抗菌防螨防霉功能改性粘膠纖維的制備及其性能

吳 嬌, 于湖生， 萬興云, 田 平, 李慧敏， 侯曉欣

(1. 無限極(中國)有限公司， 廣東 廣州 510623； 2. 青島大學 紡織服裝學院， 山東 青島 266071)

隨著人們生活水平的不斷提高，追求健康、安全和綠色的功能性紡織品已成為發(fā)展趨勢，開發(fā)具有抗菌防螨防霉系列紡織產(chǎn)品深受消費者的青睞。粘膠纖維具有吸濕、透氣性好，穿著舒適等特點，應用廣泛[1]。山蒼子產(chǎn)量高，資源豐富，其中已確定的主要化學成分高達17余種，其性質(zhì)、用途各不相同，主要成分檸檬醛占80% 以上，具有很好的抗霉菌和較好的抗細菌作用[2]。小茴香提取物的主要成分為茴香醚、茴香酮、茴香醛等，具有很好的驅(qū)螨性和較好的抗菌性[3]。百里香精油的主要成分是百里香酚，具有很強的抗霉菌、抗細菌和較好的驅(qū)螨作用[3-4]。植物提取物中的有效成分多為植物的次生代謝物，可有效殺死病原微生物或抑制其生長。

目前，閆浩等[5]研究發(fā)現(xiàn)，海南木蘭科植物苦梓含笑葉提取物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌生長的抑制效果優(yōu)良；李娟等[6]研究了我國特有植物蒜頭果中分離得到的植物內(nèi)生真菌煙曲霉的抗菌活性和產(chǎn)生抗菌化合物的最佳條件，發(fā)現(xiàn)其對6種人體致病細菌(蠟樣芽孢桿菌、副溶血性弧菌、無乳鏈球菌、福氏志賀氏菌、金黃色葡萄球菌、藤黃微球菌)均有抑菌活性。植物中藥提取物抗菌性能優(yōu)良，但現(xiàn)今少有利用植物中藥成分制得紡織品兼具其功能，更缺乏將三者共同應用于紡織品的研究。

本文將植物中藥山蒼子、小茴香提取物水溶液和百里香精油微膠囊與粘膠紡絲液共混紡絲，制備具有抗菌防螨防霉功能的植物中藥改性粘膠纖維及其非織造布，并對其相關基本性能和功能進行檢測及分析，以期為功能粘膠紡織品產(chǎn)業(yè)化提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料：粘膠纖維紡絲溶液(甲纖含量為8.9%)，山東銀鷹化纖有限公司；山蒼子提取物、小茴香提取物、百里香微膠囊(含固率38%)，西安霖草生物科技有限公司；濃硫酸，營養(yǎng)瓊脂，硫酸鈉、無機鹽瓊脂培養(yǎng)基，硫酸鋅、氫氧化鈉，國藥集團化學試劑有限公司；密胺樹脂(預聚體)，青島富弛有限公司。

儀器：濕法紡絲小樣機，實驗室自制；DSNm-01-50型針刺復合小樣機，天津市嘉誠機電設備有限公司；FA2004B型電子天平、Y172型哈氏切片器，紹興昌匯機電有限公司；JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡，日本電子光學公司；LLY-06E型電子單纖維強力儀，太原萊州市電子儀器有限公司；Nicolet5700型智能傅里葉紅外光譜儀，美國Varian公司；Rigaku Smartlab型X射線衍射儀，日本 HORIBA公司；DK-98-I型恒溫水浴鍋、DSX-280B型高壓滅菌鍋，浙江力辰儀器科技有限公司；HSP-150B型恒溫恒濕培養(yǎng)箱，天津賽得利斯有限公司；ZD-85型雙功能氣浴恒溫振蕩器，金壇市城西崢嶸實驗儀器廠等。

1.2 山蒼子與小茴香提取物水溶液的配制

分別將植物山蒼子、小茴香莖葉經(jīng)過分揀→除雜→水洗→干燥→粉碎→煮練→提煉→噴霧干燥得到提取物微細粉粒[7]。然后將2種提取物微細粉粒分別放入50 ℃水中，攪拌溶解得到山蒼子和小茴香提取物水溶液，二者質(zhì)量分數(shù)均為20%。

1.3 植物中藥百里香精油微膠囊的制備

首先將百里香精油在乳化劑溶液中以微小的液滴狀與水形成均勻的水包油體系(芯材乳液)，加入密胺樹脂(預聚體)溶液在酸性及加熱環(huán)境中縮聚，并在芯材周圍發(fā)生凝聚、沉積和固化，將芯材包裹形成90%的微膠囊直徑D90為1.611 μm,包埋率為40%的百里香精油微膠囊[8]。

