为1：15，复漂液的组成及用量：氢氧化钠用量为5g/L，双氧水用量5g/L，双氧水稳定剂多聚磷酸钠2.5g/L，煮练温度为110℃，煮练时间为80分钟。 

3）经烘干后，最终得克重为80克/平米的聚乳酸/精落棉无纺布成品。 

对比例1：尿不湿的面层材料 

参考200920067120.8的实施例，其中上层纤网为聚乳酸纤维，其密度为2.2dtex，长度为38mm；下层为木棉纤维，长度为16mm，平均线密度为0.9-1.2dtex。 

其制备方法见200920067120.8第六页下属第二段所示热轧的方法。 

实验例1：检测效果： 

1、对对比例1、市售普通卫生巾和本发明的实施例1-3进行比较，检测项目为吸液率、持液率和返渗量测试、堆肥降解率测试，具体测试方法如下： 

堆肥降解率：根据标准ISO14855:1999的方法和条件进行测试； 

吸液率、持液率和返渗量测试试样尺寸：100cm×100cm，以累计试样重量不小于1g为一个试样，称重精确至0.01g为原始质量。将试样浸渍在9%的生理盐水中，60s后取出试样，垂直悬挂，滴水120s后称重，作为吸水后的试样质量，其中： 

吸液率（%）=（试样吸水后质量-原始质量）/原始质量*100，作5次取平均值，结果保留一位小数； 

将上述滴水后的试样放在滤纸上，用重锤加压60s，后称其重量为m，最终持液率和返渗量的计算方法为： 

持液率（%）=（m-原始质量）/原始质量*100 

返渗量（%）=吸液率-持液率 

2、检测结果：见表1 

表1：堆肥降解率、吸液率、持液率和返渗量的比较 

  实施例1   实施例2   实施例3   对比例1   市场上普通的卫生巾   堆肥降解率(%)   92   95   94   90   58   吸液率（%）   992.6   1025.66   1569.45   652.36   568.9   持液率（%）   90.2   100.3   112.6   120.6   115.5   返渗量（%）   566.4   689.5   654.3   489.3   423.5

表1结果显示：在堆肥降解、吸液率、持液率和返渗量方面，实施例1-3的效果明显优于对比例和市场上的普通卫生巾。 

3、结论：本发明提供的表层材料效果明显优于现有产品。 

4、讨论： 

对比例1的表层材料由于采用复合上下两层纤网，且由于采用了双组分聚乳酸纤维，其皮层熔点较低，在热轧辊轧压下，材料中的孔隙基本被封死，将导致较差的导流性和透气性。 

而本发明提供的表层材料，由于聚乳酸纤维和棉纤维的合理配比、长细度的搭配以及特殊的脱脂漂白工艺的选择，赋予了表层材料良好的导流性、舒适透气性，对液体的反渗和抵抗回渗的性能好，且可堆肥降解，效果较优。 

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。