袁 月，张传杰，崔 莉，刘 云,2，颜 超，朱 平,2



海藻/铜氨面膜基布的凝胶化改性及性能评价

袁 月1，张传杰1，崔 莉1，刘 云1,2，颜 超1，朱 平1,2*

（1. 武汉纺织大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430073；2. 青岛大学 纤维新材料及现代纺织国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266071）

通过两步法对海藻/铜氨混纺水刺面膜基布进行凝胶化改性，得到了遇水立即凝胶的面膜基布，并将其与市场上5种面膜进行性能比较。结果表明，改性后海藻/铜氨面膜基布面密度为31.44g/m2，厚度仅有0.116mm，透气性达到了4317.8mm/s，与传统面膜相比，不仅“轻”、“薄”，而且更透气。改性后海藻/铜氨面膜基布由于蒸发作用造成的损失最小，蒸发率仅为26.074%。而其保水量在20min 内达到0.03561g/cm2，一片面膜可为皮肤补充10.683g水分。而作为新型面膜，海藻/铜氨面膜具有优异的吸附金属的能力，对镉的吸附量达到1.35221mg/cm2，是一款理想的新型功能性面膜。

面膜；海藻纤维；凝胶；金属吸附

面膜可以同时解决肌肤五大问题：保湿、美白、控油、抗敏感和抗衰老。而日常护肤品往往只针对其中的部分问题，无法全面快速改善肌肤状况。面膜利用覆盖在脸部的短暂时间，暂时隔离外界的空气与污染，提高肌肤温度和扩张毛孔，促进汗腺分泌与新陈代谢，使肌肤含氧量上升。面膜中的水分渗入肌肤角质层，使其变得柔软，增加弹性；面膜中的胶黏性成分或粉状吸附剂能黏附皮肤表面和毛孔中的污垢、代谢废物和过多的油脂等，并将其彻底清除[1-3]。目前，面膜紧跟乳霜、化妆水、护手霜三大基础护肤品，成为第四大护肤消费品[4]。

面膜的剂型种类很多，目前市场上70%的面膜属于水刺非织造布。可用于生产水刺非织造面膜基布的纤维种类，常用的有天丝纤维、粘胶纤维、棉纤维、蚕丝纤维、铜氨纤维等。海藻纤维是以海洋生物质海藻为原料研发的一种新型纤维材料，具有优异的吸湿性、高透氧性、可生物降解性、生物相容性和金属离子吸附性等一系列优良的性能[5-6]，非常适用于制作美容面膜基布。

海藻/铜氨面膜基布是以海藻纤维和铜氨纤维为原料，通过两种纤维原料均匀共混、开松、梳理、成网、然后水刺加固得到的非织造布[7-8]。本文采用两步法对海藻/铜氨面膜基布进行化学改性，制备能够遇水形成凝胶体的面膜基布，并与市场常用的面膜基布进行性能对比，为此类新型面膜的研发和推广应用提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料及药品

本实验选用6种不同成分的水刺非织造布面膜基布，其中1＃样品为天丝纤维面膜基布（美国杜邦）；2＃样品为铜氨纤维面膜基布（日本旭化成）；3＃样品为天丝纤维面膜基布（安徽世纪蓝海纤维科技股份有限公司）；4＃样品为纯棉纤维面膜基布（安徽世纪蓝海纤维科技股份有限公司）；5＃样品为铜氨/天丝混纺面膜基布（安徽世纪蓝海纤维科技股份有限公司）； 6＃样品为海藻/铜氨面膜基布（安徽世纪蓝海纤维科技股份有限公司）。

1.2 实验仪器

YG461E-Ⅲ型全自动透气量仪：宁波纺织仪器厂；YG141L型织物厚度仪：莱州市电子仪器有限公司；TGL-16M型高速台式冷冻离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司。

1.3 海藻/铜氨面膜基布的凝胶化改性

预处理：配制质量百分比浓度为0.5%的HCl水溶液200 mL，然后将规格为15cm×15cm的海藻/铜氨面膜基布投入上述溶液中静置浸泡处理30 min；采用蒸馏水连续冲洗处理后的面膜基布，直至洗脱液为中性或pH值不再变化，然后将样品平铺于50℃烘箱中，干燥至恒重，备用。

