熱處理對醫(yī)用機(jī)織物性能的影響

孫正琪, 郭曉玲, 崔文豪，高 娣，史艷敏

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048)

0 前言

現(xiàn)實(shí)生活中存在著各種各樣的細(xì)菌、真菌等微生物，這些微生物在合適的條件下會(huì)迅速生長繁殖,并通過接觸等方式傳播疾病,影響人類的身體健康，而醫(yī)院又是一個(gè)細(xì)菌較多，人流量大的地方，交叉感染在醫(yī)院比較明顯[1]。另外抗菌紡織品對提高我國衛(wèi)生保健水平和降低公共環(huán)境交叉感染率具有重要的實(shí)用價(jià)值[2]。因而開發(fā)抗菌效果好，使用性能強(qiáng)的產(chǎn)品具有廣闊的前景。但關(guān)于熱處理工藝對醫(yī)用抗菌棉織物的影響，并沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究。

為了獲得具有更好服用性能的醫(yī)用抗菌織物，我們對織物后整理過程中的熱處理工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)。以醫(yī)用床單為研究基布，探索了織物帶液率(70%、80%)、熱處理溫度(120℃、130℃、140℃)、熱處理時(shí)間(40min、60min、80min)對織物性能的影響。觀察了處理前后微觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)的變化，并測試了熱處理前后拉伸斷裂強(qiáng)力、毛細(xì)效應(yīng)、透氣性、pH值、光澤度、白度、手感，全面、客觀地分析了熱處理后織物的服用性能，從而確定最優(yōu)的熱處理工藝，為抗菌研究做基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

(1)實(shí)驗(yàn)藥品

測毛細(xì)效應(yīng)所用藥品：重鉻酸鉀溶液；

測 pH 所用藥品：

①去離子水

②氯化鉀溶液：0.1 mol/L。

③緩沖溶液： a.鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液， 0.05mol/L(pH=4.0)；b.磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉緩沖溶液，0.08mol/L(pH=6.9)；c.四硼酸鈉緩沖溶液，0.01 mol/L (pH=9.2)。

(2)織物

純棉機(jī)織白布(克重119 g·m-2，經(jīng)緯密486×327，右捻)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

表1 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 熱處理工藝設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)考慮了帶液率、溫度、烘干時(shí)間這3個(gè)因素。選取了兩個(gè)帶液率，分別為70%、80%；選取了三個(gè)溫度，分別用 120℃、130℃、140℃；選取了三個(gè)烘干時(shí)間，分別為 40min、60min、80min。將尺寸30cm×30cm的布樣進(jìn)行不同熱處理工藝處理。烘干后，分別將樣品裝袋，并標(biāo)記，以便服用性能測試實(shí)驗(yàn)使用。試樣采用A-B形式表示。其中A代表帶液率，帶液率70%、80%分別以S和E表示；B代表烘干時(shí)間，40min、60min、80min分別用 1、2、3 表示。

1.3 織物的微觀形貌與結(jié)構(gòu)表征

采用Quanta-450-FEG型熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡對純棉機(jī)織物的表面形貌進(jìn)行觀察。采用珀金埃爾默Spotlight 400N型傅里葉紅外光譜儀對布樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，掃描范圍650cm-1～4000cm-1。采用Nelson和O'Conner[3]結(jié)晶度指數(shù)(K1)法測定棉纖維相對結(jié)晶度，計(jì)算公式為：

K1=A1/A2

(1)

A=-lg T

(2)

式中：K1為結(jié)晶度指數(shù)；A1為1367cm-1譜帶的吸收強(qiáng)度，A2為2900cm-1譜帶的吸收強(qiáng)度，T為透射強(qiáng)度。

1.4 織物力學(xué)性能測試

采用YG(B)026D-500電子織物強(qiáng)力機(jī),參照GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能》第一部分的條樣法測試斷裂強(qiáng)度。

1.5 織物服用性能測試

采用YG9(B)871型毛細(xì)效應(yīng)測定儀，參照FZ/T 01071-2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測試織物的毛細(xì)效應(yīng)。分別測試織物的經(jīng)、緯向芯吸高度，兩者的乘積作為織物總的毛細(xì)效應(yīng)面積，用于反映織物液態(tài)水總的傳導(dǎo)能力。

