本发明涉及纺织材料技术领域，具体涉及一种乌拉草纤维湿法成网非织造材料及其制备方法和应用。
背景技术：
乌拉草又称靰鞡草，是单子叶植物纲莎草科薹草属植物，主要生长于中国东北长白山脉以及外兴安岭以南，因其具有除味祛味、通经活络、消除疲劳、改善血液微循环、提高免疫力等作用，被称为“关东三宝”之一。
乌拉草是多年生草本植物，其叶子细长柔软，纤维坚韧，不易折断，自身无菌根，但是对真菌和细菌有极强的抑制作用，是植物界中终身能抵御真菌侵蚀与螨虫寄生的植物之一，对人体健康起到非常好的协助作用。乌拉草内部分子结构独特，具有极好的吸附性，能吸收潮气，自动调节与保持湿润程度，冬暖夏凉。研究人员从乌拉草提取物中还发现，乌拉草含有丰富的植物蛋白和人体需要的锌、铁、钙等元素，能促进人体血液循环和新陈代谢，对改善睡眠质量、健脑醒目非常有利。因此，乌拉草的用途非常广泛，可以编织草鞋或用来填充在鞋中保暖防寒，不仅可以治疗脚气，还能避免冬天脚生出冻疮；也可以用来编织草褥或做床垫，不仅能抗菌防螨、冬暖夏凉，在使用的同时还可以嗅到大自然的芬芳，达到净化室内空气的奇妙功效；乌拉草还可以成为人造棉、造纸等的原材料，制备一些特殊功能的产品，但是这方面的研究相对较少。
目前有关乌拉草的专利集中在乌拉草纤维的提取及乌拉草的应用上，如中国专利cn201210183527.3介绍了一种采用超声波-化学联合脱胶工艺提取乌拉草纤维的生产方法，可提取出性能优良的乌拉草纤维，生产工艺具有操作简单，节约成本，清洁环保，节能高效等特点；中国专利cn201310485809.3介绍了一种采用生物化学联合脱胶法提取乌拉草纤维的方法，该方法提取后纤维分离度明显高于普通温水浸泡脱胶所得纤维，且与经高压蒸煮或化学脱胶的纤维相比虽柔顺性略差，但纤维强度更高，纤维品质没有明显受损，纤维色泽鲜亮，进一步满足了纺织行业的需要。但是上述提取乌拉草纤维的工艺均存在纤维素含量低、拉伸性能欠佳等缺陷。
有关乌拉草的应用均为实用新型专利，如专利cn201720311636.7介绍了一种含有乌拉草的鞋子，专利cn201721084160.4介绍了一种乌拉草鞋垫，专利cn201621209003.7介绍了一种防潮环保乌拉草床垫，专利cn201220237412.3介绍了一种乌拉草保健床垫，专利cn201621208816.4介绍了一种乌拉草保健床垫，这些专利的特点都是将乌拉草铺成草层或者作为填充材料放置在鞋子或床垫中起到一定的效果，使用一段时间后乌拉草会随着外力的作用发生位移，影响产品的性能和使用寿命，很难使其保健功能完全发挥出来。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种乌拉草纤维湿法成网非织造材料及其制备方法和应用，本发明制备的乌拉草纤维湿法成网非织造材料纤维素含量高，纤维均匀性、抗菌性和吸湿性能好，强度高，使用寿命长。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种乌拉草纤维湿法成网非织造材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用双相水溶液法提取乌拉草纤维；
(2)将步骤(1)所述乌拉草纤维和粘合材料分散在水中，得到乌拉草纤维悬浮液；
(3)将步骤(2)所述乌拉草纤维悬浮液湿法成网，得到乌拉草纤网；
(4)将步骤(3)所述乌拉草纤网进行干燥，得到乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
优选地，步骤(1)中所述乌拉草纤维的长度为5～15mm；所述乌拉草纤维的直径为40～60μm。
优选地，步骤(2)中所述乌拉草纤维悬浮液的浓度为0.15～1wt％。
优选地，步骤(2)中所述粘合材料包括粘合剂和/或低熔点纤维；所述粘合剂为水溶性聚氨酯；所述低熔点纤维包括es纤维、乙烯－乙烯醇共聚树脂纤维和聚酯纤维中的一种或几种。
优选地，在步骤(2)中所述分散过程中添加分散剂，所述分散剂为聚氧乙烯。
优选地，步骤(2)中所述分散在超声条件下进行，所述超声的功率为15～60khz。
优选地，步骤(3)中所述湿法成网在真空抽吸条件下进行，所述真空抽吸的真空度为-15～-10kpa。
