一种卫生用PLA复合无纺布及其制备方法
技术领域
本发明涉及无纺布生产领域，尤指一种卫生用PLA复合无纺布及其制备方法，主要应用于一次性卫生用品的面层材料。
背景技术
当前，全球资源环境危机日益严重，世界上无论是发达国家还是发展中国家都面临着自然资源短缺、环境污染严重等问题。随着经济的快速发展，人们生活水平逐渐提高，一次性卫生用品市场持续发展，人们对一次性卫生用品的要求也越来越高。消费者希望一次性卫生用品除了其基本功能之外，还希望一次性卫生用品能够更加安全、舒适且绿色环保。
目前，常见的一次性卫生用品的面层材料一般采用的是热风无纺布或者薄型的纺粘无纺布，其原料都是石油基的化学纤维，用于卫生用品时不可降解且原材料不可再生。
而聚乳酸(polylactide acid)是一种新型的生物降解材料(卫生用聚乳酸，下简称PLA)，是使用可再生的植物资源(如玉米、木薯等)所提出的淀粉原料制成。主要是将淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。由于聚乳酸原料来源充分且可再生，且其具有优异的生物相容性，亲肤，抗过敏，因而是理想的一次性卫生用品原料，然而由于其加工特性与现有技术中采用的石油基的化学纤维不同，因而不能直接替代上述石油基的化学纤维而采用现有的结构和加工工艺。为此申请号为CN 107928883 A的专利中提到的《一种PLA面层卫生巾》试图使用该聚乳酸作为原料，其面层采用的是20-50％的聚乳酸纤维，混合50-80％的粘胶纤维或20-50％聚乳酸纤维混合50-80％莱赛尔纤维制成，生产工艺采用的加固方式是水刺加固，且原料是混合的，需要控制比例，增加了工艺控制。其公开了一种PLA面层的卫生巾，包括自上而下依次层叠的面料层、导流层、吸收芯体、防护底膜、离型纸和包膜，上述相邻各层之间设置有结构胶，面料层为可降解聚乳酸混合纤维水刺无纺布，导流层为打孔热风无纺布或热轧无纺布。其仅仅在部分结构中掺入可降解聚乳酸混合纤维，而且面层与导流层之间还要借助结构胶，不但不环保，而且工艺复杂。
发明内容
为解决上述问题，针对现有技术的不足和市场上各类PLA无纺布制成品性能的不足，本发明主要目的在于，提供种适用于一次性卫生用品的可降解PLA无纺布及PLA复合无纺布，其可充分降解，且结构较为简单，能降低工艺复杂度，且提高产品的性能，再一目的是提供一种上述产品的制备方法及其设备。
本发明解决上述技术问题，提供了一种满足卫生用品要求的热风PLA复合无纺布。其包括上下两层，两层都为PLA热风无纺布，但两种PLA热风无纺布的规格不同。上层为与皮肤接触的面层材料，采用细度为1.5-2.0D、长度为30-38mm的PLA纤维，每平方米克重：16-26g/m2；下层为导流层材料，采用细度为4-6D、长度为38-64mm的PLA纤维，每平方米克重：18-20g/m2；上层无纺布先经特殊定制花辊压出凸起纹路，再将上下两层无纺布经过超声波沿凸起纹路边缘粘合牢固，得到可降解的复合面层材料。
其中较佳的是：
所述卫生用PLA复合无纺布上下两层无纺布都采用100％的聚乳酸纤维制成。
所述卫生用PLA复合无纺布上下两层采用的原料聚乳酸纤维是两种不同熔点的PLA形成的双组份皮芯结构。所述卫生用PLA无纺布是采用具有皮芯结构聚乳酸纤维进行梳理成网然后采用热风定型，其在热风定型时粘合过程主要分为热传递、流动、扩散以及加压冷却四个阶段。其皮层为低熔点的PLA，是一种非晶体结构，在熔化过程中没有固定的熔点，随着加热温度不断上升，在温度和压力的作用下先熔融一部分，同时伴随着高聚物的流动、扩散，使得纤维交叉点相互粘合在一起。而芯层的高光纯PLLA由于熔点较皮层高，所以当皮层熔融时仍能保持纤网的结构不变，起到了无纺布的骨架作用。经过冷却后，熔融的高聚物固化，形成点状的空间立体粘合结构，点状粘合结构既实现了纤维间的握持与稳定，又保留了较多的主体结构。