改性处理：配制浓度为5mmol/L的氢氧化钠/乙醇溶液200 mL；将预处理后的样品投入上述溶液中静置浸泡处理30 min，然后将样品平铺于50℃烘箱中，干燥至恒重。

将改性处理后的面膜基布命名为7＃样品。

1.4 物理性能测试

参照GB/T 6503-2008《化学纤维 回潮率试验方法》测试试样的回潮率。参照GB/T 24218.1-2009 纺织品 非织造布试验方法 第1部分：《单位面积质量的测定》测试试样的面密度。参照标准GB/T24218.1-2009 纺织品 非织造布试验方法 第2部分：《厚度的测试》测试试样的厚度。参照标准GB/T5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》测试试样透气性。

1.5 样品的结构表征

将制备出的样品放在烘箱中烘干，将样品用导电胶粘连在样品台上，进行喷金处理，然后pHenom-World BV型台式扫描电镜观察改性前后海藻/铜氨面膜基布，测试样品的表面形貌，电压为5 kV。

1.6 吸水量和保水量测试

取一定量的试样，烘至恒重后称重，记为M0（g）。将称重后的试样浸入蒸馏水中，1 min后取出，待无水滴从样品滴落后，称重，记为M1（g）；然后将该样品装入底部带有小孔的离心套管内，采用3000 r/min的转速离心脱水5 min，取出试样，称重，记为M2（g）。试样的吸水量N1和保水量N2，按照如下公式计算，测试10次取平均值。

1.7 持液性能测试

本实验用37℃±3℃的水袋模拟人体皮肤的温度，将面膜敷于水袋以模拟人脸贴敷过程，以面膜中水分的流失情况表征面膜的持液性能。实验中采用头层黄牛皮模拟皮肤、多层滤纸模拟吸收层，牛皮颜色为棕黄色，沾水后颜色会加深，滤纸沾水后颜色也会变深，面膜在其表面敷用、渗透时非常好辨识，具体模型如图1。具体的实验步骤如下：

图1 持液性测试模型

(1)将面膜基布裁剪成5cm×5cm的试样，并称重，记为m0。

(2)将面膜基布在蒸馏水中浸泡5 min，取出后竖直静置1min至无液滴滴下，然后称重，并记为M，最后将润湿的面膜平铺于水袋上，同时开始计时。

(3)贴敷面膜5 min后将面膜剥离水袋，并称重，记为mt；将称重后的面膜再敷于水袋上，每5 min重复以上操作。

面膜的持液性能由其蒸发率衡量，蒸发率越大面膜的持液性能越差；反之，面膜的持液性能越好，面膜的蒸发率按照式(3)计算。

1.8 补水性能测试

本实验采用头层黄牛皮模拟面部皮肤、多层滤纸模拟脸部吸收层，面膜在其表面敷用，以模拟面膜的补水过程。面膜补水性能的实际测试如图2，具体的测试方法如下。

图2 补水性测试模型

(1)先在玻璃皿中平铺多层滤纸，然后将头层牛皮裁剪成6 cm× 6cm大小并铺于多层滤纸之上，将玻璃皿、滤纸、头层牛皮的组合命名为模拟皮肤，并称重，记为A0。

(2)将面膜基布裁剪成5cm×5cm的试样，并称重，记为m0。然后将面膜基布在蒸馏水中浸泡5 min，取出后竖直静置1 min至无液滴滴下，再称重，并记为m；最后将湿润的面膜平铺于模拟皮肤上，同时开始计时。

(3)贴敷面膜1 min后，将面膜剥离模拟皮肤，然后将模拟皮肤称重并记为At；称重后将面膜再次敷于模拟皮肤上,每1 min重复以上操作。

面膜的补水性能由补水量和补水率两个指标衡量，补水量和补水率越高，表明面膜的补水效果越好。面膜的补水量和补水率按照式(4)和式(5)计算。

1.9 吸附重金属性能测试

(1)准确称取15.36g CdSO4·8/3H2O、15.78g NiSO4·6H2O，加入至600mL蒸馏水中，配置成含有金属离子的溶液。再向其中加入12.6g琼脂粉，于120℃高温溶解。降温至80℃左右并快速倒入表面皿中，待其冷却固化。

