一种单向导水面膜基材及其制备方法与流程

本发明属于面膜基材技术领域，具体涉及一种单向导水面膜基材及其制备方法。

背景技术：

随着人们生活水平的日益提高，女性、甚至男性也越来越重视皮肤的保养，而在日常的护肤品使用中，面膜产品位居前列。面膜的种类很多，按照产品形态主要可分为面贴膜(贴式面膜)、啫喱面膜、粉末类面膜、膏状面膜等四类。其中面贴膜具有携带方便，使用简单快捷，又可长期保存的特点，成为最受消费者欢迎的面膜种类。数据显示，目前市场上销售的面膜80％以上是面贴膜，这种面膜主要以非织造基布为载体，可提高皮肤对营养液中营养成分的吸收速度与吸收量。

市售非织造面膜基布主要以棉、粘胶、天丝、铜氨纤维、木浆纤维为主要原料，少数产品采用甲壳素纤维、真丝纤维等。产品的生产工艺主要有水刺法、湿法纺粘以及干法造纸等生产方式。通过水刺工艺复合制成的非织造材料在卫生用品领域的应用得到了蓬勃发展，由于其价格低廉，产率高，水刺无纺布面膜成为了时下风靡的大众面膜首选。面膜用水刺非织造布的开发，为了追求最大程度地发挥效果，最大程度的让肌肤吸收精华液，给人最佳的使用体验和效果。面膜的发展趋势可归纳为：舒适、轻薄、绵柔、易成型、透明隐形、高保湿、功能化和不变形。由于面膜的美容效果是通过膜布携带的营养液实现的，面膜基布做为营养液的载体，持带营养液的多少直接影响面膜的使用效果。基布持液量太少，美容效果不明显，同时由于皮肤的吸收以及本身的挥发，面膜很快变干，引起面膜从皮肤反吸水分，起不到保养的作用。面膜是利用覆盖在脸部的短暂时间，阻隔肌肤与空气的接触，抑制皮肤水分蒸发，从而保持面部皮肤充分的水分；同时面膜携带水分可以充分滋润皮肤角质层，使角质层的渗透力增强，使面膜中的营养物质能有效地渗进皮肤，促进上皮组织细胞的新陈代谢。由于面膜的美容效果是通过膜布携带的营养液实现的，面膜基布做为营养液的载体，持带营养液的多少直接影响面膜的使用效果。基布持液量太少，美容效果不明显，同时由于皮肤的吸收以及本身的挥发，面膜很快变干，引起面膜从皮肤反吸水分，起不到保养的作用。因此，在面膜材料在面料舒适，绵柔，轻薄的同时，还要保证较高的持液量和锁水(防挥发)性能。

最近，科学家提出了单向导水的概念，是指水在经过具有特定结构的物质或者材料时，沿单一方向做不可逆流动。这种现象在自然界普遍存在，比如细胞膜液体交换，植物从土壤中吸取水水分。单向导水应用在织物领域，特别是面膜的基材，恰好能够解决面膜的锁水，保水问题。制备单向导水材料的关键在于差动毛细效应和材料的梯度润湿性，产生差动毛细效应，形成水在材料中无需外界驱动力的定向的运动。但现有的一些单向导水材料的原料和制备方法，大多采用化学整理方法，比如含氟疏水处理，不利于环境和人体健康，并不适合面膜材料使用。还有一种等离子体法改性，避免了有毒化学整理剂的使用，但是该方法成本高昂，而且具有明显的时间限制，处理后单向导水的效果持续时间短。

技术实现要素：

本发明以疏水型纤维和亲水型纤维为原料，使面膜基材两面亲疏水差异足够大，上下两层纤维之间的吸湿性差异，形成差动毛细效应，实现材料的定向导水。同时材料用作面膜基材，黏胶纤维层紧贴皮肤，涤纶纤维层暴露在空气中，可以防止水分蒸发，有效锁住水分。本发明所得面膜基材保水率高，缩水能力强，可以保持精华液在面膜中2小时以上保流水率量仍在90％以上，同时合适的孔径使面膜基材在具有保水性同时，也具有很好的透气性。作为面膜，舒适轻柔，不会使皮肤有不适感。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种单向导水面膜基材，其为三层结构，上层为疏水改性涤纶纤维，中层为壳聚糖改性聚乙烯醇纤维，下层为黏胶纤维；疏水改性涤纶纤维，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维和粘胶纤维梳理成网复合后，进行水刺加固得到。

