活性納米氧化鋅抗菌面料的研發(fā)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(shù)研究院有限公司，北京 100000；2.際華集團(tuán)股份有限公司系統(tǒng)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(fā)及國家對(duì)其采取的系列應(yīng)對(duì)措施，抗菌紡織品再次成為了市場賣點(diǎn)，也成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)[1]。軍隊(duì)屬性特殊，執(zhí)行任務(wù)環(huán)境復(fù)雜，極端環(huán)境下對(duì)日常生活用品尤其貼身防護(hù)產(chǎn)品要求高，因此，抗菌紡織產(chǎn)品及其可靠性、安全性的研制成為首要任務(wù)。研發(fā)軍用抗菌紡織品對(duì)保障個(gè)人健康和維持部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

我國軍隊(duì)于2001年首次正式列裝“01褲衩”和“01彈力襪”兩個(gè)抗菌產(chǎn)品，兩個(gè)品種均為納米銀系抗菌丙綸/棉混紡產(chǎn)品。由于銀系抗菌丙綸抗菌能力不足，需對(duì)棉進(jìn)行抗菌整理，以實(shí)現(xiàn)廣譜抗菌性能及防臭性能。若抗菌劑使用量較大，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品使用初期個(gè)別敏感體質(zhì)人員偶有局部皮膚過敏現(xiàn)象。從實(shí)際使用效果看，產(chǎn)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(jìn)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(shù)方案相同。從部隊(duì)試穿反饋建議看，產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)較2001年產(chǎn)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(jìn)入人體后難以代謝，存在安全隱患。因此，開發(fā)符合軍用使用環(huán)境的安全性新型抗菌產(chǎn)品迫在眉睫。

依據(jù)“十四五”規(guī)劃建議，為擴(kuò)大原料的綠色抗菌劑使用占比，經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)氧化鋅來源廣泛、價(jià)格低廉、耐高溫（不分解、不變色）、無毒無害，已被廣泛應(yīng)用于紡織領(lǐng)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(xiàng)研究表明，納米氧化鋅抗菌劑處理后的抗菌滌綸纖維，其內(nèi)部的納米氧化鋅在高溫條件下不會(huì)遷移到纖維表面而發(fā)生大量損失[6]，對(duì)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(tǒng)的抗菌材料。此外，滌綸纖維表面的營養(yǎng)物質(zhì)含量低于棉纖維等天然纖維，易生細(xì)菌數(shù)量少、存活時(shí)間短，能進(jìn)一步增強(qiáng)抗菌性能[7]，但其舒適性不如棉纖維。本文針對(duì)抗菌滌綸/棉纖維混紡織物，開發(fā)了軍用抗菌面料，以期應(yīng)用于軍需床上用品領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料采用抗菌滌綸纖維和棉纖維?？咕鷾炀]纖維經(jīng)抗菌滌綸母粒紡絲而成。針對(duì)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(dá)到抗菌、吸濕、改善皮膚觸感以及基本強(qiáng)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(guī)格及設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)效果見表1。

表1 織物規(guī)格及設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)效果

1.3 生產(chǎn)工藝

采用分散/還原染料體系，平幅軋染工藝。

生產(chǎn)試驗(yàn)及測試表明，氧化鋅抗菌纖維可以耐受常規(guī)染整加工，對(duì)抗菌性能無明顯影響。為盡可能達(dá)到較高的色牢度和顏色穩(wěn)定性，采用分散/還原染料體系，平幅軋染工藝。結(jié)果表明，其生產(chǎn)工藝與普通滌棉織物相同，適于批量生產(chǎn)。

1.4 測試方法

1.4.1 理化性能測試

研發(fā)面料的斷裂強(qiáng)力采用GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)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(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窐?biāo)準(zhǔn)中規(guī)定方法進(jìn)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(yǎng)20～24 h，量取適量培養(yǎng)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(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀效果及觸感分析

4種規(guī)格織物的實(shí)物及編號(hào)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(guī)格實(shí)物圖

以目測法進(jìn)行評(píng)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(xiàn)不明顯；1#平紋外觀較為普通。

這4 種規(guī)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(xì)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(xì)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(píng)測結(jié)果最為突出。

2.2 物理性能指標(biāo)分析

4種織物物理性能指標(biāo)測試結(jié)果見表2。

表2 4種織物物理性能測試結(jié)果

3#小提花織物因經(jīng)緯結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致經(jīng)緯向強(qiáng)力差異較大外，其他物理性能指標(biāo)均較理想。

2.3 色牢度性能指標(biāo)分析

4種織物色牢度性能測試結(jié)果見表3。

表3 色牢度性能測試結(jié)果

4種織物的耐熱壓色牢度、耐洗色牢度、耐汗?jié)n色牢度和耐干色牢度均為4-5級(jí)，耐濕摩擦牢度3-4級(jí)。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(tài)下不產(chǎn)生明顯脫落，可正常使用；在水洗濕摩擦狀態(tài)下會(huì)發(fā)生少許顏色脫落現(xiàn)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(jié)果見表4。

表4 四種織物水洗50次的抑菌率測試結(jié)果

測試結(jié)果顯示，抑菌率均為AAA 級(jí)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。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(duì)直接接觸纖維的菌落發(fā)揮抑菌作用。該種抑菌原理目前較為倡導(dǎo)，可以避免織物成為傳播病菌的媒介，同時(shí)，不會(huì)破壞健康皮膚表面原有菌落狀態(tài)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(duì)其他品種的抑菌率較低，其原因與紗線及織物自身結(jié)構(gòu)有關(guān)。

3 結(jié)論

（1）本文研制的抗菌滌綸/棉纖維混紡織物的抑菌率達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)AAA級(jí)。

（2）采用氧化鋅為抗菌劑，能夠?qū)崿F(xiàn)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(píng)測結(jié)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(jié)構(gòu)更利于提高抑菌性能。