优选地，步骤(4)中所述干燥的温度为120～150℃。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
本发明还提供了上述技术方案所述乌拉草纤维湿法成网非织造材料在家用纺织品和卫生材料中的应用。
本发明提供了一种乌拉草纤维湿法成网非织造材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用双相水溶液法提取乌拉草纤维；(2)将步骤(1)所述乌拉草纤维和粘合材料分散在水中，得到乌拉草纤维悬浮液；(3)将步骤(2)所述乌拉草纤维悬浮液湿法成网，得到乌拉草纤网；(4)将步骤(3)所述乌拉草纤网进行干燥，得到乌拉草纤维湿法成网非织造材料。本发明采用双相水溶液法能够除去乌拉草中的果胶、半纤维素，提高乌拉草纤维中纤维素的含量；然后将乌拉草纤维均匀分散在水中，为后续形成均匀的乌拉草纤网提供有利基础；在乌拉草纤网成型过程中，去除乌拉草纤维悬浮液中的水分，有利于在后续干燥过程中得到均匀性更好的非织造材料；在干燥过程中，将水分去除的同时，粘合材料固化，有利于提高乌拉草纤维湿法成网非织造材料的强度和透气性。本发明制备的乌拉草纤维湿法成网非织造材料纤维素含量高，纤维均匀性、抗菌性和吸湿性能好，强度高，透气性好，且制备方法简单，生产效率高，适宜制作枕套、床单等家用纺织品和卫生材料。
具体实施方式
本发明提供了一种乌拉草纤维湿法成网非织造材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用双相水溶液法提取乌拉草纤维；
(2)将步骤(1)所述乌拉草纤维和粘合材料分散在水中，得到乌拉草纤维悬浮液；
(3)将步骤(2)所述乌拉草纤维悬浮液湿法成网，得到乌拉草纤网；
(4)将步骤(3)所述乌拉草纤网进行干燥，得到乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
本发明采用双相水溶液法提取乌拉草纤维，在本发明中，采用双相水溶液法提取乌拉草纤维的具体步骤参见刘慧等著“双相水溶液法制备乌拉草纤维”，《东华大学学报》，2017年4月第43卷第2期。在本发明中，所述乌拉草纤维的长度优选为5～15mm，更优选为10～15mm；所述乌拉草纤维的直径优选为40～60μm，更优选为50～60μm。
得到乌拉草纤维后，本发明将所述乌拉草纤维和粘合材料分散在水中，得到乌拉草纤维悬浮液。在本发明中，所述粘合材料优选包括粘合剂和/或低熔点纤维；所述粘合剂优选为水溶性聚氨酯；所述低熔点纤维优选包括es纤维、乙烯－乙烯醇共聚树脂纤维和聚酯纤维中的一种或几种，更优选为es纤维或乙烯－乙烯醇共聚树脂纤维；所述低熔点纤维的熔点优选为120～150℃，更优选为120～130℃。在本发明中，当所述粘合材料为粘合剂时，粘合剂在水中的浓度优选为10wt％以下，更优选为8wt％以下；当所述粘合材料为低熔点纤维时，乌拉草纤维与低熔点纤维的重量比优选为(5～9)：(1～5)，更优选为(7～8)：(2～3)；最优选为7:3；当所述粘合材料为粘合剂和低熔点纤维时，粘合剂在水中的浓度优选为5wt％以下，乌拉草纤维和低熔点纤维的重量比优选为(7～9)：(1～3)。本发明在制备乌拉草纤维悬浮液的过程中，添加粘合剂和/或低熔点纤维，作用是在后续干燥时固化粘合乌拉草纤网，进而提高乌拉草纤维湿法成网非织造材料的强度以及透气率。
在本发明中，所述分散优选在超声条件下进行，所述超声的功率优选为15～60khz，更优选为25～50khz；超声的时间优选为5～20min，更优选为8～15min。本发明在乌拉草纤维分散过程中，可以添加分散剂或不添加分散剂，在本发明的实施例中，优选添加浓度为0.05wt％的聚氧乙烯作为分散剂，有利于提高乌拉草纤维在水中的分散均匀度。在本发明中，所述乌拉草纤维悬浮液的浓度优选为0.1～0.4wt％，更优选为0.1～0.2wt％。。
得到乌拉草纤维悬浮液后，本发明将所述乌拉草纤维悬浮液湿法成网，得到乌拉草纤网。在本发明中，所述湿法成网的具体步骤优选为：先将乌拉草纤维悬浮液输送至斜网成型装置上部的流浆箱中，加入水稀释，然后在斜网成型装置上形成乌拉草纤网。在本发明中，所述流浆箱中乌拉草纤维悬浮液与水的质量比优选为1:(20～40)。
