染整加工條件對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

孫 靜 高曉紅 方 婧 蔡小斌

(南通大學，江蘇南通，226019)

棉纖維是一種重要的天然纖維，具有穿著舒適、手感柔軟、透氣透濕等優良的服用性能，已經被廣泛應用在服裝領域[1]。但棉是一種親水性多孔纖維，容易受到微生物的破壞[2]。因此對棉纖維及其制品進行抗菌整理非常必要。

以棉纖維為基質原位還原納米銀，制備載銀棉纖維。此類載銀棉纖維可保護皮膚不受細菌及微生物(螨蟲等)侵害，具有除臭防臭的功效[3]，從而應用于需要高效抗菌的特定場合。然而，在后續的染整加工過程中(退漿、精練、漂白、絲光、染色等)用到的酸、堿、氧化劑、還原劑等可能會對載銀棉纖維混紡紗產生影響。

本文以棉纖維為基質制備載銀棉纖維，并與普通棉纖維混紡制成載銀棉混紡紗，研究染整加工參數(酸、堿、氧化劑、還原劑等)對其斷裂強力的影響，為其廣泛應用奠定基礎。

1 試驗

1.1 材料、藥品

材料：棉纖維(南通雙弘紡織有限公司)，載銀棉纖維(自制)。

藥品：營養瓊脂(上海博微生物科技有限公司)，魚粉蛋白胨(上海潤捷化學試劑有限公司)，牛肉浸膏(上海潤捷化學試劑有限公司)，氯化鈉(上海潤捷化學試劑有限公司)，氫氧化鈉(上海潤捷化學試劑有限公司)，磷酸二氫鈉(上海蘇懿化學試劑有限公司)，磷酸二氫鉀(上海潤捷化學試劑有限公司)，連二亞硫酸鈉(西隴化工股份有限公司)，次氯酸鈉(西隴化工股份有限公司)，乙酸(江蘇強盛功能化學股份有限公司)，亞硫酸氫鈉(上海試四赫維化工有限公司)

1.2 試驗方法

1.2.1 載銀棉混紡紗的制備

載銀棉纖維和普通棉纖維分別梳棉制成生條，經FA305型并條機(兩道)、FA422型粗紗機、EJM128K型細紗機紡制成載銀棉混紡紗。

1.2.2 理化試驗

配制濃度為5 g/L ～300 g/L的氫氧化鈉溶液，分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗，在濃度為5 g/L～50 g/L氫氧化鈉溶液中30 ℃水浴振蕩30 min，在濃度為150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中30 ℃水浴振蕩5 min，然后將紗線洗凈、烘干，測試紗線的斷裂強力。

分別配制濃度為0.4 g/L ～4.0 g/L的次氯酸鈉溶液；濃度為0.4 g/L～4.0 g/L的過氧化氫溶液；濃度為1 g/L～30 g/L的亞硫酸氫鈉溶液；濃度為1 g/L～30 g/L的連二亞硫酸鈉溶液；用醋酸和氫氧化鈉配制pH值為3～11的溶液，再分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗，在各個溶液中30 ℃水浴振蕩30 min，然后將紗線洗凈、烘干，測試紗線的斷裂強力。

分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗置于溫度設置為80 ℃～240 ℃的烘箱中烘30 min，然后測試紗線的斷裂強力。

1.3 測試方法

1.3.1 紗線斷裂強力的測試

使用YG061F/P型單紗強力儀，測定混紡紗線的斷裂強力。測試長度為250 mm，速度為500 mm/min，時間為10 s。試驗次數為30次，求平均值。

1.3.2 耐水洗性測試

參照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》中附錄C的簡化洗滌條件及程序，對待測的載銀棉混紡紗分別進行5次、30次、50次的標準洗滌，以評價紗線抗菌效果的耐水洗性。

1.3.3 混紡紗抗菌性能測試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價》，采用振蕩法對載銀棉纖維進行試驗研究，選用具有代表性的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為試驗菌種，測試出抑菌率。

2 結果與討論

2.1 載銀棉混紡紗的制備

按1.2.1的試驗方法制備載銀棉混紡紗。在并條過程中以棉生條和載銀棉生條共8根同時喂入，通過不同的并合方法得到不同載銀棉纖維含量的混紡紗。并合方法有4種：1根載銀棉生條+7根棉生條，即生產出1/8載銀棉條；2根1/8載銀棉條+6根棉生條；1根1/8載銀棉條+7根棉生條，即生產出1/64載銀棉條；2根1/64載銀棉條+6根棉生條。為了準確計算各載銀棉混紡紗中載銀棉纖維含量，稱取了各條子質量：載銀棉生條的定量為18.37 g/5 m；普通棉生條的定量為16.71 g/5 m；1/8載銀棉條的定量為18.22 g/5 m；1/64載銀棉條的定量為18.14 g/5 m。由此可依次得出以上四種載銀棉混紡紗中的載銀棉纖維實際含量分別為13.6%、3.6%、1.8%、0.5%。各紗線圖片如圖1所示。