所述卫生用PLA复合无纺布采用皮芯结构的聚乳酸纤维外层为低熔点的PDLLA型聚乳酸，熔点为120℃-130℃。
所述卫生用PLA复合无纺布采用的聚乳酸纤维芯层为高光纯PLLA型聚乳酸，熔点为170-180℃。
所述的上层PLA无纺布采用的聚乳酸纤维规格为细度1.5-2D，长度30-38mm，制得的无纺布的克重为16-26g/m2。上层无纺布因为和人体皮肤直接接触，所以选择细旦纤维，可使产品细腻柔软，提高使用舒适度。
所述的下层PLA无纺布采用的聚乳酸纤维规格为细度4-6D，长度38-64mm，制得的无纺布的克重为18-20g/m2。选用粗旦纤维，可以使产品保持一定的蓬松度，提高无术布孔隙率，当液体从经上层无纺布渗透到下层后，既可快速渗透，也可以起到暂存液体的缓冲功能，增加产品的导流性，降低反渗。
所述卫生用PLA复合无纺布基材在开松过加工过程中增加了纤维分散棉箱装置。因为PLA纤维的玻璃化温度仅有58-60℃，因此在开松梳理过程中，受挤压后强开松或梳理摩擦极易粘结成小块，粘附在辊子表面或混杂在纤网中。为了减少对纤维的打击，增加了气流分散棉箱装置，降低前道工序的开松对纤维的影响，同时使纤维以更分散的状态喂入梳理机中，有效减少白点的产生。
所述卫生用PLA复合无纺布上下两层无纺布基材均采用梳理成网、热风定型工艺加工而成。
所述卫生用PLA复合无纺布上下两层的单层基布无纺布采用的加固方式均是热风粘合。在热风烘箱定型过程中，采用了分区控温、压差递增的创新工艺。整个烘箱系统分为前后两个加热单元，当PLA纤网未进入烘箱时，其纤网厚度17-24mm，当进入第一个温区时，设定温度为142-145℃，风机频率30-35HZ，较小的风压可以使纤网保持蓬松状态，减少气流穿透的阻力，防止气流对纤网的破坏，也使纤维充分预热，此时，纤维表面温度由常温逐步升高到设定温度，初步熔融，纤网厚度下降到7-12mm。进入第二温区后，设定温度为145-147℃，风机频率43-46HZ，减小上风板吹风量，加大下吸网板的吸风量，在纤网表面形成一个逐渐递增的风压，使纤网厚度在温度和风压的作用下快速下降到1.2-3mm，因为纤网厚度下降，密度增大，较大的压差使纤网紧贴在输送网帘上面，而网帘较高的温度，使热量快速传导到纤维上，使贴网面形成较多的粘合点，改善了PLA纤维因熔融指数(MI)较低，用一般热风工艺处理时出现的使用面起毛问题。
所述卫生用PLA复合无纺布的上层经特殊定制花型的并列式双辊压出凸起纹路，花辊和底辊温度85-97℃，辊面间隙0.2-0.5mm,形成凸起为椭圆状，横轴长度4-5mm，纵轴长度6-7mm，高度1-1.4mm。普通的PLA热风产品相比石油基ES纤维无纺布手感较粗涩，而1-1.4mm高度的凸起结构既不会破坏基材无纺布的结构，也可以减少与无纺布皮肤的接触面积，改善布的柔软度。同时，相邻凸起间形成的间隙可以在使用时起到加快渗透和液体缓存的作用，提高人体接触的舒适度。
所述卫生用PLA复合无纺布两层之间采用超声波方式粘合加固。超声波粘合是一种新型的热粘合工艺技术，其将电能通过专用装置转换成高频机械振动，然后传送到纤网上，导致纤网中高分子聚合物纤维相互摩擦及纤维内部的分子运动加剧而产生热能，使纤维产生软化、熔融，从而使纤网得到粘合加固。上述两个并列压辊中，凸辊在前，凹辊在后，凹辊为钢辊。当上层PLA基材经两辊压出凸起后，在布还未脱离凹辊模具时，引入另一底层无纺布，并在此处装置超声波传振器。因为该钢辊花型边缘带有销钉状凸起点，该区域的纤维在传振器模头的激励作用下迅速熔融，并在压力作用下，形成粘合点，将两层无纺布复合在一起。花型边缘形成的粘合点，可以使凸起的花型结构得到稳定，提高复合产品面层的立体性，同时，增加的粘合点，对纤维具有二次加固的作用，在纤维得到更多的粘合点，极大的改善了PLA无纺布纵横向拉力小，易起毛的缺陷。在本发明中采用频率20KHZ的超声波发生器，控制电流0.8-1.5A。