所述复合是两种纤维进行30-60°的复合。这里所述复合的角度是复合的两种纤维网的md方向(机器输出方向)的角度。

优选地，疏水改性聚酯纤维网和壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网为30°±5°复合，所述壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网和黏胶纤维网为45°±5°复合。发明人预料不到地发现，采用上述复合方式，最终能够得到具有垂直导水性能，同时保水性和透气性皆优异的面膜基材。所述疏水改性涤纶纤维的制备包括如下步骤：对苯二甲酸、丁二醇、蓖麻油改性多元醇经过预聚，缩聚得到聚酯；将聚酯，聚乙二醇通过熔融挤出造粒得到母粒；通过熔融纺丝，再经过冷却，牵伸卷绕制备得到疏水改性涤纶纤维。

进一步地，所述蓖麻油改性多元醇的羟值为50-80mgkoh/g，酸值为0.1-0.6mgkoh/g，数均分子量为2000-5000，官能度2-3。

进一步地，对苯二甲酸、丁二醇和蓖麻油改性多元醇的摩尔比为110-130：100-120:5-10；预聚阶段的反应条件是温度为230-250℃，压力为-0.05至-0.1mpa，预聚时间0.5-1h；缩聚阶段的反应条件是加入缩聚催化剂，温度260-275℃，真空度为0.01-0.05mpa，缩聚时间3-5h。所述缩聚催化剂为sb2o3，用量为初始单体(对苯二甲酸、丁二醇和蓖麻油改性多元醇)质量总和的0.5-1.5wt％。

所得聚酯的粘均分子量为2×10⁵至3×10⁵g/mol。

聚酯切片和聚乙二醇的质量比为100：5-10，所述聚乙二醇的数均分子量为400-600。所述熔融挤出造粒的温度为190-230℃。优选地，采用双螺杆挤出机，各区温度参数为：一区190℃、二区200℃、三区210℃、四区220℃、五区230℃、六区220℃。

优选地，在挤出造粒时，还可以加入各类助剂，比如润滑剂，抗菌剂，抗氧剂。

各助剂的种类和加入量是本领域所熟知的，具体而言，所述润滑剂选自季戊四醇硬脂酸酯、聚乙烯吡咯烷酮；所述抗菌剂选自纳米银、季铵盐；所述抗氧剂选自bht1010、2246；各类助剂的加入量是聚酯质量的0.1-3％。

熔融纺丝工艺为纺丝温度295-310℃，定型温度140-160℃，poy纺丝速度：2600-3000m/min，poy牵伸倍数1.5-2倍，fdy纺丝速度为4200-4600m/min，fdy牵伸倍数为3-3.5倍，卷绕速度3000-3300r/min。

所述壳聚糖改性聚乙烯醇纤维是通过如下制备方法得到：将聚乙烯醇纤维用壳聚糖的醋酸溶液浸渍后，干燥即得。

进一步地，所述壳聚糖的醋酸溶液中，壳聚糖浓度为3-5wt％，醋酸浓度为5-10wt％；浸渍时间为3-5h。

所述黏胶纤维优选为强力型黏胶纤维，干态强度35-50cn/tex，优选为38-44cn/tex。

黏胶纤维具有良好的吸水性，亲水性，以及自然可降解性，非常适合作为面膜的材料使用。

优选地，所述梳理成网步骤中，所述疏水改性涤纶纤维梳理后的面密度为20-25g/m²，所述壳聚糖改性聚乙烯醇纤维梳理后的面密度为15-20g/m²，所述黏胶纤维维梳理后得到面密度为10-15g/m²。更优选地，三种纤维梳理后，面密度按照疏水改性涤纶纤维网，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网，黏胶纤维网的顺序递减。

发明人发现，以逐渐减低的面密度将三种纤维从上至下通过水刺加固相互缠绕，更有利于所得材料单向导水的性能，同时能够保持优异的透气性。

所述水刺加固的工艺条件是用水刺机对壳聚糖改性聚乙烯醇纤维层进行预润湿，然后进行3-5道水刺加固。

优选地，预润湿的水刺水压强为1.5-2.0mpa；所述3-5道水刺，水压强是逐次升高，再逐次降低。第一道和最后一道水刺水压强为4.5-5mpa，中间道的水刺水压强为6.5-9.5mpa。比如，如果是3道水刺，第一道和最后一道水刺水压强为4.5-5mpa，第二道水刺水压强为7.5-8mpa；如果是5道水刺，第一道和最后一道水刺水压强为4.5-5mpa，第二道和第四道水刺水压强为6.5-7.5mpa，第三道水刺水压强为8.5-9.5mpa。

进一步优选地，水刺激的水针作用距离为12-20mm，优选为14-16mm；输网卷帘速度为50-100m/s，优选为70-90m/s。

水刺加固是通过高压水流对纤网进行连续喷射，在水力作用下，使各个纤维层中纤维位移，重新排列，并相互缠结，从而使三层纤维网复合为整体。水刺工艺使面膜基布强度高，手感柔软，无化学粘合剂，透气性好，符合使用要求。

