抗菌除臭黏膠纖維的制備與性能研究

黃惠標(biāo)，宋慎群，何曉霞，周 莉，李明華

（江蘇康溢臣生命科技有限公司，江蘇 南通 226300）

“科技、綠色、時尚”是紡織行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主題，以功能化、柔性化為特征的紡織纖維的開發(fā)與設(shè)計是紡織行業(yè)價值提升的重要路徑。近年來，紡織品消費市場呈現(xiàn)出綠色消費、健康消費的新趨勢。因此，開發(fā)綠色、健康功能纖維材料既符合行業(yè)發(fā)展需求，也符合消費者需求。黏膠纖維的材料來源豐富，具有吸濕性好、穿著舒適、可降解再生的特點[1]。薄荷纖維、茶纖維等以植物提取物為功能劑的改性黏膠纖維具有抗菌功能。為了提高黏膠纖維的功能與附加值，本研究采用板藍(lán)根提取物與硅藻土作為功能劑，通過共混紡絲將功能劑添加到黏膠紡絲液中，在保持黏膠纖維原有優(yōu)良性質(zhì)的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有抗菌除臭功能的黏膠纖維。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

實驗材料：普通黏膠纖維，38 mm，1.67 dtex；黏膠紡絲液（纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.90%，山東銀鷹化纖有限公司）；板藍(lán)根提取物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.0%，西安優(yōu)碩生物科技有限公司）；硅藻土（粒徑不超過20 μm，森大硅藻土材料有限公司）。

實驗試劑：硫酸（分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.00%）、硫酸鋅（分析純）、硫酸鈉、氨水（分析純）、醋酸（分析純）、異戊酸（分析純）等，購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司；金黃色葡萄球菌（ATCC 6538）、大腸埃希菌（8099）、白色念珠菌（ATCC 10231）、肺炎克雷伯氏菌（ATCC 4352），購于北京中源合聚生物科技有限公司。

實驗儀器：球磨機（XQM-4型，長沙德科儀器設(shè)備有限公司）；電子單纖維強力儀（LLY-06型，萊州市電子儀器有限公司）等。

1.2 實驗方法

1.2.1 抗菌除臭黏膠纖維的制備

稱取板藍(lán)根提取物20 g，將其溶解于100 mL蒸餾水中，置于45 ℃水浴鍋中充分?jǐn)嚢枞芙狻⒐柙逋林糜?5 ℃烘箱中烘燥2 h，然后放入XQM-4型球磨機中，轉(zhuǎn)速設(shè)為150 r/min，球磨3 h。將烘燥研磨后的3 g硅藻土加入配置好的板藍(lán)根溶液中，讓兩者充分混合，于45 ℃、28 kHz超聲波下振蕩1 h。將板藍(lán)根、硅藻土混合溶液按1∶10（體積比）加入黏膠紡絲液中，將配制好的紡絲液用電子攪拌器快速攪拌，待其混合均勻后，放于25 ℃室溫下靜置2 h，然后過濾、脫泡、熟成，采用紡制普通黏膠纖維的濕法紡絲工藝制備長度為38 mm、線密度為1.67 dtex的抗菌除臭黏膠纖維。

1.2.2 性能測試

采用JSM-6390 LV掃描電鏡觀察普通黏膠纖維和抗菌除臭黏膠纖維的縱向形貌。

參照GB/T 14463—2022《粘膠短纖維》，測試普通黏膠纖維和抗菌除臭黏膠纖維的基本機械性能。

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，以10倍稀釋法將菌液稀釋到合適倍數(shù)并培養(yǎng)，根據(jù)18 h后對照樣和實驗樣活菌濃度的平均值計算功能纖維的抑菌率。

參照GB/T 33610.2—2017《紡織品 消臭性能的測定第2部分：檢知管法》和GB/T 33610.3—2019中的氣相色譜法，對消除異戊酸、氨氣和醋酸的效果進(jìn)行評價。

2 性能

2.1 纖維縱向表面形貌

普通黏膠纖維的縱向表面如圖1所示，從中可以看出，普通黏膠纖維表面有凹槽且光滑。經(jīng)過改性處理后，功能黏膠纖維表面有明顯的附著物，這是由于在紡絲加工過程中，功能劑在纖維成形過程中向外擴散分布于纖維表面，如圖2箭頭所示。

圖1 普通黏膠纖維掃面電鏡圖

圖2 功能黏膠纖維掃面電鏡圖

2.2 力學(xué)性能

纖維的基本機械性能如表1所示。由表1可知，功能黏膠纖維的干態(tài)斷裂強度、濕態(tài)斷裂強度和干態(tài)斷裂伸長率略低于普通黏膠纖維，這是因為添加板藍(lán)根提取物和硅藻土后改變了纖維的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致干態(tài)斷裂強度、濕態(tài)斷裂強度下降，但是強度變化不大，不影響后續(xù)紡織加工使用[2]。另外，線密度偏差、硫殘量、疵點、干態(tài)斷裂強力變異系數(shù)等指標(biāo)均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 纖維的基本機械性能

2.3 抗菌性能

功能黏膠纖維抗菌性能測試結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，抗菌除臭黏膠纖維對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌、白色念珠菌以及肺炎克雷伯氏菌的抑制率分別為92.00%、86.00%、83.00%和86.00%，均顯示出良好的抑菌活性，這是由于板藍(lán)根提取物中靛藍(lán)、靛玉紅、色胺酮等化合物對細(xì)菌和真菌都有明顯的抑制作用[3]。

表2 功能黏膠纖維抗菌性能測試結(jié)果

2.4 除臭功能

功能黏膠纖維的除臭效果如表3所示。由表3可以看出，功能黏膠纖維對異戊酸、氨氣和醋酸的濃度降低率分別為92.40%、98.00%和88.00%，均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。這是由于硅藻土微細(xì)孔多，比表面積大，吸附力強，對異味氣體具有較強的吸附效果[4]，在紡絲加工過程中，硅藻土被添加到纖維中，使纖維有了很好的除臭功能。

表3 功能黏膠纖維的除臭效果

3 結(jié)論

（1）將板藍(lán)根提取物水溶液、硅藻土與黏膠纖維共混紡絲，制成的抗菌除臭黏膠纖維縱向結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，基本力學(xué)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)，能滿足后續(xù)紡紗織造的需求。

（2）抗菌除臭黏膠纖維具有較好的抗菌除臭效果。同時，纖維中的板藍(lán)根提取物對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌、白色念珠菌和肺炎克雷伯氏菌均顯示出良好的抑制效果，阻礙細(xì)菌滋生，使細(xì)菌分解人體分泌物產(chǎn)生的異味成分大量減少，可間接除臭。硅藻土可直接吸附臭味組分，使除臭效果達(dá)到最佳。

（3）在紡絲過程中添加功能劑，與基材充分混合，由此制得的功能纖維抗菌除臭效果較為持久，適用于運動服、功能內(nèi)衣、襪子及家紡產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)。