一种高持液率抗菌水刺非织造基材、其制备方法以及面膜与流程

本发明属于非织造材料领域，特别是涉及一种高持液率抗菌水刺非织造基材、其制备方法以及面膜。本发明的水刺非织造基材和面膜具有高持液率、高强度，同时兼具优异的柔软性和吸水性的优点，而且能够负载不同的水性活性功能物质，具有保湿、缓控释功能，使用舒适感强，且制备方法简单。

背景技术：

1、面膜是一种常用的日化产品，常常作为皮肤保健产品并和其他护肤成分搭配使用，具有美白，保湿、抗衰老，去疤痕等功能，是最受现代人欢迎的日化产品之一。目前贴式面膜从一开始的非织造布面膜发展成为水凝胶加非织造布面膜的混合面膜。相比于普通的非织造布面膜，具有水凝胶特性的面膜具有诸多优势，如持液率高，负载活性成分量大，良好的亲肤感并给人以冰冰凉的感觉，具有较强的保水保湿能力，常见的水凝胶面膜基体材料主要有胶原蛋白、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇(pva)等，都是天然高分子和人工合成绿色高分子材料，对身体无危害，同时使用后对环境无污染。

2、然而，水凝胶面膜本身强度不足，容易破损，并且包含的精华液含有营养物质和水分，容易滋生细菌。此外，这些具有水凝胶特性的面膜本身不具有抗菌功能，因此需要加入抗菌剂或者防腐剂。防腐剂或者抗菌剂对于肌肤护理无效，不能皮肤吸收，因此容易导致毛孔堵塞、红肿、起痘、皮肤干燥蜕皮等肌肤问题。

3、虽然可以在凝胶面膜材料中加入一层或者多层非织造材料骨架支撑结构以增加凝胶面膜的强度，但是面膜的克重必须增加，透气性较差，非织造材料的面膜表面不均匀，无法满足面膜的使用要求。

4、另外，当以水刺工艺制备非织造面膜基材时，现有技术的面膜基材中通常采用胶性纤维或其与非成胶纤维二者混合为原料。然而，胶性纤维或者形成凝胶的材料容易在水刺加固过程中吸水形成凝胶体，并随高压水流冲刷流失，无法成布，或者制成的非织造布的手感发硬，布面不匀，且制得的非织造布形不成凝胶。

5、因此，仍然需要新型的具有自身抗菌性、高持液率、高强度，同时兼具优异的柔软性和吸水性的优点，而且能够负载不同的水性活性功能物质，具有保湿、缓控释功能，并且/或者适合于水刺工艺的非织造纤维基材以及使用该基材制备的面膜。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高持液率抗菌水刺非织造基材、其制备方法以及面膜，用于解决现有技术中的面膜基材(特别是凝胶面膜)的持液率差，无法兼顾强度和克重，抗菌性差以及不适合水刺工艺加工等缺点。

2、根据本发明，提供的水刺非织造基材包括通过水刺工艺结合在一起的第一非织造纤维层和第二非织造纤维层，其中第一非织造纤维层是石墨烯气凝胶纤维和涤纶纤维的复合纤维，其中第一石墨烯气凝胶纤维和涤纶纤维的重量比为10-20:90-80；所述第二非织造纤维层由棉纤维组成，其中第一非织造纤维层和第二非织造纤维层在水刺工艺之后经过低温等离子体改性。

3、非织造基材中的石墨烯气凝胶纤维具有优异的抗菌性和生物相容性，抗菌活性物质也可以在其表面附着，且细胞毒性为0级，与人体直接接触没有危害且绿色无污染，是制备高附加值抗菌抗毒织物的理想材料。而且，石墨烯制备的抗菌织物具有良好的抗菌耐久性，经过20次水洗测验后，仍有较高的抗菌率。因此，本发明的水刺非织造基材无需包含抗菌剂或者防腐剂具有优异的抗菌性，从而增加制得的面膜的有效期和储存期。

4、此外，采用的石墨烯气凝胶纤维具有三维纳米网络结构，高比面积，低密度和高孔隙率，因此采用其制备的基材轻薄透气并且具有很高的吸水性和精华液吸附量。同时与石墨烯气凝胶纤维配合使用的涤纶纤维具有高得强度，因此，能够实现柔性、轻薄和强度的平衡。而且含有石墨烯气凝胶纤维的面膜还具有保湿、缓控释功能。使用时由消费者加入适量纯净水或矿泉水，石墨烯气凝胶纤维吸水形成水凝胶，因此对面膜含有的精华成分和水实现缓释控释功能，敷用时间长达1小时以上，从而实现深度补水。

