抗菌蠶絲水刺非織造布制造工藝及其性能研究

向天夏 張富山 孫曉麗 靳向煜

(1.福建恒安集團有限公司，泉州，362261;2.東華大學紡織學院，上海，201620)

蠶絲纖維是天然蛋白質纖維，蠶絲中的絲肽含有18種對人體有益的氨基酸，與人體皮膚相適性好，無刺激，無污染，而且具有護膚、養顏、減緩肌膚衰老的功能［1］。采用蠶絲纖維和黏膠纖維作為原料，經過水刺工藝制成的水刺非織造布具有質地柔軟、手感舒適、纖細光滑等特點，并具有優雅珍珠般的光澤。將蠶絲水刺非織造布應用于高檔紙尿褲和衛生巾的面料以及美容護膚品等，可擴大蠶絲纖維的應用領域，使產品更具多樣化，并可進一步提高其附加值。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

1.1.1 原材料

(1)蠶絲纖維：1.2 dtex×38 mm，斷裂強度3.7 cN/dtex;

(2)黏膠纖維：1.67 dtex×38 mm，斷裂強度2.27 cN/dtex。

1.1.2 藥品

金黃色葡萄球菌(ATCC6538)，大腸桿菌(8099)，白色念珠菌(ATCC10231);乙二胺四乙胺(EDTA)，營養瓊脂培養基，沙氏瓊脂培養基，磷酸鹽緩沖液(PBS溶液)，生理鹽水，有效含量為20%的癸甲溴銨。

1.1.3 儀器

電子天平，HANDLE-O-METER(Model 211-300)柔軟度儀，HD026N型電子織物強力儀，磁力攪拌機，恒溫培養箱，101-1-BS型電熱恒溫鼓風干燥箱，電熱高壓蒸汽滅菌鍋。

1.2 抗菌整理劑的制備

在去離子水中加入質量分數為0.05%的EDTA，螯合水中殘留的Ca2+、Mg2+離子，將癸甲溴銨溶于去離子水中，加入PBS溶液，將溶液調節至中性，配制成四種不同濃度的癸甲溴銨抗菌劑溶液［2］。溶液中癸甲溴銨的質量分數分別為0.1%、0.2%、0.3%和 0.4%。

1.3 水刺工藝

蠶絲纖維與黏膠纖維分別按 5∶5、2∶8、1∶9 比例(質量比)混合，纖維經過開松、混棉、梳理，形成纖網，纖網吸附在轉鼓式水刺機［3］的轉鼓上進行水刺，經過高壓水針的正反噴射，纖維之間互相纏結，纖網得以加固(圖1)。水刺頭1、2、3和4的壓力分別設為 5.5、6.0、8.0 和 9.0 MPa，網簾速度80 m/min。第二、三、四道水刺壓力是影響材料強力不勻率與外觀的主要因素，其中以第二道水刺的壓力尤為重要。如水刺壓力過小，會使纖網加固不牢，出現分層現象，下表面與網簾黏結而造成纖網表面粗糙，布面均勻度下降，分層、起毛現象嚴重;如水刺壓力過大，則纖維產生滑移，使纖維排列雜亂、纏結度下降，從而加大縱橫向強力比值，還會對纖維造成損傷。若第二道水刺壓力值設定合理，則纖網表面會比較細膩，紋路比較清晰。第三道和第四道水刺是對樣品的另一面進行水刺，此時材料基本成型，所以壓力要在之前基礎上依次提高。

圖1 水刺加固示意

1.4 抗菌整理工藝

采用在線轉移涂布工藝。用癸甲溴銨質量分數為 0.1%、0.2%、0.3%和 0.4%抗菌整理劑分別對蠶絲非織造布進行抗菌整理，上液率為20%，在90～130℃下烘干，制成面密度為40 g/m2的抗菌蠶絲水刺非織造布。