采用YG461E-III型全自動(dòng)透氣量儀測試織物透氣性，測試參照GB/T 5453-1997《紡織品 織物透氣性的測定》執(zhí)行。

采用CT-6023便攜式pH值測試儀，參照GB/T7576-2009《紡織品水萃取液pH值的測定》測試織物的pH值。

采用YG224型織物光澤儀,參照FZ/T 01097-2006《織物光澤測試方法》測試織物光澤度。用A光源以60°(與法線的夾角)入射角照射在試樣上,在60°和-30°位置上分別接收其正反射光和漫反射光, 光的強(qiáng)度經(jīng)光電轉(zhuǎn)換用數(shù)字來顯示。計(jì)算出2個(gè)強(qiáng)度的比值,稱為對比光澤度GC。在每塊樣品上截取三塊代表性試樣，尺寸為 100×100mm2。再按照測光澤實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)值根據(jù)光澤度公式計(jì)算出織物光澤度。

(3)

式中：GC—織物光澤度;

GS—織物正反射光強(qiáng)度(%);

GD—織物漫反射光強(qiáng)度(%)。計(jì)算三塊試樣的平均值，保留一位小數(shù)。

采用WSB-3A型智能式數(shù)字白度儀測試織物白度，依據(jù)GB /T 8424.2-2001《紡織品色牢度試驗(yàn) 相對白度的儀器評定方法》執(zhí)行。

由于測試織物手感具有很大的主觀性，所以此次實(shí)驗(yàn)測量手感采用同組人一起來進(jìn)行手感測試。將布樣平鋪于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，每個(gè)人進(jìn)行觸摸，得出一個(gè)人感覺的手感，一共三個(gè)人，最后將取三個(gè)手感的綜合評價(jià)。手感可分為：硬挺、挺括、軟糯、疲軟、軟爛、蓬松、緊密、細(xì)膩、光滑、滑糯等。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物的力學(xué)性能分析

機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后，緯向拉伸斷裂強(qiáng)度相對于原織物(斷裂強(qiáng)度138N)增強(qiáng)，符合織物的服用性能要求。在相同帶液率，相同處理時(shí)間時(shí)，斷裂強(qiáng)度隨著烘干溫度的增加，基本有所減弱(如圖1 a)。在70%帶液率，相同烘干溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度隨著處理時(shí)間的增加，而有所減弱；在80%帶液率，相同烘干溫度時(shí)，斷裂強(qiáng)度隨著處理時(shí)間的增加，而有所增強(qiáng)(如圖1 b)。在相同烘干溫度，處理40分鐘和60分鐘時(shí)，斷裂強(qiáng)度隨著處理溫度的增加而減弱；而在80分鐘處理時(shí)間時(shí)，斷裂強(qiáng)度隨著處理溫度的增加而增強(qiáng)(如圖1 c)。

a

b

2.2 熱處理后織物的服用性能分析

(1)毛細(xì)效應(yīng)

a

b

機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后，毛細(xì)效應(yīng)面積相比原織物(毛細(xì)效應(yīng)115.4cm2)減小，織物吸水性能降低。在70%帶液率s，相同時(shí)間時(shí)，隨著烘干溫度的增加，毛細(xì)效應(yīng)面積增加；在80%帶液率，相同時(shí)間時(shí)，隨著烘干溫度的增加，毛細(xì)效應(yīng)面積減小(如圖2 a)。在80%帶液率，相同時(shí)間時(shí)，隨著時(shí)間的增加，毛細(xì)效應(yīng)面積增加(如圖2 b)。在相同時(shí)間，相同烘干溫度時(shí)，毛細(xì)效應(yīng)面積隨著帶液率的增加而增加(如圖2 c)?？梢?，在帶液率80%，烘干溫度140℃，處理80分鐘時(shí)，織物的毛細(xì)效應(yīng)較好。

(2)透氣性

a

b

c

機(jī)織白布經(jīng)熱處理后，織物透氣性比原織物(透氣率305.0mm.s-1)降低，基本都在82.5%以上。在相同帶液率,相同烘干時(shí)間下，織物的透氣性基本隨著烘干溫度的上升，先大幅降低，后略微提高，都在85%左右，透氣性能較好(如圖3 a)?？梢娸^高的烘干溫度時(shí)，織物的透氣性保持相對較好。在70%帶液率和相同溫度下，織物透氣性變化無規(guī)律。在80%帶液率,相同溫度下，透氣性隨著烘干時(shí)間的增加而略微降低(如圖3 b)。在烘干時(shí)間40min，相同烘干溫度下，透氣性隨著帶液率提高而提高。而在其他烘干時(shí)間，相同溫度下，織物的透氣率隨帶液率的提高，而略微降低(如圖3 c)。