5、本发明还采用了双层非织造纤维层设计，通过水刺工艺加固，其中一层非织造纤维层含有石墨烯气凝胶纤维，配合高强度涤纶纤维，因此确保了发挥石墨烯气凝胶纤维轻质和高孔隙率、高持液率的作用，同时兼顾了轻柔和强度的平衡，另外一层非制造纤维层由柔性棉纤维构成，确保了基材整体的柔软性与轻薄的平衡。此外，棉纤维吸水后不形成凝胶，强度和柔性高，因此可以作为面膜的骨架和基底使用，便于面膜的揭取。

6、另外，在通过水刺工艺将两层非织造纤维层结合时，由于石墨烯气凝胶纤维具有强疏水性质，因此在水刺工艺中不会吸水形成凝胶，容易加工，一旦形成双层水刺非织造基材后，通过对基材进行低温等离子改性，可以将石墨烯气凝胶纤维由强疏水性改性为亲水性，从而能够大量吸收水性精华液，以提高面膜的持液率和保水率。当使用者后续使用时，通过加入水可以使得石墨烯气凝胶纤维吸水形成水凝胶，因此对面膜含有的精华成分和水实现缓释控释功能。低温等离子体改性还能提高非织造水刺基材的抗菌性以及耐久性。

7、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种高持液率抗菌水刺非织造基材，包括通过水刺工艺结合在一起的第一非织造纤维层和第二非织造纤维层，其中第一非织造纤维层由石墨烯气凝胶纤维和涤纶纤维组成，其中石墨烯气凝胶纤维和涤纶纤维的重量比为10-20:90-80；所述第二非织造纤维层由棉纤维组成，其中第一非织造纤维层和第二非织造纤维层在水刺工艺之后经过低温等离子体改性。

8、优选地，第一非织造纤维层的克重为10-15g/m2，并且第二非织造纤维层的克重为15-20/m2，因此第一非织造纤维层与第二非织造纤维层的重量比为10-15:15-20。本发明的高持液率水刺非织造基材的克重为25-35g/m2，手感细腻，并且透气性良好。

9、优选地，石墨烯气凝胶纤维替换为以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，其中氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为7：3-5。

10、优选地，所述石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维的细度为0.5到3.5dtex，优选0.7-1.5dtex，长度为30-60微米，并且平均孔径为1-10微米，优选1.5-3微米。

11、优选地，所述涤纶纤维和棉纤维的细度为1-2dtex，并且长度为20-50微米。

12、优选的，涤纶纤维为仪征涤纶，棉纤维可以为细绒棉或者长绒棉。

13、优选地，低温等离子体改性可以在30-40℃的温度、20-40pa的工作压力下进行，优选低温等离子体改性为o2等离子表面改性。

14、优选地，所述o2等离子表面改性的条件为氧气流量为200-350ml/min，工作功率为300-400w并且表面改性的持续时间为1-7min，优选1-3min。

15、在另一方面中，本发明还提供一种制备高持液率水刺非织造基材的方法，包括下列步骤：

16、(1)制备石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，

17、(2)采用梳理直铺成网工艺将石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，与涤纶纤维梳理成第一非织造纤维网，其中石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，与涤纶纤维的重量比为10-20:90-80；

18、(3)采用梳理交叉成网工艺将棉纤维梳理成第二非织造纤维网；

19、(4)将所述第一非织造纤维网与第二非织造纤维网重叠后用水刺工艺结合在一起，并且干燥，从而形成水刺非织造布；

20、(5)干燥后的水刺非织造布进行低温等离子体改性，从而得到高持液率水刺非织造基材。

21、优选地，步骤(1)包括将包含氧化石墨烯和任选的聚乙烯醇的乙醇溶液作为纺丝液；将纺丝液排入液氮中冷冻纺丝，得到冷冻纤维凝胶，然后将冷冻纤维凝胶通过超临界二氧化碳干燥，得到石墨烯气凝胶纤维前体或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维前体；将得到的石墨烯气凝胶纤维前体或者复合纤维前体退火还原，水洗，醇洗，并且自然干燥，得到石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维前体。