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：借助上述方法及设备获得的卫生用PLA无纺布及PLA复合无纺布产品生物质可完全降解，无毒无污染，与人体相容、亲肤，抗过敏，理化性能符合FZ/T64005-2011标准。相比纯棉或粘胶等纤维素材料面层，表面干爽性好，改善纤维素面层材料吸湿性强造成的潮湿不适感。相比纺粘PLA无纺布和普通热风PLA无纺布，其手感舒适性、抗起毛起球性、抗反渗、纵横向拉力等性能指标有很大改善。原料可再生，生产过程和使用后无污染，符合绿色环保、可持续发展的理念。
附图说明
图1本发明的一种卫生用PLA复合无纺布剖面结构示意图；
图2本发明的一种卫生用PLA无纺布采用的聚乳酸短纤维结构示意图；
图3本发明的一种卫生用PLA复合无纺布的上下层立体结构示意图；
图4本发明的一种卫生用PLA复合无纺布的一具体实施例的剖面结构示意图。
其中：
11 面层 12 导流层
21 皮层 22 芯层
31 面型凸起图案 32 3D锥形孔。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
如图1-4所示，为了提供一种卫生用PLA复合无纺布及其制备方法，本发明的一种卫生用PLA复合无纺布及其制备方法提供的PLA复合无纺布，其主要方法是借助由不同规格的100％聚乳酸短纤维梳理成网、并进一步采用热风定型工艺对纤维网进行加固，从而制成一种可降解的复合用无纺布基材。然后，将分别由细旦纤维及粗旦纤维构成的上述可降解的复合用无纺布基材用做为上下两层无纺布，粘合成双层产品，构成如图1所示的本发明的一种卫生用PLA复合无纺布的两层结构。
为了使结构得到稳定，进一步提高复合产品面层的立体性，可将上层的无纺布经定制的特殊花辊压出凸起纹路，再利用超声波沿纹路凸起的边缘产生粘合点，将两层无纺布复合在一起并粘合牢固。
由此，本发明一种卫生用PLA复合无纺布克服了现有的单层热风PLA无纺布横向拉力小，手感差、易起毛的不足，各项性能与现有材料相比有明显提升。同时，借助本发明的生产工艺，使得生产过程中和使用后均无污染，且所采用原料均可再生，符合国家提倡的绿色环保，可持续发展理念。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1及图3所示，本发明的一种卫生用PLA复合无纺布主要包括都由100％的聚乳酸纤维制成的PLA热风无纺布构成的上下两层，即面层11及导流层12。其中，由于上层无纺布是要和人体皮肤直接接触，所以优先选择细旦纤维，其可使产品细腻柔软，提高使用舒适度，上层PLA无纺布采用的聚乳酸纤维规格优选为细度1.5-2D，长度30-38mm，制得的无纺布的克重为16-26g/m2，另外为了进一步提升与人体皮肤接触的舒适度，面层11可由特殊定制花型的并列式双辊压出凸起纹路在表面构成面型凸起图案31。
而所述的下层PLA无纺布优选粗旦纤维，其可以使最终产品保持一定的蓬松度，以提高无纺布孔隙率，以便当液体经上层无纺布渗透到下层时，其既可实现快速渗透，也可以起到暂存液体的缓冲功能，从而能增加产品的导流性，降低反渗。所述的下层PLA无纺布采用的聚乳酸纤维规格为细度4-6D，长度38-64mm，制得的无纺布的克重为18-20g/m2，而且该导流层12上可分散设置3D锥形孔32。
本发明的一种卫生用PLA复合无纺布上下两层无纺布基材均可分别采用梳理成网、热风定型工艺加工而成。请参见图2所示，在本具体实施例中，本发明的一种卫生用PLA复合无纺布的上下两层采用的原料聚乳酸纤维均是由两种不同熔点的PLA形成的双组份皮芯结构，其中皮层21为熔点120℃-130℃的PDLLA型聚乳酸，而芯层22为熔点的170-180℃PLLA型聚乳酸。
