活性納米氧化鋅抗菌面料的研發及性能測試分析

葛愛雄，張旭東，趙艷嬌，郝天琪，邢 宇，汪君英

1.新興際華（北京）材料技術研究院有限公司，北京 100000；2.際華集團股份有限公司系統工程中心，北京 100160；3.博富科技股份有限公司，江蘇昆山 215300；4.浙江新建紡織有限公司，浙江紹興312000

0 前言

隨著新冠疫情的爆發及國家對其采取的系列應對措施，抗菌紡織品再次成為了市場賣點，也成為當下研究熱點[1]。軍隊屬性特殊，執行任務環境復雜，極端環境下對日常生活用品尤其貼身防護產品要求高，因此，抗菌紡織產品及其可靠性、安全性的研制成為首要任務。研發軍用抗菌紡織品對保障個人健康和維持部隊戰斗力具有重要的現實意義。

我國軍隊于2001年首次正式列裝“01褲衩”和“01彈力襪”兩個抗菌產品，兩個品種均為納米銀系抗菌丙綸/棉混紡產品。由于銀系抗菌丙綸抗菌能力不足，需對棉進行抗菌整理，以實現廣譜抗菌性能及防臭性能。若抗菌劑使用量較大，會導致產品使用初期個別敏感體質人員偶有局部皮膚過敏現象。從實際使用效果看，產品初期抗菌性能明顯，但多次洗滌后抗菌性能下降。

2010年代后期，我軍改進并裝備了“07夏襪”、“07 冬襪”和“07 褲衩”。其中，“07 夏襪”和“07 褲衩”為銀系抗菌錦綸/漢麻/棉纖維混紡，“07冬襪”與“01 彈力襪”技術方案相同。從部隊試穿反饋建議看，產品外觀設計較2001年產品有所改善，但抗菌效果并無明顯改善，且共性問題仍然存在，即銀為重金屬，銀離子一旦進入人體后難以代謝，存在安全隱患。因此，開發符合軍用使用環境的安全性新型抗菌產品迫在眉睫。

依據“十四五”規劃建議，為擴大原料的綠色抗菌劑使用占比，經調研發現氧化鋅來源廣泛、價格低廉、耐高溫（不分解、不變色）、無毒無害，已被廣泛應用于紡織領域[2-4]。常見的納米氧化鋅抗菌纖維主要有抗菌滌綸纖維、抗菌錦綸纖維、抗菌羽絨和抗菌再生纖維素纖維等[5]。多項研究表明，納米氧化鋅抗菌劑處理后的抗菌滌綸纖維，其內部的納米氧化鋅在高溫條件下不會遷移到纖維表面而發生大量損失[6]，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌仍有90%以上的抗菌率，綜合性能已全面超越傳統的抗菌材料。此外，滌綸纖維表面的營養物質含量低于棉纖維等天然纖維，易生細菌數量少、存活時間短，能進一步增強抗菌性能[7]，但其舒適性不如棉纖維。本文針對抗菌滌綸/棉纖維混紡織物，開發了軍用抗菌面料，以期應用于軍需床上用品領域。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料采用抗菌滌綸纖維和棉纖維。抗菌滌綸纖維經抗菌滌綸母粒紡絲而成。針對床上用品的使用要求，采用滌綸長絲和短纖兩種抗菌纖維，通過與棉纖維混紡達到抗菌、吸濕、改善皮膚觸感以及基本強度等要求。

抗菌劑：納米氧化鋅。

試劑：氫氧化鈉，分析純；磷酸氫二鈉，分析純；磷酸二氫鉀，分析純。

1.2 織物組織

抗菌滌綸纖維與棉纖維的混紡比為50/50，具體規格及設計預設效果見表1。

表1 織物規格及設計預設效果

1.3 生產工藝

采用分散/還原染料體系，平幅軋染工藝。

生產試驗及測試表明，氧化鋅抗菌纖維可以耐受常規染整加工，對抗菌性能無明顯影響。為盡可能達到較高的色牢度和顏色穩定性，采用分散/還原染料體系，平幅軋染工藝。結果表明，其生產工藝與普通滌棉織物相同，適于批量生產。