在本发明中，所述湿法成网优选在真空抽吸条件下进行，所述真空抽吸的真空度为-15～-10kpa。在本发明中，所述斜网与水平面的夹角优选为10°～15°，更优选为12°～15°。
本发明对所述乌拉草纤网的厚度和孔径没有特殊的要求，根据乌拉草纤维湿法成网非织造材料的定量和孔径要求来进行设计即可。
得到乌拉草纤网后，本发明将所述乌拉草纤网进行干燥，得到乌拉草纤维湿法成网非织造材料。在本发明中，所述干燥优选采用接触式烘筒干燥，所述干燥的温度优选为120～150℃，更优选为120～130℃。本发明采用上述干燥方式有利于粘合剂或/和低熔点纤维粘合固网。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的乌拉草纤维湿法成网非织造材料。在本发明中，所述乌拉草纤维湿法成网非织造材料的定量优选为30～100g/m2，更优选为50～100g/m2；所述乌拉草纤维湿法成网非织造材料的透气率优选为197～304l/(m2·s)，更优选为276～304l/(m2·s)。
本发明还提供了上述技术方案所述乌拉草纤维湿法成网非织造材料在家用纺织品和卫生材料中的应用。在本发明中，所述家用纺织品优选包括床单、枕套等与人体相接触的家用纺织品；所述卫生材料优选包括擦拭材料等。本发明制备的乌拉草纤维湿法成网非织造材料尺寸稳定性好，强度高、生产效率高，对改善人体亚健康具有非常重要的意义。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
首先对乌拉草原料进行预氧处理：将乌拉草洗净烘干，浸入包括质量分数为8％的h2o2、1％的naoh和1％的jfc-2(中文名称为仲辛醇聚氧乙烯醚)组成的混合溶液中，浴比为1:20，在65℃条件下处理1.5h，取出后冷却至室温并冲洗干净，烘干到恒重；然后双相水溶液法提取乌拉草纤维：采用peg-2000/无机盐溶液体系，其中peg-2000配制成质量分数为10％的水溶液，无机盐溶液中含质量分数为3％的naoh、质量分数为1.5％的na2so3和质量分数为1.5％的na2co3；将peg-2000水溶液与无机盐溶液以质量比1:1均匀混合均匀，浴比为1:20，温度为90℃，时间为3h，得到乌拉草纤维，所得乌拉草纤维中纤维素含量为60％，乌拉草纤维的长度为5mm，直径为60μm；乌拉草纤维的断裂强度为2.2cn/dtex(检测标准为gb/t14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验法》)；乌拉草纤维的甲醛含量为0，对金黄色葡萄球菌的抗菌性为42.7％(检测标准为gb/t20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》)；乌拉草纤维的回潮率为14.3％；
得到乌拉草纤维后，将乌拉草纤维加入水中，体系浓度为0.1wt％，再加入0.05wt％的聚氧乙烯和3wt％水溶性聚氨酯，通过超声分散使乌拉草纤维均匀悬浮在水溶液中，得到乌拉草纤维悬浮液，其中，超声的功率为40khz；超声的时间为10min；
得到乌拉草纤维悬浮液后，将所述乌拉草纤维悬浮液输送至斜网成形装置上部的流浆箱中，再加入20倍重量的水稀释，然后在与水平方向呈10°夹角的斜网帘上沉积形成湿法纤网，大部分的水通过网下真空抽吸箱的作用被抽吸走，得到乌拉草纤网，其中，真空抽吸箱的真空度为-10kpa；
得到乌拉草纤网后，将所述乌拉草纤网采用接触式烘筒干燥，其中，干燥温度为120℃，得到定量为30g/m2的乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
实施例2