(3)pH值

表2 處理后織物pH與原織物pH的比值

由表2可知，機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后pH相比原織物pH 5.69略微升高，且pH都處在直接接觸皮膚服裝的pH范圍(4.0-7.5)內(nèi)，且呈弱酸性，對皮膚較好。

(4)光澤度

由圖4可知，機(jī)織白布的光澤度相比原織物(光澤度5.64)降低。在相同帶液率，相同烘干時(shí)間(除40min)下，光澤度隨著烘干溫度的增加而逐漸降低；而在40min烘干時(shí)間下，隨著烘干溫度的上升，光澤度得到提高(如圖4a)。在相同帶液率，相同烘干溫度(除120℃)下，光澤度隨著烘干時(shí)間的增加而降低；在120℃烘干溫度，相同帶液率時(shí)，光澤度隨著時(shí)間的增加而提高(如圖4b)。在相同烘干溫度，相同烘干時(shí)間下，織物的光澤度隨著帶液率的提高而提高(如圖4c)。由此可見，在較高帶液率下，織物的光澤度較好。

a

b

c

(5)白度

表3 熱處理后織物的白度

由表3可知，機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后，白度相比原織物(白度92.4)略微減小，對織物白度的影響較小，都在90左右，織物白度保持較好。

(6)手感

表4 熱處理后織物的手感

由表4可知，機(jī)織白布經(jīng)過處理過后，對原織物柔軟的手感有一定的損傷。隨著處理時(shí)間增加、溫度的升高，織物手感越來越差。

2.3 織物的紅外光譜分析

圖5 織物的紅外光譜

由圖5可知，在3334cm-1處，有棉纖維上O-H基伸縮振動(dòng)；在2905cm-1處有C-H基伸縮振動(dòng)，說明了棉織物表面蠟質(zhì)的存在。在1367 cm-1處有C-H的彎曲振動(dòng)峰。并且，在1650cm-1處有棉纖維素中水分引起的吸收峰。此外，在1110cm-1處有-C-O-C-伸縮振動(dòng)的峰。這5個(gè)峰構(gòu)成了棉纖維的特征峰，由此可見本織物為純棉織物。由表4棉纖維相對結(jié)晶指數(shù)的變化可知，棉纖維經(jīng)過熱處理后，相對結(jié)晶度(K1)減小，結(jié)晶區(qū)減少。

表5 熱處理對棉纖維相對結(jié)晶指數(shù)的影響

2.4 織物的SEM分析

圖6 熱處理前后織物的SEM圖

由圖6的SEM對比可以看出，經(jīng)過熱處理后，纖維表層發(fā)生翹皮，纖維表面產(chǎn)生更多的附著物，棉纖維的表面結(jié)構(gòu)受到破壞。

3 結(jié)論

(1)織物力學(xué)性能：機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后，拉伸斷裂強(qiáng)力增強(qiáng)，符合服用要求。

(2)織物服用性能：毛細(xì)效應(yīng)面積有小幅度的減小，織物的潤濕性能降低。機(jī)織白布經(jīng)熱處理后，織物透氣性降低。機(jī)織白布經(jīng)過熱處理后，pH上升，處于弱酸性，對皮膚較好；光澤度降低，白度基本不變；手感受損，烘干溫度越低，烘干時(shí)間越短，手感越柔軟。

(3)由FT-IR可知，光譜圖上有著棉纖維的特征峰和主要吸收譜帶，織物為純棉織物。經(jīng)過熱處理后，棉纖維相對結(jié)晶度(K1)減小，結(jié)晶區(qū)減少。從SEM可以觀察到纖維表層發(fā)生翹皮，纖維表面產(chǎn)生更多的附著物，棉纖維的表面結(jié)構(gòu)受到破壞。

(4)在較高帶液率，較低烘干溫度，較短烘干時(shí)間下，熱處理工藝最優(yōu)。即在帶液率80%、烘干溫度120℃、烘干時(shí)間40min的條件下，醫(yī)用機(jī)織物的各項(xiàng)性能相對較好。