1.4 改性粘膠纖維制備

取制備好的植物功能劑加入到一定量的粘膠纖維紡絲溶液中共混，共混紡絲液中山蒼子提取物、小茴香提取物加入量均為甲纖質(zhì)量的5%，百里香微膠囊加入量為紡絲液質(zhì)量的2%。共混紡絲液經(jīng)濾后噴絲進入凝固浴(凝固浴組成為：硫酸110 g/L、硫酸鈉260 g/L、硫酸鋅15 g/L，溫度保持在50～60 ℃)，再經(jīng)過牽伸及后加工制成功能改性粘膠纖維[9]。

1.5 改性粘膠纖維非織造布制備

將改性粘膠纖維在清梳聯(lián)設備上開松、除雜、成網(wǎng)后在非織造布針刺小樣機上，制成面密度為0.1 kg/m2的非織造布。

1.6 測試與表征

1.6.1 化學結構測試

利用傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)，使用溴化鉀壓片法分別測試表征普通和改性粘膠纖維的化學結構。分辨率為2 cm-1，波數(shù)范圍為4 000～300 cm-1。

1.6.2 纖維結晶度測試

利用X射線衍射儀測試制備的改性粘膠纖維的結晶度與取向度。掃描范圍為10°～80°，掃描速度為4(°)/min，步長為0.010°。

1.6.3 表面形貌觀察

利用Y172型哈氏切片器制作纖維橫向切片，將改性粘膠纖維和其橫向切片置于掃描電子顯微鏡下觀察縱向和橫向截面形態(tài)。

1.6.4 纖維力學性能測試

參照GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》，利用電子單纖維強力儀測試普通粘膠纖維和改性粘膠纖維在干、濕態(tài)下的力學性能。

1.6.5 纖維抗菌性能測試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》測試未洗滌以及洗滌20次后的改性粘膠纖維非織造布的抗菌性能。

1.6.6 纖維防螨性能測試

參照GB/T 24253—2009《紡織品 防螨性能的評價》中驅(qū)避法測試未洗滌以及洗滌20次后的改性粘膠纖維非織造布的防螨性能。

1.6.7 纖維防霉性能測試

參照GB/T 24346—2009《紡織品 防霉性能的評價》中培養(yǎng)皿法測試改性粘膠纖維非織造布未洗滌及20次水洗后的防霉性能。測試中實驗組為改性粘膠纖維，對照樣為經(jīng)高溫蒸煮和蒸餾水洗滌的純棉織物，二者實驗時均接種1 mL霉菌孢子液?？瞻讓φ战M為3份改性粘膠纖維試樣，分別平放在無菌的無機鹽瓊脂培養(yǎng)基上，接種1 mL無菌水于每片試樣，稍干后蓋好培養(yǎng)皿蓋培養(yǎng)，將得到的結果與實驗組進行對比。

2 結果與討論

2.1 改性粘膠纖維化學結構分析

圖1示出普通粘膠纖維和改性粘膠纖維紅外光譜測試結果。 可以看出，曲線在899 cm-1處的振動峰與C1及其4個連接的原子振動有關，2 900、3 450 cm-1處分別為纖維素纖維中C—H、纖維素羥基(—OH)的伸縮振動峰。其中，典型的纖維素II結構在2 900、1 638、899 cm-1處充分體現(xiàn)[10]，說明改性粘膠纖維沒有導致纖維素II的結構有所改變。

圖1 普通和改性粘膠纖維紅外光譜圖

Fig.1 Infrared spectra of ordinary and modified viscose fibers

2.2 改性粘膠纖維結晶度和取向度分析

經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，普通粘膠纖維的結晶度為44.6%，改性后粘膠纖維的結晶度為41.3%，結晶度略有降低。這是因為3種功能劑的添加，一定程度上減弱了纖維大分子鏈間的結合程度，影響了纖維大分子的聚集態(tài)結構，從而使纖維的結晶度下降[11]。

普通粘膠纖維的取向度為77.6%，改性粘膠纖維的取向度為77.1%，二者取向度無顯著差異。改性粘膠纖維與普通粘膠纖維的紡絲工藝一致，一定量的植物提取物和微膠囊的添加對其取向度影響甚微。

2.3 改性粘膠纖維形態(tài)結構分析

圖2示出普通和改性粘膠纖維的橫截面表面形貌掃描電鏡照片?？梢钥闯?，改性粘膠纖維截面鋸齒形比普通粘膠纖維更明顯，可能是由于山蒼子、小茴香提取物及百里香精油微膠囊的加入對紡絲液凝固產(chǎn)生影響[12]，但沒有使纖維橫截面性質(zhì)發(fā)生本質(zhì)改變。由圖2(c)、(d)可以看出，改性粘膠纖維縱向表面有明顯的溝槽，這是由于植物功能劑的添加影響了粘膠共混液的凝固速度及其均勻性[13]。