乌拉草纤维的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于采用双相水溶液法提取乌拉草纤维时，无机盐溶液中naoh的质量分数为2.5％，提取的温度为90℃，提取的时间为3h，所得乌拉草纤维中纤维素含量为60％，乌拉草纤维的长度为10mm，直径为40μm；乌拉草纤维的断裂强度为2.9cn/dtex(检测标准为：gb/t14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验法》)；乌拉草纤维的甲醛含量为0，对金黄色葡萄球菌的抗菌性为48.3％(检测标准为gb/t20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》)；乌拉草纤维的回潮率为13.5％；
得到乌拉草纤维后，将乌拉草纤维和es纤维按质量比7:3加入水中，体系浓度为0.2wt％，再加入0.05wt％的聚氧乙烯，通过超声分散使乌拉草纤维和es纤维混合均匀悬浮在水溶液中，得到乌拉草纤维和es纤维混合悬浮液，其中，超声的功率为50khz；超声的时间为15min；
得到乌拉草纤维和es纤维混合悬浮液后，将所述乌拉草纤维和es纤维混合悬浮液输送至斜网成形装置上部的流浆箱中，再加入20倍重量的水稀释，然后在与水平方向呈12°夹角的斜网帘上沉积形成湿法纤网，大部分的水通过网下真空抽吸箱的作用被抽吸走，得到乌拉草纤维和es纤维混合纤网，其中，真空抽吸箱的真空度为-12kpa；
得到乌拉草纤维和es纤维混合纤网后，将所述乌拉草纤维和es纤维混合纤网采用接触式烘筒干燥，其中，干燥温度为130℃，得到定量为50g/m2的乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
实施例3
乌拉草纤维的制备方法与实施例1相似，不同之处仅在于采用双相水溶液法提取乌拉草纤维时，无机盐溶液中naoh的质量分数为2.5％，提取的温度为80℃，提取的时间为3h，所得乌拉草纤维中纤维素含量为62％，乌拉草纤维的长度为15mm，直径为50μm；乌拉草纤维的断裂强度为3.1cn/dtex(检测标准为：gb/t14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验法》)；乌拉草纤维的甲醛含量为0，对金黄色葡萄球菌的抗菌性为50.2％(检测标准为gb/t20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》)；乌拉草纤维的回潮率为12.8％；
得到乌拉草纤维后，将乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维按质量比7:3加入水中，体系浓度为0.2wt％，再加入0.05wt％的聚氧乙烯，通过超声分散使乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维混合均匀悬浮在水溶液中，得到乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维混合悬浮液，其中，超声的功率为60khz；超声的时间为15min；
得到乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维混合悬浮液后，将所述乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维混合悬浮液输送至斜网成形装置上部的流浆箱中，再加入20倍重量的水稀释，然后在与水平方向呈15°夹角的斜网帘上沉积形成湿法纤网，大部分的水通过网下真空抽吸箱的作用被抽吸走，得到乌拉草纤维和低熔点聚酯纤维混合纤网，其中，真空抽吸箱的真空度为-15kpa；
得到乌拉草和低熔点聚酯纤维混合纤网后，将所述乌拉草和低熔点聚酯纤维混合纤网采用接触式烘筒干燥，其中，干燥温度为130℃，得到定量为100g/m2的乌拉草纤维湿法成网非织造材料。
试验例1
将实施例1～3制备得到的乌拉草纤维湿法成网非织造材料进行性能测试，所得结果见表1。
表1性能测试结果
由表1可以看出，本发明制备的乌拉草纤维湿法成网非织造材料具有较好的透气率和优异的强度以及韧性，具有较好的使用寿命和抗菌性能，是一种绿色环保、具有抗菌保健功能的家用纺织品材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。