(2)将面膜基布裁剪成规格为7.5cm×10cm的试样，将试样敷于含有Cd2+、Ni2+的琼脂上，经充分吸收后取出。

(3)将吸收了Cd2+、Ni2+的面膜基布灰化、酸化，加水定容于50mL容量瓶中，用移液枪吸取5mL并加水稀释定容于50mL容量瓶，用ICP2060T型ICP单道扫描电感耦合等离子发射光谱仪测试其Cd2+、Ni2+的浓度。

2 结果与讨论

2.1 吸水量和保水量

吸水量反映了无纺布吸收水份的能力，吸收的水分子可能存在于纤维间的空隙中，吸附在纤维的表面和无定形区内，也可能存在纤维大分子间，形成凝胶体。以前两种形式存在于样品中的水分子，可以通过高速离心脱除，所以在考察样品是否凝胶时，不仅要测量其吸收水分的能力即吸水量，更要测量其保有水分的能力即保水量。

表2 7种面膜基布吸水量及保水量

7种面膜基布的吸水量及保水量如表2所示。其中7#的吸水量、保水量均为最大，并且其值远大于其他面膜基布，充分说明不论是自然状态还是外力作用下，凝胶化的海藻/铜氨面膜保有水分的能力都是最强的。

将改性前、后的铜氨/海藻面膜基布浸泡在水中各5min后取出，竖直静置至无水滴滴下，可以看出：改性前的试样依然保持着网孔水刺布的形貌，网孔保持完整。而改性后的试样网孔已全部消失，并且呈现出吸饱水的凝胶状。

图3 改性前、后铜氨/海藻面膜基布吸水后状态

2.2 物理性能

从表3中可以看出：总体上7种面膜基布的厚度与面密度有很大的关系。而海藻/铜氨面膜基布在面密度与铜氨/天丝面膜基布相仿的情况下，厚度却可以达到比其一半还要薄，这主要是因为海藻/铜氨混纺水刺面膜基布为网孔式纹路，纤维互相缠结紧密，如图4中a所示。而改性后的海藻/铜氨面膜基布由于经过酸、碱处理后纤维间的结点有些已经被破坏，烘干后基布较改性前更蓬松，厚度也有所增加，如图4所示。

表3 7种面膜基布物理性能

图4 改性前、后海藻/铜氨水刺面膜基布SEM照片

(a)改性前海藻/铜氨面膜基布；(b)改性后海藻/铜氨面膜基布

而就回潮率而言，不同面膜基布的回潮率与纤维成分有很大关系，天丝、铜氨纤维、海藻纤维这些再生纤维素纤维的回潮率在10%至15%之间，而天然纤维，如棉纤维的回潮率则在8%左右。

通过对7种面膜基布基本性能的测试，其中不乏世面上非常流行的美国杜邦面膜基布（1#）以及日本384面膜基布（2#），但海藻/铜氨混纺水刺面膜基布不仅面密度低，而且厚度小，实现了真正的“轻、薄”。

2.3 透气性能

图5 7种面膜基布透气性

图6 7种面膜基布蒸发率变化

作为面膜基布使用的非织造布，要求非织造材料具有一定的透气性。从图5中可以看出：7种面膜基布的透气性均在2000mm/s以上，海藻/铜氨面膜基布的透气性明显高于其他面膜基布。透气性的好坏主要取决于织物中孔隙的数量与大小。从图2中我们可以明显看到6#、7#具有网孔纹路，这在很大程度上有利于气体的通过，使得其透气性相较于其他材料有很大的提升。另外基布厚度也是影响透气性的一个因素。厚度小则气体通过的路径短，受到的阻力也小，因此海藻/铜氨基布相较于其他基布更薄的特性也更有利于其透气性的提升。

2.4 持液性能

实验过程中，室温为20℃，湿度为40%左右，符合一般敷用面膜的环境条件，实验时间参考敷一片面膜的时间，定为20min。在实验过程中，面膜在相对较长的一段时间里都能保持湿润的状态，可是实验后期均呈现出明显的失水，面膜由透明状逐渐变为白色，仅有7#能一直保持透明状，7#面膜蒸发率增长的速率最慢，并在实验时间内蒸发率是最低的，说明改性后的海藻/铜氨面膜由于蒸发作用造成的水分流失是最小的即持液性能最佳。