本发明还提供了所述单向导水面膜基材的制备方法，包括以下步骤：疏水改性涤纶纤维和黏胶纤维分别经过开松，梳理成网，复合，水刺加固，烘干，卷曲所得。

相对于现有技术，本发明提供的单向导水面膜基材取得了以下有益效果：

一、本发明采用了三层不同材料的纤维层进行复合，得到的面膜基材具有单向垂直导水，使得面膜吸取营养精华液后，可以定向地从上至下地垂直传输营养精华液，使吸收营养液效率最大化，不浪费营养液。

二、本发明三层复合结构的面膜基材中，三层的材料发挥了协同作用；最上层的改性涤纶纤维层，能够充分锁住水分，减少挥发和流失；中间层的壳聚糖处理后的聚乙烯醇纤维层，具有很好的吸水性，持液量大；最下层的黏胶纤维，保持了很好的，与皮肤的触感舒适柔和。选择合适的水刺加固工艺，各个纤维层的面密度和复合时的角度，上中下三层纤维层协同作用，使得所得面膜基材总和性能优异，具有单向导水性能，优异的吸水和保水性能，还具有很好的透气性和湿度的透湿性。保证了面部肌肤对营养液的充分吸收，同时面膜质地舒适柔软。

具体实施方式

壳聚糖采购自山东奥康生物科技有限公司，分子量为70kda,脱乙酰度75％。

聚乙烯醇纤维采购自泰安同宏纤维有限公司，纤度2.3dtex，强度13.5cn/dtex，比重1.29g/cm³。

所述粘胶纤维采购自泉州海天轻纺有限公司，强度26.5cn/dtex。

蓖麻油改性多元醇采购自凡特鲁斯，牌号d2000，分子量2000，羟值56mgkoh/g，酸值0.3mgkoh/g，官能度3。

制备例1

在反应釜中加入对苯二甲酸、丁二醇、蓖麻油改性多元醇，对苯二甲酸、丁二醇、蓖麻油改性多元醇的摩尔比为120：100：10，先在230℃，相对压力为-0.05mpa下预聚1h；再加入单体(对苯二甲酸、丁二醇、蓖麻油改性多元醇的总和)1wt％的缩聚催化剂sb2o3，在270℃，0.01mpa缩聚5h，检测体系酸值低于10mgkoh/g，停止反应，经过滤去除杂物，经过铸带，用切粒到将聚酯切片，测得所得聚酯粘均分子量为23400g/mol。

将所得100份聚酯切片和7份peg600，0.5份纳米银，1.1份季戊四醇硬脂酸酯，0.8份抗氧剂2246，加入到双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机工艺为：各区温度参数为：一区190℃、二区200℃、三区210℃、四区220℃、五区230℃、六区220℃，转速260r/min。

将所得改性聚酯母粒经过熔融纺丝，冷却，牵伸卷绕制备得到疏水改性涤纶纤维。熔融纺丝工艺为纺丝温度300℃，定型温度150℃，poy纺丝速度：2600m/min，poy牵伸倍数2倍，fdy纺丝速度为4200m/min，fdy牵伸倍数为3倍，卷绕速度3000r/min。

制备例2

其他条件和步骤和制备例1相同，区别在于蓖麻油改性多元醇，对苯二甲酸、丁二醇、蓖麻油改性多元醇的摩尔比为120：100：5。

制备例3

聚乙烯醇纤维用壳聚糖的醋酸溶液浸渍4h后，其中壳聚糖浓度为3wt％，醋酸浓度为6wt％，取出干燥即得壳聚糖改性聚乙烯醇纤维。

对比制备例1

其他条件和步骤和制备例1相同，区别在于不加入蓖麻油改性多元醇。

实施例1

将制备例1得到的疏水改性涤纶纤维，制备例3得到的壳聚糖改性聚乙烯醇纤维和黏胶纤维分别开松，梳理成网。控制注入量使得疏水改性聚酯纤维网面密度为20g/m²，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维梳理后的面密度为15g/m²，所述黏胶纤维梳理后得到面密度为10g/m²。按照从上至下的顺序将疏水改性聚酯纤维网，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网和黏胶纤维网复合，其中疏水改性聚酯纤维网和壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网是30°复合，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网和黏胶纤维网是45°复合，复合后进行水刺加固。水刺加固工艺是：先对壳聚糖改性聚乙烯醇纤维层进行预润湿，水刺水压强为1.5mpa；在进行3道水刺加固，第一道水刺水压强为4.5mpa，第二道水刺水压强为7.5mpa，第三道水刺水压强为4.5mpa。水刺激的水针作用距离14mm；输网卷帘速度为180m/s。水刺加固后进行烘干，卷曲即得单向导水面膜基材。