1.4 測試方法

1.4.1 理化性能測試

研發面料的斷裂強力采用GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，耐洗色牢度采用GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》標準中規定方法進行測試。

1.4.2 抗菌性能測試

取一定活性的革蘭氏陽性菌：金黃色葡萄球菌（ATCC 6538）；革蘭氏陰性菌：大腸桿菌（ATCC 29522）；真菌：白色念珠菌（ATCC 10231）。

滅菌的肉湯于（37±1）℃培養20～24 h，量取適量培養好的接種菌懸液，并將其稀釋成1×109～5×109cfu/mL 待用，抑菌率及抗菌耐久性測試參照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》進行測試。

2 結果與討論

2.1 外觀效果及觸感分析

4種規格織物的實物及編號圖片見圖1。1#為平紋織物，2#為人字斜紋織物，3#為小提花織物，4#為交織斜紋織物。1~3#擬作為被罩、枕套面料，為淺棕綠色；4#擬作為床單面料，為白色。

圖1 4種織物規格實物圖

以目測法進行評測，按美觀程度由高到低排序，依次為2#、4#、3#、1#。其中，2#人字紋布面平整，花紋清晰；4#交織條紋條道偏小，布面平整度不如2#；3#小提花紋路不清，特色顯現不明顯；1#平紋外觀較為普通。

這4 種規格織物按觸感舒適程度由高到低排序依次為2#、1#、4#、3#。其中，2#人字紋細膩滑爽、觸感舒適；1#平紋外觀平整、較舒適、手感偏硬；4#交織條紋條道細膩滑爽，觸感較為舒適；3#小提花手感較為粗糙。綜上所述，2#織物外觀與觸感評測結果最為突出。

2.2 物理性能指標分析

4種織物物理性能指標測試結果見表2。

表2 4種織物物理性能測試結果

3#小提花織物因經緯結構不同導致經緯向強力差異較大外，其他物理性能指標均較理想。

2.3 色牢度性能指標分析

4種織物色牢度性能測試結果見表3。

表3 色牢度性能測試結果

4種織物的耐熱壓色牢度、耐洗色牢度、耐汗漬色牢度和耐干色牢度均為4-5級，耐濕摩擦牢度3-4級。若染后皂洗、還原清洗不夠充分，織物表面可能存在少許沾色。染料在水洗和干摩擦狀態下不產生明顯脫落，可正常使用；在水洗濕摩擦狀態下會發生少許顏色脫落現象。

2.4 抑菌率效果分析

4種織物水洗50次的抑菌率測試結果見表4。

表4 四種織物水洗50次的抑菌率測試結果

測試結果顯示，抑菌率均為AAA 級，滿足相關標準。其中，4#交織條紋織物的抑菌率最高。其直接使用了抗菌長絲滌綸纖維，并且表面沒有被棉纖維覆蓋，較多抑菌纖維本體存在于織物表面。本文采用氧化鋅抗菌劑，在紡絲前將其混入母粒中，屬于非溶出型抑菌方式，紡絲加工成織物后僅對直接接觸纖維的菌落發揮抑菌作用。該種抑菌原理目前較為倡導，可以避免織物成為傳播病菌的媒介，同時，不會破壞健康皮膚表面原有菌落狀態的平衡，有助于維持人體抵抗力。2#人字紋織物的白色念珠菌抑菌率為72%，相對其他品種的抑菌率較低，其原因與紗線及織物自身結構有關。

3 結論

（1）本文研制的抗菌滌綸/棉纖維混紡織物的抑菌率達到國家標準AAA級。

（2）采用氧化鋅為抗菌劑，能夠實現抑菌和保障人體安全的雙重效果。

（3）2#人字紋織物試樣的觸感評測結果最好，為最佳外觀和觸感款式。

（4）4#交織條紋織物的抑菌率最好，這說明抗菌纖維較多暴露在織物表面的織物結構更利于提高抑菌性能。