上述具有皮芯结构聚乳酸纤维，在热风定型时粘合过程主要分为热传递、流动、扩散以及加压冷却四个阶段。由于其皮层为低熔点的PLA，是一种非晶体结构，在熔化过程中没有固定的熔点，随着加热温度不断上升，在温度和压力的作用下先熔融一部分，同时伴随着高聚物的流动、扩散，使得纤维交叉点相互粘合在一起。而作为芯层的高光纯PLLA由于熔点较皮层高，所以当皮层熔融时仍能保持纤网的结构不变，起到了无纺布的骨架作用。经过冷却后，熔融的高聚物固化，形成点状的空间立体粘合结构，点状粘合结构既实现了纤维间的握持与稳定，又保留了较多的主体结构。
至于双层结构之间的粘合加固工艺，请参见图4，作为一种实施方式，在本具体实施例中，是将其中面层11的无纺布经定制的特殊花辊压出凸起纹路，再将两层无纺布(即面层11凸起纹路边缘和导流层12之间)经过超声波粘合牢固，从而得到本发明的可降解的复合无纺布材料。其具体工艺如下：
一、原料选择：
面层PLA纤维:细度为2D，长度为38mm 100％
底层PLA纤维:细度为5D，长度为42mm 100％
二、制备流程：
该制备流程采用一种卫生用PLA无纺布制作系统，该制作系统主要包含热风定型装置，该热风定型装置包含开包机、纤维分散棉箱、中转棉箱、气压棉箱及双锡林双道夫梳理机，该开包机、纤维分散棉箱、中转棉箱及气压棉箱之间借助输棉管道连接，该气压棉箱将纤维均匀地辅到输网帘上以便喂入双锡林双道夫梳理机。
1、基材无纺布制备流程：
PLA短纤维，首先经开包机进行初步开松混合，并且为了保证PLA纤维不因玻璃化温度低而在开松中受损伤，经由开松机进行纤维的分离时，需采用薄棉层、轻夹持、大隔距的工艺配置。
然后，由输棉管道将开松后的纤维送至特制的纤维分散棉箱中进行充分分散，再进入中转棉箱。并由中转棉箱把纤维均匀地输送到气压棉箱。
其中，本发明在卫生用PLA复合无纺布基材的开松过加工过程中增加了一种纤维分散棉箱装置。这是由于PLA纤维的玻璃化温度仅有58-60℃，因此在开松梳理过程中，受挤压后强开松或梳理摩擦极易粘结成小块，粘附在辊子表面或混杂在纤网中。而为了减少对纤维的打击，本发明特此增加了纤维分散箱装置，以降低前道工序的开松对纤维的影响，同时使纤维以更分散的状态喂入梳理机中，有效减少白点的产生。
而设置中转棉箱的目的是除了能储存纤维外，还包括当输棉管道的气流压力小于设定值时，其减小了输棉的滞后性，从而能增加纤网纵向的均匀度。
纤维在气压棉箱内可进一步的混合，并根据风压位准，调节纤维喂入量，同时将纤维均匀地辅到输网帘上以便喂入双锡林双道夫梳理机。
喂入的纤维经梳理机进行分梳杂乱成网后，将纤网由输送带送入平网热风机中，进行纤网的热粘合。纤网经过双温区控制、压差递增的热气流穿透，使得其纤维与纤维搭接地方的纤维皮层受热熔融冷却后相互粘合，而纤维与纤维不交叉搭接的地方和纤维的芯层不受温度的影响，仍然保持原来的状态。经烘箱加固后的纤维变成具有一定纵横向拉力的热风无纺布，通过冷却辊13-18℃冷却定型以及烫平辊5％-8％的牵伸定型，最终卷绕成形，最后分切成所需要幅宽的复合无纺布的基材。
其中的热风粘合工艺特点在于：在热风烘箱定型过程中，采用了分区控温、压差递增的创新工艺。整个烘箱系统分为前后两个加热单元，当PLA纤网未进入烘箱时，其纤网厚度17-24mm，当进入第一个温区时，设定温度为142-145℃，风机频率30-35HZ，较小的风压可以使纤网保持蓬松状态，减少气流穿透的阻力，防止气流对纤网的破坏，也使纤维充分预热，此时，纤维表面温度由常温逐步升高到设定温度，初步熔融，纤网厚度下降到7-12mm。进入第二温区后，设定温度为145-147℃，风机频率43-46HZ，减小上风板吹风量，加大下吸网板的吸风量，在纤网表面形成一个逐渐递增的风压，使纤网厚度在温度和风压的作用下快速下降到1.2-3mm，因为纤网厚度下降，密度增大，较大的压差使纤网紧贴在输送网帘上面，而网帘较高的温度，使热量快速传导到纤维上，使贴网面形成较多的粘合点，改善了PLA纤维因熔融指数(MI)较低，用一般热风工艺处理时出现的使用面起毛问题。