实施例2

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，制备例1的疏水改性涤纶纤维替换为制备例2制得的疏水涤纶纤维。

实施例3

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，控制注入量使得疏水改性聚酯纤维网面密度为15g/m²，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维梳理后的面密度为15g/m²，所述黏胶纤维梳理后得到面密度为15g/m²。

实施例4

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，其中疏水改性聚酯纤维网和壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网和黏胶纤维网均为30°复合。

实施例5

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，其中疏水改性聚酯纤维网和壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网，壳聚糖改性聚乙烯醇纤维网和黏胶纤维网均为45°复合。

对比例1

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，制备例1的疏水改性涤纶纤维替换为对比制备例1制得的聚对苯二甲酸丁二酯(pbt)纤维。

对比例2

其他步骤和条件和实施例1相同，区别在于，制备例3得到的壳聚糖改性聚乙烯醇纤维替换为未经壳聚糖醋酸溶液处理的普通聚乙烯醇纤维。

应用例1面膜基材的力学性能测试

参照gb/t24218.3-2010第3部分，利用yg028-500型拉伸仪测试面膜基材在干态和湿态下的断裂强力和断裂伸长率。面膜基材尺寸剪裁为50mm×200mm，夹持距离设为100mm，拉伸速度100mm/min，按等速拉伸方式进行拉伸实验。

湿态下的力学性能测试是将面膜基材在蒸馏水中浸泡10min充分洗水后取出，立刻测试其力学性能。干态和湿态的面膜基材，每组样品测试10次，数据去平均值。结果如下表1所示：

表1

应用例2吸水性和保水性评价

参照gb/t24218.6-2010吸收性的测定，对本发明实施例面膜基材的吸水性性和保水性进行测试。面膜基材裁剪为10cm×10cm。

吸水性以液体吸收量s(g/g)表示，s0＝(m1-m0)/m0，式中，m1表示面膜基材在蒸馏水中浸泡10min候取出，在金属铜网上垂直悬挂样品，静置1min沥干多余水分后面膜基材的质量，m0表示面膜基材在浸水前的质量，s0表示单位质量面膜基材能够吸收的最大水量。面膜基材的液体吸收量是面膜材料考量的重要指标，直接影响面膜吸收精华液的量，是肌肤吸收营养的重要保证。

保水性是在环境温度25℃，相对湿度60％，,标准大气压环境下，每过一段时间，测试面膜基材的液体吸收量st，(st＝(mt-m0)/m0，mt表示t时间面膜基材的质量)以st/s0计算得到，该数值表示吸水量随时间变化的保持率，百分比数值越高，说明保水性越好。保水性是面膜材料考量的重要指标，人使用面膜时，一般会在面部保持贴合半小时以上，如果水分快速流失，会使面膜效用大打折扣。因此优异的吸水性和保水性都是面膜材料所需要的性能。本发明制得面膜材料同时具有优异的吸水性和保水性，结果如下表2所示：

表2

应用例3透气性和透湿性评价

参照gb/t24218-2018-非织造布透气性测试标准，利用yg461e型全自动织物透气仪，测试干态下面膜基材的透气性能；参照yy/t0471.2，利用w3/060水蒸气透过率测试系统，测试水蒸气通过率，测试条件设定为36℃，相对湿度为90rh％，结果如下表3所示：

表3

良好的透气性是面膜舒适性的一个指标。皮肤基底层细胞需要吸收氧气进行新陈代谢，透气良好的面膜基布才能使皮肤与氧气保持正常的接触。人们在使用面膜时，带有精华液的面膜敷在脸上一段时间，面膜精华液被皮肤吸收的同时也会随着时间渐渐蒸发，有较好的锁水性能的面膜基布能减少面膜精华液的蒸发，让面膜精华液在脸上停留更长的时间，发挥更大的作用。但面膜基材也需要一定的透湿性，才能让使用者感觉舒适。透气性和透湿性取决于纤维间的空隙数量，纤维的性质和结构。本发明选择合适的纤维材料，按照特定的工艺制备为三层结构的复合面膜基材。在具有单向导水，优异的吸水和保水性能，同时具有很好的透气性和合适的透湿性，保证了面膜基材作为面膜基布对皮肤的舒适度和功能。

应用例4柔软性和舒适性评价

由于人的面部是凹凸不平，立体的，面膜基材需要有较低的弯曲性能和较好的柔软度，使面膜在湿态下和人体面部紧密的贴合，同时还需要考虑人体的舒适度。对本发明实施例所得面膜基材进行弯曲刚度的测试，结果如下表4所示：

表4

从表4数据可以看出，本发明实施例制得面膜基材在湿态下弯曲刚度远低于态下，说明本发明提供的面膜基材在干态下能保持挺度，在湿态下能充分和人脸贴合，柔软舒适。

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