22、优选地，超临界二氧化碳干燥的压力为10-20mpa，温度为30-40℃。退火还原的温度为70-90℃，时间为10-25小时。

23、在步骤(1)的纺丝液中，氧化石墨烯的浓度为7到12重量％；如果含有聚乙烯醇的话，聚乙烯醇的浓度为3-5重量％。

24、在步骤(1)中，可以使用带有纺丝喷嘴的纺丝装置将纺丝液排入液氮中得到冷冻纤维。液氮的温度可以为-200℃到-80℃。

25、在步骤(1)中，将得到的冷冻纤维凝胶通过超临界二氧化碳干燥，得到石墨烯纤维前体。在超临界干燥中，冷冻纤维凝胶中的乙醇溶剂被超临界流体-二氧化碳萃取。为了使用这种技术，凝胶孔隙中的溶剂必须与超临界二氧化碳混溶或者部分混溶，因此本发明的方法采用了乙醇替换水作为溶剂。超临界干燥的时间为3分钟到30分钟。可以采用市售的超临界干燥器进行超临界二氧化碳干燥，其可以具有各种容量，例如，可以采用natex公司和uhde公司的超临界干燥器。

26、超临界二氧化碳干燥的压力为10-20mpa，温度为30-40℃。

27、在得到石墨烯气凝胶纤维前体或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维前体后，将其在还原剂存在下进行热退火，例如，将其放入重量含量为20-30重量％的抗环血酸中，在80-90℃下还原15-18小时，并且经过水洗、醇洗数小时，最后自然干燥。由此，得到的石墨烯气凝胶纤维具有高孔隙率(50-70％)，高比表面积(800-1000m2 g-1)，细度为0.5到3.5dtex，长度为30-60微米，并且平均孔径为1-10微米。石墨烯气凝胶纤维还具有高的拉伸强度。通过在纺丝液中加入聚乙烯醇溶液，可以进一步加强拉伸强度。

28、在步骤(2)中，采用梳理直铺成网工艺将石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，与涤纶纤维梳理成第一非织造纤维网。具体来说，将得到的石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，与涤纶纤维混合，喂入“非织造布生产线”的直铺成网梳理机上，梳理后输出，得到第一非织造纤维网。在第一非织造纤维网中，石墨烯气凝胶纤维或者以氧化石墨烯和聚乙烯醇为原料制备得到的复合纤维，与涤纶纤维的重量比为10-20:90-80。通过将占相对大量的涤纶纤维与相对少量石墨烯气凝胶纤维的共同梳理成网，能够一方面充分利用石墨烯气凝胶纤维轻质、高持液率、高吸收性的特点，还能通过加入少量的石墨烯气凝胶纤维赋予材料一定的抗菌能力。由此，能够确保非织造基材的轻薄透气并且具有很高的吸水性和精华液吸附量。同时具有高强度，因此，能够实现柔性、轻薄和强度的平衡。

29、在步骤(3)中，采用梳理交叉成网工艺将棉纤维梳理成第二非织造纤维网。具体来说，将棉纤维开松后喂入“非织造布生产线”的梳理机上，梳理后输出纤网，然后将其喂入交叉铺网机进行铺网，接着由杂乱牵伸机对铺叠后的纤网进行多级小倍数牵伸，得到第二非织造纤维网。第二非织造纤维网由具有高柔软性以及弹性的棉纤维构成，并且交叉铺网确保了纤维网的强度。因此，可以作为面膜基材的骨架和基底，便于面膜的敷用和揭除。

30、在步骤(4)中，将第一非织造纤维网与第二非织造纤维网重叠后用水刺工艺结合在一起，并且干燥，从而形成水刺非织造布。具体来说，将第一非织造纤维网与第二非织造纤维网叠加后，经多辊牵伸机进行牵伸处理，然后输送至水刺机，经高压水针穿刺加固，然后进行干燥。由此，得到水刺加固的水刺非织造布。

31、优选的，步骤(5)可以包括将干燥后的水刺非织造布两端固定后，用氧等离子处理器在氧气流量为200-350ml/min以及工作功率为300-400w的条件下对水刺非织造布表面处理1-7min，优选1-3min。