(a)13.6%

(b)3.6%

(c)1.8%

(d)0.5%

圖1 不同載銀棉纖維含量的載銀棉混紡紗

2.2 載銀棉纖維含量對載銀棉混紡紗的影響

不同含量載銀棉纖維混紡紗的斷裂強力和K/S值見表1。

表1不同載銀棉纖維含量的混紡紗性能

載銀棉纖維含量/%斷裂強力/cNK/S值0 0.51.83.613.61301311281261250.127 90.169 80.189 40.246 20.273 5

由表1可知，隨著載銀棉纖維含量的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強力稍有降低，K/S值逐漸增大。這是由于納米銀的加入使得纖維中存在應力集中的現象，從而導致載銀棉混紡紗的斷裂強力隨載銀棉纖維含量的增加而略有降低，但是下降幅度不大。載銀棉纖維含量的增加使得載銀棉混紡紗上負載的鈉米銀顆粒增加，表觀顏色隨之加深，即K/S值增大。

2.3 染整加工參數對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

在紡織染整加工過程中，棉織物整理會使用到很多助劑和不同的反應條件，因此需要討論染整加工參數對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響。

2.3.1 氫氧化鈉濃度

在棉織物精煉、絲光的過程中，會使用到氫氧化鈉。棉織物精煉的氫氧化鈉濃度根據精煉方式的不同，一般在10 g/L～50 g/L，精煉時間在30 min左右。棉織物絲光的氫氧化鈉濃度多為230 g/L～280 g/L，絲光時間一般為50 s～60 s，因此本文設計在5 g/L～50 g/L的氫氧化鈉溶液中處理30 min以及在150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中處理5 min的試驗，研究這兩種條件下紗線斷裂強力的變化情況，結果如圖2所示。

圖2 氫氧化鈉濃度對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

由圖2可以看出，隨著氫氧化鈉濃度的增加，載銀棉纖維含量相同的載銀棉混紡紗的斷裂強力上下波動，基本呈上升趨勢。在5 g/L～50 g/L的氫氧化鈉溶液中處理30 min后，載銀棉混紡紗的斷裂強力隨氫氧化鈉濃度的增加有波動，但影響不大。在150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中處理5 min后，載銀棉混紡紗的斷裂強力隨氫氧化鈉濃度增加而增加。而載銀棉纖維含量的增加對紗線的強力無太大影響。

這是因為雖然納米銀的存在使得纖維中存在部分應力集中的現象，但是棉纖維對堿劑比較穩定，氫氧化鈉溶液的處理使得棉纖維中一些弱的結合點減少了，纖維受力均勻，減少由于應力集中造成的纖維斷裂[4]，纖維的強力有所提高，但是隨著氫氧化鈉濃度的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強力又略有下降。而當氫氧化鈉的濃度達到150 g/L，接觸時間為5 min時，濃堿液使得纖維受力均勻，紗線斷裂強力增加。

2.3.2 pH值

考慮染整加工過程中pH值的變化，按照1.2.2的試驗方法利用冰醋酸和氫氧化鈉配制pH值3～11的溶液，討論不同pH值處理后載銀棉混紡紗的斷裂強力，結果如圖3所示。

圖3 pH值對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

由圖3可以看出，隨pH值的增大，載銀棉混紡紗的斷裂強力呈增大趨勢。載銀棉纖維含量的不同對纖維強力無太大影響。這是因為棉纖維本身耐堿不耐酸，pH值過小時，棉纖維會因發生水解降解而受損，同時，纖維表面的部分銀層會與酸發生置換反應，紗線強力較低。

2.3.3 溫度

染整加工過程中溫度變化有很多，按照1.2.2的試驗方法，討論不同溫度對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨溫度的升高，載銀棉纖維含量相同的載銀棉混紡紗的斷裂強力逐漸減小。這是因為棉纖維耐熱性雖然較好，但在長時間高溫的作用下，大分子鏈段會發生裂解作用，纖維強力下降，同時由于納米銀的存在，纖維內部存在應力集中的現象，導致紗線的斷裂強力下降。

圖4 溫度對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

2.3.4 氧化劑

2.3.4.1 過氧化氫濃度

染整加工過程中會使用過氧化氫對棉織物進行漂白，因此需要討論不同濃度的過氧化氫對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響，結果如圖5所示。

圖5 過氧化氫濃度對載銀混紡紗斷裂強力的影響

由圖5可以看出，隨過氧化氫濃度的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強力先減小后增大。這是因為當過氧化氫的濃度在0.4 g/L～1.6 g/L時，過氧化氫對棉纖維的氧化作用，使纖維素大分子的基團和分子鏈受到損傷，纖維強力減小，從而表現為紗線斷裂強力減小。當過氧化氫的濃度高于1.6 g/L后，納米銀與纖維素大分子鏈上經氧化作用生成的醛基或羧基以離子鍵的形式結合，提高了紗線的斷裂強力。