2、双层无纺布复合工艺：
在本具体实施例中，本发明的一种卫生用PLA复合无纺布的两层之间是采用超声波方式粘合加固。其较佳的是采用点粘合，为此发明人就此研发了一种适合于超声波点粘合的产品结构及相应工艺。具体的是将面层11和底层(导流层12)用PLA基材无纺布分别放置在由伺服马达控制的放卷装置上，先将面层用无纺布经过导辊引入两辊并列式压辊模具，使其压出凸起的花型纹路形成面型凸起图案31，并且在其还没有从钢质凹辊脱离时，将底层用布通过导布辊引到钢质凹辊上，使两层布贴合在一起，然后一同通过极小间隙的超声波传振器模头，经过超声波的激励作用，在钢质凹辊花型边缘的凸点处形成粘合点，从而将两层不同功能的PLA基材无纺布复合成布。
该超声波粘合是一种新型的热粘合工艺技术，其将电能通过专用装置转换成高频机械振动，然后传送到纤网上，导致纤网中高分子聚合物纤维相互摩擦及纤维内部的分子运动加剧而产生热能，使纤维产生软化、熔融，从而使纤网得到粘合加固。上述两个并列压辊中，凸辊在前，凹辊在后，凹辊为钢辊。当上层PLA基材经两辊压出凸起后，在布还未脱离凹辊模具时，引入另一底层无纺布，并在此处装置超声波传振器。因为该钢辊花型边缘带有销钉状凸起点，该区域的纤维在传振器模头的激励作用下迅速熔融，并在压力作用下，形成粘合点，将两层无纺布复合在一起。借助花型边缘形成的粘合点，可以使凸起的花型结构得到稳定，提高复合产品面层的立体性，同时，增加的粘合点，对纤维具有二次加固的作用，在纤维得到更多的粘合点，极大的改善了PLA无纺布纵横向拉力小，易起毛的缺陷。在本发明中采用频率20KHZ的超声波发生器，控制电流0.8-1.5A。
由双辊压出凸起纹路的工艺要求：
花辊和底辊温度85-97℃，辊面间隙0.2-0.5mm,形成的凸起为椭圆状(参见图3及图4的示意图所示)，横轴长度4-5mm，纵轴长度6-7mm，高度1-1.4mm。
由于普通的PLA热风产品相比石油基ES纤维无纺布手感较粗涩，而1-1.4mm高度的凸起结构既不会破坏基材无纺布的结构，也可以减少与无纺布皮肤的接触面积，改善布的柔软度。如图3所示，在本具体实施例中，其形成的凸起纹路为峰谷环形构造，其凸起纹路之间凹陷处为粘合点形成处，因而不同于背景技术中采用的混合材料，本发明的一种卫生用PLA复合无纺布产品能实现100％的由PLA纤维制造。同时，相邻凸起间形成的间隙可以在使用时起到加快渗透和液体缓存的作用，提高人体接触的舒适度。
对比例2
目前，市场上PLA用于一次性卫生用品时采用的加工方式是纺粘或者水刺，但应用量较少。可降解的面层材料大多选取的是以纯棉水刺面层为代表的植物性纤维，现将本发明加工方法制备的PLA复合无纺布和市场上现有的几种材料进行了对比。检测方法是依据FZT 64005-2011卫生用薄型非织造布、GB/T 24218.2-2009纺织品中非织造布试验方法的第2部分：厚度的测定[1]测定、GB/T 24218.13-2010纺织品中非织造布试验方法的第13部分：液体多次穿透时间的测定、GB/T 24218.14-2010纺织品中非织造布试验方法的第14部分：包覆材料反湿量的测定，测试数据如下表所示。
经上述实验表明：
1、本发明产品和PLA普通热风无纺布相比，纵横向强力、耐磨性等方面性能均有明显提升，厚度提升了3.2倍，使面层的立体蓬松度大幅改善，椭圆形的凸起纹路使视觉效果更佳。
2、本发明产品和PLA纺粘无纺布相比，纵横向强力差异不大，但厚度、耐磨性等方面性能均有明显提升，白度和返湿量优于PLA纺粘无纺布。
3、本发明产品比纯棉面层无纺布耐磨性好，液体多次穿透时间更快，返湿量小，因此，在卫生用品使用时可以赋予产品更好的干爽性，提升使用者的舒适感。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未述及之处适用于现有技术。