圖2 普通和改性粘膠纖維截面及表面掃描電鏡照片

Fig.2 Section and surface SEM images of ordinary and modified viscose fibers. (a)Section of ordinary viscose fiber(×1 500)； (b)Section of modified viscose fiber(×1 500)；(c)Surface of ordinary viscose fiber(×2 000)；(d)Surface of modified viscose fiber(×2 000)

2.4 改性粘膠纖維力學性能分析

表1示出普通粘膠纖維和改性粘膠纖維在干、濕態(tài)下的力學性能測試結果?？梢钥闯?，較普通粘膠纖維，改性粘膠纖維干、濕態(tài)下的斷裂強度降低，斷裂伸長率略有增加。這是因為將植物功能劑加入粘膠紡絲液中共混紡絲，使得纖維大分子鏈堆砌程度降低，分子間的作用力減弱，使斷裂強度下降，而斷裂伸長率略有增加[14]。

表1 普通和改性粘膠纖維的力學性能

Tab.1 Mechanical properties of ordinary viscose fiberand modified viscose fiber

纖維名稱斷裂強度/(cN·dtex-1)斷裂伸長率/%干態(tài)濕態(tài)干態(tài)濕態(tài)普通粘膠纖維2.321.6217.4525.28改性粘膠纖維2.101.4818.3226.76

2.5 改性粘膠纖維抗菌性能分析

表2示出改性粘膠纖維非織造布的抗菌性能測試結果?？梢钥闯觯男哉衬z纖維非織造布具有較強的抗菌性和耐水洗性。這是由于改性后粘膠纖維中含有具有抗菌功能的植物功能劑，可有效破壞細菌及真菌的細胞壁，破壞其活性，故該纖維抑制了細菌、真菌的生長。水洗20次后，纖維對大腸桿菌的抑制率降低，對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率略有增加，但不顯著。這是因為植物提取物與粘膠纖維紡絲溶液共混紡絲，得到的纖維內(nèi)外都分布著植物功能劑，隨著水洗次數(shù)的增加，盡管部分植物提取物有效成分被洗去，但新的提取物有效成分不斷出現(xiàn)，特別是纖維中百里香精油微膠囊逐漸破裂，百里香精油緩慢釋放出來，使得水洗20次后纖維抗菌性沒有顯著降低。故可認為水洗20次對纖維的抗菌性影響不大，該纖維耐水洗性能良好。

表2 改性粘膠纖維非織造布抑菌性能測試結果

Tab.2 Test results of antibacterial properties ofmodified viscose fiber nonwoven fabrics%

水洗情況金黃色葡萄球菌大腸桿菌白色念珠菌未洗滌95.5099.1279.35水洗20次96.0091.5380.43

2.6 改性粘膠纖維防螨性能分析

對改性粘膠纖維非織造布的防螨性能進行測試發(fā)現(xiàn)，未洗滌和水洗20次后其對螨蟲的驅(qū)避率分別為76.53%和64.65%，說明該改性粘膠纖維非織造布具有持久的防螨效果，且耐水洗。主要是因為纖維中的小茴香具有茴香酮、茴香醚，螨蟲對其具有較強的忌避反應，所以具有較強的防螨功能[15]。

2.7 改性粘膠纖維防霉性能分析

表3示出改性粘膠纖維非織造布的防霉性能測試結果。可以看出，未洗滌以及洗滌20次后改性粘膠纖維非織造布的防霉級別同為0級，改性后粘膠纖維非織造布表面無霉菌生長, 即該纖維防霉及耐水洗性優(yōu)良。因為添加的山蒼子和百里香成分中的檸檬醛、百里酚等對霉菌結構具有破壞作用，且在水洗過程中改性粘膠纖維中山蒼子提取物的有效成分不斷顯現(xiàn)，一部分微膠囊逐步破裂，百里香精油防霉有效成分釋放[16]，二者共同使纖維具體防霉作用。

表3 改性粘膠纖維非織造布防霉等級測試結果

Tab.3 Test results of mildew resistance of modifiedviscose fiber nonwoven fabrics

試樣未洗滌洗滌20次改性粘膠纖維00對照組 44空白對照組 00

3 結 論

1)制備的植物中藥抗菌防螨防霉功能改性粘膠纖維與普通粘膠纖維相比，其晶胞結構沒有改變，橫截面無顯著變化,縱向表面有明顯溝槽；改性粘膠纖維的結晶度和取向度分別為41.3%、77.1%，與普通粘膠纖維相差無幾，力學性能略有改變。

2)改性粘膠纖維非織造布對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌的抑菌率分別為95.50%、99.12%和79.35%，經(jīng)20次水洗后其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌的抑菌率分別為96.00%、91.53%和80.43%。

3)未洗滌及洗滌20次后改性粘膠纖維非織造布對螨蟲的驅(qū)避率均大于60%，符合相關防螨要求；同時，防霉等級均為0級，防霉效果及耐水洗性優(yōu)良。