2.3.4.2 次氯酸鈉濃度

按照1.2.2的試驗方法，考慮染整加工過程中經常使用的次氯酸鈉濃度，討論不同濃度的次氯酸鈉對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響，結果如圖6所示。

由圖6可知，載銀棉混紡紗的斷裂強力隨次氯酸鈉濃度的增加先減小后增大。這是因為當次氯酸鈉的濃度在0.4 g/L～1.6 g/L時，首先次氯酸鈉對棉纖維存在氧化作用，其次次氯酸鈉的水解呈堿性，促進了氧化反應的進行，使纖維素大分子的基團和分子鏈受到損傷，纖維強力減小，從而表現為紗線斷裂強力減小。當次氯酸鈉的濃度高于1.6 g/L后，納米銀與纖維素大分子鏈上經氧化反應生成的醛基或羧基以離子鍵的形式結合，增加了纖維之間的作用力，從而提高了紗線的斷裂強力。

圖6 次氯酸鈉濃度對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

2.3.5 還原劑

2.3.5.1 亞硫酸氫鈉濃度

按照1.2.2的試驗方法，考慮染整加工過程中經常使用的亞硫酸氫鈉濃度，討論不同濃度的亞硫酸氫鈉對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響，結果如圖7所示。

圖7 亞硫酸氫鈉濃度對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響

由圖7看出，載銀棉混紡紗的斷裂強力隨亞硫酸氫鈉濃度的增加而上下波動，沒有明顯的下降或上升的趨勢。但是由于納米銀顆粒存在而造成纖維內部應力集中，紗線的斷裂強力略有減小。

2.3.5.2 連二亞硫酸氫鈉濃度

按照1.2.2的試驗方法，考慮染整加工過程中經常使用的連二亞硫酸鈉濃度，討論不同濃度的連二亞硫酸鈉對載銀棉混紡紗斷裂強力的影響，結果如圖8所示。

圖8 連二亞硫酸鈉濃度對

由圖8看出，載銀棉混紡紗的斷裂強力隨連二亞硫酸鈉濃度的增加大致趨勢為先增大后減小，變化值不大。這是因為纖維素大分子中的活性基團主要是羥基，對還原劑比較穩定，但是由于納米銀顆粒存在而造成的應力集中，紗線的斷裂強力略有下降。

2.4 載銀棉混紡紗的抗菌性及耐水洗性

采用振蕩法對載銀棉纖維含量為0.5%、1.8%、3.6%、13.6%的載銀棉混紡紗的未洗滌、標準洗滌5次、標準洗滌30次、標準洗滌50次的試樣進行試驗研究，選用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為試驗的菌種，計算出抑菌率，并分析出載銀棉纖維含量與抗菌性的關系，以及紗線抗菌效果的耐水洗性，結果如圖9和圖10所示。

圖9 振蕩法試樣對大腸桿菌的抑菌率

圖10 振蕩法試樣對金黃色葡萄球菌的抑菌率

載銀棉混紡紗的抗菌機理主要表現為負載的納米銀粒子與致病菌代謝酶中的巰基結合，使其代謝酶失去活性；同時，納米銀粒子與致病菌的細胞壁發生肽聚糖反應之后形成可逆復合物，該復合物阻礙了致病菌將氧氣和能量運輸進入細胞內部；納米銀粒子還可以與致病菌的DNA結合，導致DNA的結構變性，最終抑制DNA復制，達到抗菌效果[5]。

由圖9和圖10可以看出，載銀棉混紡紗的抑菌率隨載銀棉纖維含量的增加而增大；水洗會使抑菌率有所下降，但隨載銀棉纖維含量的增加，抑菌率的下降趨勢漸緩，直至不變。

3 結論

(1)將棉生條和載銀棉生條共8根喂入并條機，通過條混，可制得0.5%、1.8%、3.6%、13.6%等不同比例的載銀棉混紡紗。

(2)染整加工參數變化對載銀棉混紡紗的斷裂強力有一定的影響。氫氧化鈉濃度及pH值升高，載銀棉混紡紗的斷裂強力略有提高；溫度升高，載銀棉混紡紗的斷裂強力有所下降；氧化劑濃度增加會使載銀棉混紡紗的斷裂強力呈現出先下降再增大的趨勢。還原劑對載銀棉混紡紗的斷裂強力影響不大。

(3)載銀棉混紡紗的抑菌率隨載銀棉纖維含量的增加而增大；水洗會使抑菌率有所下降，但隨載銀棉纖維含量的增加，抑菌率的下降趨勢漸緩，直至不變。