1.5 性能測試

(1)抗菌性能：按GB/T15979—2002《一次性使用衛生用品衛生標準》測試。

(2)多次皮膚刺激性試驗和皮膚變態反應試驗：按GB15979—2002《一次性使用衛生用品衛生標準》進行試驗。

(3)斷裂強力：按 FZ/T60005—1991《非織造布斷裂強力及斷裂伸長的測定》測試。

(4)柔軟度：參考GB/T8942—2002《紙柔軟度的測定》測試。

2 結果與討論

2.1 力學性能

從表1可以看出，在面密度相同的情況下，蠶絲的含量越多，水刺非織造布的強力越大。所用的蠶絲纖維比黏膠纖維細，在面密度相同的條件下，纖維越細，纖維的根數越多，成形纖網纖維間的接觸點越多，接觸面積越大，纖維間的抱合力越強，故而增強了非織造布的強力。另外，單根纖維的強度也會影響非織造布的強力［4］，所用的蠶絲纖維斷裂強度為3.7 cN/dtex，黏膠纖維的斷裂強度為2.27 cN/dtex。在相同水刺工藝條件下，非織造布組織結構基本相同，由單纖強度大的纖維組成的纖維集合體比由單纖強度小的纖維組成的纖維集合體強力大，所以蠶絲纖維含量越大，蠶絲水刺非織造布的強力越大。

表1 力學性能測試結果

2.2 柔軟度

本試驗采取直鋪成網方式，大部分纖維沿材料輸出方向(縱向)排列。在縱向彎曲時，纖維本身的重力承擔了部分使纖維彎曲的扭力，而且彎曲的方向與纖維處于同一平面;在橫向彎曲時，因沿橫向排列的纖維少，部分纖維彎曲的方向與纖維排列方向處于不同平面，故需要克服更大的彎曲扭矩。因此，縱向的彎曲剛度比橫向小很多，即縱向的柔軟性較橫向好。

蠶絲纖維的主體是絲素，絲素是一個集合體，由結晶區(β角朊大分子有序平行排列)和非結晶區(β折疊大分子低序排列)組成［5］，這兩種分子構象都有利于分子中單鍵的旋轉且鍵角具有一定的柔性，從而使蠶絲纖維比普通纖維的柔軟性更好。柔軟度測試結果示于圖2，可見隨著蠶絲纖維比例的增加，蠶絲非織造布的柔軟性趨好。

圖2 蠶絲纖維含量對非織造布柔軟度的影響

2.3 抗菌整理劑用量對抗菌性能的影響

從表2可以看出：抗菌劑質量分數為0.1%時，對蠶絲水刺非織造布上的大腸桿菌抑菌效果已經達到最佳;由0.1%增大到0.2%時，對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率顯著提高;當達到0.3%和0.4%時，總的抑菌效果達到最佳。由此可見，隨著抗菌整理劑濃度的增大，對蠶絲水刺非織造布上的金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率逐漸增大，抑菌效果越來越好。對于一次性衛生用品，不需要考慮材料洗滌后的效果，為了節約成本并達到理想的抑菌效果，抗菌劑質量分數以選取0.2%～0.3%為宜。

表2 抗菌整理劑濃度對蠶絲水刺非織造布抗菌性能的影響

2.4 皮膚刺激性試驗和變態反應試驗結果

選用抗菌劑質量分數為0.3%的抗菌整理劑整理的蠶絲水刺非織造布，由福建省疾病預防控制中心進行了多次皮膚刺激性試驗和皮膚變態反應試驗。抗菌蠶絲水刺非織造布對3只家兔的多次完整皮膚刺激試驗連續進行14 d，其刺激反應積分均為0分，刺激強度屬無刺激性。皮膚變態反應試驗結果列于表3，也未見皮膚變態反應。

表3 抗菌蠶絲水刺非織造布皮膚變態反應試驗結果

3 結論

(1)采用蠶絲纖維和黏膠纖維為原料制成水刺非織造布，在面密度相同的情況下，蠶絲的含量越多，水刺非織造布的強力越大，柔軟性越好。

(2)在抗菌劑質量分數為0.2%～0.3%的條件下，對蠶絲水刺非織造布進行整理，既能節約成本，又能使非織造布具有良好的抗菌效果，對皮膚無刺激性，且未見皮膚變態反應。

［1］中國紡織大學絹紡教研室.絹紡學：上冊［M］.北京：紡織工業出版社，1991：2-10.

［2］張富山，黃翠玉，湯國開.一種衛生材料：中國，200810130729.5［P］.2009-12-30.

［3］許羅力，吳海波，柯勤飛，等.真絲水刺法非織造布工藝及性能分析［J］.非織造布，2009，17(5)：25-27.

［4］柯勤飛，靳向煜.非織造學［M］.上海：東華大學出版社，2010：18-20.

［5］于偉東.紡織材料學［M］.北京：中國紡織出版社，2007：54-55.