2.5 补水性能

图7 7种面膜基布补水率变化

图8 7种面膜基布补水量变化

化妆品皮肤吸收效果测定主要有两种方法，皮肤吸收的体内实验和渗透的体外试验方法[9]，本次实验采用体外实验法。在实验中前6种面膜中的水分迅速的向牛皮转移，牛皮颜色很快变深，极短的时间内面膜渐渐失水至不再与牛皮贴合。同时，由于存在水分的蒸发作用，牛皮吸收的水分质量会略微降低。所以在图7、8中，前6种面膜的补水率曲线、补水量曲线均呈现为略微有下降趋势的直线。而7#面膜即改性后的海藻/铜氨混纺面膜由于充分吸收水分后形成凝胶体，将大量水分固定在纤维内部，在贴于牛皮上后，水分缓慢释放。所以其补水率、补水量均缓慢增加。虽然在实验时间内7#的补水率不及前6种，但是其补水量在5min后均超过了前6种面膜，并在20min时补水量达到了0.03561g/cm2,即正常状态下敷一片面膜20min可为皮肤补充至少10.683g水分(以人脸最小面积300cm2算）。

2.6 吸附性能

实验进行12h，模拟长期使用面膜的效果，吸附量如表4所示。

表4 7种面膜基布吸附金属含量

化妆品中重金属包括砷、镉、铅、镍、汞等，本次实验模拟镉、镍在人体皮肤上的残留以及海藻纤维面膜对这两种重金属的吸附。由表4可知，改性前、后海藻面膜(6#、7#)对于金属离子的吸附量远高于其他面膜，其中6#、7#对Cd2+的吸附量更可达到其他面膜吸附量的近10倍，充分证明了海藻面膜对于化妆品中的残留的金属离子Cd2+、Ni2+有吸附作用，相较于市场上普通的面膜具有特殊的功能性。

3 结论

本文通过两步法对海藻/铜氨混纺水刺面膜基布进行凝胶化改性，并将改性前、后的面膜基布与市场上5种面膜基布进行性能对比，得出如下结论：通过HCl溶液、NaOH乙醇溶液的先后处理，改性后的海藻/铜氨面膜基布遇水立即凝胶，保水量达到21.18g/g，具有很好的保水性能。海藻/铜氨面膜基布相较于其他面膜基布不仅面密度为31.44g/m2、厚度仅有0.116mm，而且透气性达到了4317.8mm/s，做到了面膜要求的的“轻、薄、透气”。改性后海藻/铜氨面膜基布在模拟皮肤上的由于蒸发作用造成的损失最小，蒸发率仅为26.074%。而其保水量在20min 内达到0.03561g/cm2,一片面膜可为皮肤补充10.683g水分。海藻/铜氨面膜相较于市场上流行的面膜基布，具有优异的金属吸附性，对Cd2+的吸附量更是其他面膜吸附量的近10倍、，达到1.35221mg/cm2。

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Gelation Modification and Performance Evaluation of Alginate Fibre/Cuprammonuium Mask Substrate

YUAN Yue1, ZHANG Chuan-jie1, CUI Li1, LIU Yun1,2, YAN Chao1, ZHU Ping1,2

（1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China; 2 State Key Laboratory of New Fiber Materials and Modern Textile, Qingdao University, Qingdao Shandong 266071, China）

In order to make alginate mask substrate transform into gel immediately when they absorbed liquid, alginate fibre/ cuprammonuium mask substrate were modified through two steps, and compare it with 5 kinds of mask on the market. The results show that the modified mask substrate surface density is 31.44g/m2, the thickness is only 0.116mm, the permeability reached 4317.8mm/s, compared with the traditional mask, not only "light", "thin", but also more breathable. The evaporation loss of modified mask is the smallest, evaporation rate is only 26.074%.The amount of water in the 20min to reach 0.03561g/cm2, a mask can be added 10.683g moisture to the skin. As a new type of mask, alginate fibre/ cuprammonuium mask has excellent ability to absorb metal, adsorption capacity of cadmium is up to 1.35221mg/cm2, which is a new type of functional mask.

mask; alginate fiber; gel; metal adsorption

TS156.667

A

2095－414X(2017)06－0031－06

通讯作者：朱平（1957-），男，教授，楚天学者，研究方向：天然高分子功能材料.

湖北省教育厅中青年人才项目（Q20151607）.