【德佑·擦亮绿色未来】获奖作品展：艾草精油微胶囊改性超细ES纤维抗菌非织造材料
2025-09-261
9月4日，第十三届“金三发·德佑”杯全国大学生非织造材料开发与应用双创大赛成果发布会在上海新国际博览中心举行。本届大赛共评出特等奖1项，一等奖3项（含“德佑·擦拭未来之星”1项），二等奖15项（含“德佑·绿色发展奖”5项），三等奖57项。其中，“德佑·擦拭未来之星”奖项从包装设计、材料选择、结构设计、成分功效等方面探索未来的擦拭产品形态与功能；“德佑·绿色发展奖”奖项从材料选择、工艺研究、加工整理、循环再生等方面探索擦拭产品的绿色发展。
接下来，我们将推出【德佑·擦亮绿色未来】栏目，呈现“德佑·擦拭未来之星”“德佑·绿色发展奖”的创新与可持续解决方案。
艾草精油微胶囊改性超细ES纤维抗菌非织造材料
随着人们健康意识的提升和卫生用品市场的快速发展，传统非织造材料在抗菌性能、皮肤亲和性等方面已难以满足高端应用要求。本作品旨在开发一种具有高效抗菌功能的超细ES纤维热风非织造布，以满足一次性卫生材料领域对舒适性、安全性和功能性的多元化需求。本研究采用PP/PE皮芯复合纤维体系，通过1.0D与1.5D纤维的精确混纺调控材料孔隙结构与柔软度，结合热风粘合技术实现纤维间的三维网络构建，在保证材料透气性的同时获得优异的力学性能。同时，作品通过β-环糊精包合技术将艾草精油制备成微胶囊，并借助壳聚糖的天然抗菌性和生物粘附性构建双重抗菌体系，该设计不仅解决了植物精油易挥发的技术难题，还通过柠檬酸改性壳聚糖增强了微胶囊壁强力，提高微胶囊的持久度和长效缓释性能。采用“二浸二轧”工艺使微胶囊在非织造布中实现梯度分布，既保证了表面抗菌效果，又维持了材料的内层透气功能。该研究为天然抗菌剂在卫生材料的绿色化发展提供新思路，对提升我国高端医用敷料和个人护理产品的核心竞争力具有实践价值。1.0D、1.5D ES纤维；β-环糊精；壳聚糖；柠檬酸；艾草精油（1）制备热风非织造布：将3.67g1.0D ES纤维与2.45g ES纤维混合，充分开松后梳理成30g/m2纤维网，之后在温度160℃、风压7.0Kpa、网帘移动速度0.2m/s条件下进行热风粘合。（2）制备艾草精油微胶囊：为解决艾草精油易挥发、易氧化、不稳定的缺点，本作品选用β-环糊精为壁材，艾草精油为芯材，通过共沉淀法制备艾草精油微胶囊。将2.0gβ-环糊精溶于100ml去离子水中；将完全融化后的β-环糊精溶液转移至恒温搅拌器上，匀速滴加艾草精油，密闭搅拌2h，确保艾草精油充分分散并与β-环糊精实现充分包埋，β-环糊精与艾草精油用量为4:1；将混合体系静置12h，配制壳聚糖-柠檬酸溶液，将1.0g壳聚糖溶解于100ml 1%柠檬酸溶液中；将沉淀物倒入壳聚糖-柠檬酸溶液中搅拌1h，再将混合体静置12h，之后通过抽滤装置分离出沉淀物，放置在50℃鼓风干燥箱中烘燥12h。（3）将超细纤维热风非织造布置入含有5wt%艾草微胶囊抗菌整理剂中浸泡2h，之后采用“二浸二轧”的方式在辊压为0.1MPa压力下浸轧，最后将非织造布置于60℃烘箱中干燥3h。对抗菌整理后的热风非织造布进行物理性能测试结果显示，此作品作为一次性卫生用品面层材料时具备良好的使用效果。通过计算可得，经过艾草抗菌整理的热风非织造布对大肠杆菌的18h抗菌率达到96.41%。通过计算可得，经过艾草抗菌整理的热风非织造布对金黄色葡萄球菌的18h抗菌率达到99.27%。超细ES纤维热风非织造材料具有无毒无害、无刺激性的安全性特征，同时具备柔软、蓬松的质地和较高的拉伸强度，满足卫生产品安全性、舒适性和可靠性的多重要求，经过β-环糊精/艾草微胶囊抗菌整理后，产品具有优异的抗菌效果，因此可用于抗菌卫生用品。原料创新：选用1.0D超细ES纤维和1.5D ES纤维按照6:4的比例进行混纺， 1.0D纤维的加入可以减小孔隙尺寸、增加孔隙数量，从而改善织物的结构紧密性和柔软度；而1.5D纤维的加入则会提供更好的力学性能和功能性。两种纤维混纺，确保了非织造布的强力的同时，使材料更加蓬松柔软，更适合用作贴肤一次性卫生用品。工艺创新：本作品在传统艾草精油微胶囊制备工艺的基础上，再进行一次壳聚糖处理，使微胶囊囊壁更坚固，降低微胶囊破裂风险，提高了材料的长效抗菌功能，且壳聚糖本身就具有天然的抗菌性和生物粘附性，其加入提高了材料的抗菌能力。同时，本实验使用柠檬酸代替常用的乙酸去溶解壳聚糖，柠檬酸对壳聚糖具有较高溶解能力的同时不会对皮肤产生刺激，且柠檬酸和壳聚糖之间会产生离子交联和化学交联，使微胶囊囊壁强度更高，有助于提高微胶囊的缓释性能。已知生产1m2艾草抗菌热风非织造布需要18g1.0D ES纤维，1.5D ES纤维12g，β-环糊精20g，壳聚糖10g，柠檬酸10g，艾草精油5g；根据市场价值估计，生产1m2非织造布所用纤维成本共0.11元左右，β-环糊精预计3元，壳聚糖预计5元，柠檬酸预计0.3元，艾草精油预计2.5元，再加上水电成本，产品总成本预估12元/m2。本次大赛主题为“创新与可持续”，本作品完美契合主题（1）在创新性方面:采用1.0D和1.5D超细ES纤维混纺优化材料结构，结合热风粘合技术提升力学性能和透气性，体现了纤维原料与加工工艺的创新结合。此外，通过β-环糊精包合技术制备艾草精油微胶囊，并创新性地引入壳聚糖-柠檬酸交联体系增强微胶囊稳定性，解决了天然抗菌剂易挥发、难持久的技术难题，实现了长效缓释抗菌功能。这种“物理结构调控+化学功能修饰”的协同设计思路，为非织造材料的性能优化提供了新方法，符合大赛对创新性的要求。（2）在可持续性方面：作品积极响应绿色发展的时代趋势。艾草精油作为天然抗菌剂，替代了传统化学抗菌剂，减少了对环境和人体的潜在危害；壳聚糖和柠檬酸均为生物可降解材料，符合环保要求。同时，热风非织造布的生产工艺能耗较低，且微胶囊整理采用浸轧工艺，避免了有机溶剂的使用，进一步降低了环境负荷。这些设计不仅提升了产品的生态友好性，也为非织造材料在卫生领域的可持续应用提供了示范。从作品的应用领域方面：一次性卫生用品具有广泛的市场需求和社会价值。通过赋予材料优异的抗菌性、舒适性和安全性，作品推动了高端卫生用品的升级换代，符合大赛“发掘新产品及新应用领域”的宗旨。
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