32、水刺非织造布中的石墨烯气凝胶纤维本身具有疏水性质，表面接触角为90-100度。因此，在水刺工艺中，石墨烯气凝胶纤维不容易吸水形成凝胶体，也不容易被高压水流冲刷导致流失，在与涤纶纤维共混的情况下通过水刺加固工艺制成轻薄透气高强度的非织造布。此外，所得的非织造布还具有均匀的表面分布，具有小于等于5％的单位面积质量偏差率。在水刺加固工艺之后，可以通过低温等离子表面处理，例如氧离子表面处理，将非织造布的疏水性质改性为亲水性。在本发明，通过用氧等离子处理可以将非织造布的表面接触角转变为20-30度。这样，所得的水刺非织造基材能够以高的吸附量吸收水或者水性精华液，并且由于三维多孔性质而具有高的持液率和水或者精华液保持率。当使用者后续使用时，通过加入水可以使得石墨烯气凝胶纤维吸水形成水凝胶，因此对面膜含有的精华成分和水实现缓释控释功能。低温等离子体改性还能提高非织造水刺基材的抗菌性以及石墨烯凝胶纤维与涤纶纤维之间的粘结性，从而提高耐久性和牢固性。

33、优选地，低温等离子体表面处理包括用氧等离子处理器在氧气流量为300-350ml/min以及工作功率为350-400w的条件下对水刺非织造布表面处理1-3min。

34、本发明的第三方面还提供一种面膜，包括上述的高持液率水刺非织造基材、包封在所述高持液率水刺非织造基材中的水性精华液以及纺粘无纺布，所述高持液率水刺非织造基材与所述纺粘无纺布通过热压粘合在一起。

35、与现有技术相比，本发明突出的优点和优异效果在于：

36、1、采用本发明提供的技术方案制备的水刺非织造基材具有双层纤维结构，其中一层纤维采用大量的涤纶纤维与少量的石墨烯气凝胶纤维配合，因此确保了发挥石墨烯气凝胶纤维轻质和高孔隙率、高持液率的作用，同时兼顾了轻柔和强度的平衡，另外一层非织造纤维层由交叉成网的柔性棉纤维构成，确保了基材整体的柔软性与强度的平衡。此外，石墨烯气凝胶纤维的三维多孔凝胶结构具有高的持液率、保湿性能和精华成分负载性能，能够在保持较低的克重(低于20g/m2)的同时，包含更多的活性成分和水分，并且赋予材料抗菌性能。

37、因此，相比现有的面膜基材，本发明的水刺非织造基材中的石墨烯气凝胶纤维能够在保证优异强度的同时实现改进的轻薄透气性能，以及改善的持液率、保湿性能和面膜精华液负载性能，因此能够单位体积包含更高的活性成分。

38、2.本发明的水刺非织造基材包含石墨烯气凝胶纤维的一面能够吸水形成凝胶体，因此对面膜含有的精华成分和水实现缓释控释功能，敷用时间长达1小时以上，从而实现深度补水，因此相比现有技术的面膜基材能够实现改善的敷用时间。此外，水刺非织造基材的另一面吸水不凝胶，结构致密，强度和柔软性均较高，是面膜的骨架和基底，便于面膜的敷用和揭除。这种结构设计同时兼顾了面膜的功效性和使用方便性，而且提高了面膜精华和水的利用率和补充率。

39、3、由于石墨烯气凝胶纤维以及低温等离子处理，因此本发明的水刺非织造基材无需包含抗菌剂或防腐剂就具有更高的抗菌性和抗菌耐久性(耐水洗)，因此改善了面膜产品的生物相容性和安全性。

40、4、现有技术虽然也存在凝胶基材或者凝胶面膜，但是由于纤维的凝胶性质与水刺工艺难以兼容，或者制成的非织造布的手感发硬，布面不匀，且制得的非织造布形不成凝胶。相比现有技术中的凝胶面膜基材，本发明的非织造基材纤维初始具有疏水性，因此在水刺加固工艺中不形成凝胶，确保了基材具有更均匀的单位面积质量偏差率和柔软性。然后，在水刺加固工艺之后，可以通过低温等离子表面处理，例如氧等离子表面处理，将非织造布的疏水性质改性为亲水性，从而能够吸水重新变为凝胶性能，具有改善的吸收性和缓释性能，因此能够吸收更多的水性精华液，并且保持更长时间的敷用。

41、5.相比现有技术的面膜基材，本发明的低温等离子表面处理还能提高抗菌性和纤维之间的粘结性，因此具有改善的抗菌性以及基材耐久性。