硅藻土改性黏膠纖維的制備與性能測試

陳秀苗，沈守兵

（上海水星家用紡織品股份有限公司，上海201401）

0 引言

黏膠纖維憑借自身優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、非織造布等領(lǐng)域。隨著人類對健康紡織品越來越關(guān)注，人們不斷開發(fā)出的功能性黏膠纖維拓展了其應(yīng)用市場，但人類的需求卻是不斷變化的，這就要求市場提供新型功能性纖維來持續(xù)滿足不同的客戶需求。

硅藻土是一種硅藻遺體沉積物，是由生物轉(zhuǎn)化、主要組成物質(zhì)為硅藻的硅質(zhì)沉淀巖，是一種有機蛋白石礦物成分，因其與一般成因的蛋白石不同，所以稱之為硅藻蛋白石。硅藻土作為一種天然礦物質(zhì)材料，無任何有害的化學(xué)物質(zhì)，不僅具有密度小、防水、不易燃燒等優(yōu)點，還具有除臭、吸濕、吸附室內(nèi)有害氣體等作用。由于硅藻土表面具有大量的超微細(xì)孔，數(shù)量約為木炭的6 000倍，其表面的超微細(xì)孔會隨著室內(nèi)濕度的提高自動吸收空氣中的水分，并儲存于孔內(nèi)；也會隨著室內(nèi)濕度的降低自動釋放儲存在孔內(nèi)的水分，進而調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度。除此之外，硅藻土還能有效吸收并分解易使人過敏的物質(zhì)，可以把水分子分解為正負(fù)離子，從而起到殺菌作用[1]。

目前，硅藻土已成功用于家裝、水系統(tǒng)等很多領(lǐng)域。將硅藻土用于保健纖維產(chǎn)品的開發(fā)中，尤其用于家紡產(chǎn)品的開發(fā)，符合消費者對于功能化、保健化紡織品的需求。此外，隨著人們對室內(nèi)裝修裝飾越來越追求時尚化，但又擔(dān)心裝飾裝修材料中含有甲醛、氨氣、苯等揮發(fā)性有害化學(xué)物質(zhì)[2]，所以希望研究開發(fā)出一種能夠吸附和分解有害氣體的紡織品來滿足健康生活的需求。經(jīng)過大量的研究，發(fā)現(xiàn)硅藻土能有效吸收有害化學(xué)物質(zhì)，消除異味，將其作為主材之一應(yīng)用到家紡新材料中是一個值得研究的課題。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，用硅藻土改性的黏膠纖維已經(jīng)被當(dāng)作一種低碳環(huán)保型材料用于不同的領(lǐng)域。試驗將研磨成納米級的硅藻土與黏膠紡絲液進行混紡，采用濕法紡絲法成功制得可去除有害氣體的改性黏膠纖維。

1 試驗

1.1 硅藻土微粉制備

試驗時先打開硅藻，使硅藻殼體中所含的微細(xì)黏土雜質(zhì)與硅藻解離，并通過離心沉降法去除分離的微細(xì)黏土雜質(zhì)；再對硅藻精土進行濕式球磨超細(xì)粉碎，使平均粒度達到微米級，同時對漿料進行表面改性處理,以防止微細(xì)粒子在干燥中形成難以解聚的硬團聚體,確保其良好的分散性；最后，對濕式球磨后的漿料進行干燥，并經(jīng)過氣流粉碎機進一步篩選出一定細(xì)度的超細(xì)微粉（一般粉體最大粒徑不能超過2μm）[3]。

1.2 濕法紡絲

1.2.1 硅藻土功能漿料制備

將表面改性后的硅藻土和水按（20～30）∶（70～80）的質(zhì)量比調(diào)成漿料，并用高速攪拌器攪拌，確保溶液混合均勻，從而制備出功能性漿料。

1.2.2 紡絲速度和硅藻土添加量選擇

共混紡絲液中硅藻土的用量會直接影響紡絲液的黏度，進而影響紡絲的狀態(tài)以及成絲后纖維的力學(xué)性能。因此，可以通過可紡性來確認(rèn)紡絲速度和硅藻土的添加量。

1.2.3 紡絲

將制備好的纖維素原液和硅藻土功能漿料同時輸送至溶解機中快速攪拌均勻后在室溫下靜置，然后進行過濾、脫泡和熟成加工工序。為了制造出質(zhì)量優(yōu)良的紡絲產(chǎn)品，需去除共混黏膠溶液中未反應(yīng)和未溶解的纖維、不完全溶解的凝膠粒子以及功能乳漿中的較大顆粒等，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時，紡絲前要用真空脫泡法去除多功能混合溶液中的氣泡，避免紡絲過程中發(fā)生斷頭，或引起后續(xù)工序中的纏輥現(xiàn)象。紡絲是將共混紡絲液通過多孔噴絲頭進入凝固浴中將纖維素磺酸酯凝固成絲，再分解為水化纖維素。

1.3 性能測試

硅藻土改性黏膠纖維是在黏膠纖維生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進行改性而制得的。優(yōu)化工藝生產(chǎn)制得的硅藻土改性黏膠纖維的規(guī)格有1.33 dtex×38 mm和1.67 dtex×38 mm兩種（用纖維線密度和切斷長度表示）。因此，需對硅藻土改性黏膠纖維的性能進行測試，并與常規(guī)黏膠纖維的性能進行對比，同時還要對改性纖維的可紡性進行評價，測試改性纖維的功能性指標(biāo)。

1.3.1 一般力學(xué)性能測試

按照GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》標(biāo)準(zhǔn)要求，對規(guī)格為1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏膠纖維的力學(xué)性能進行測試。

1.3.2 甲醛去除率測試

按照QB/T 2761—2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測試方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，將500g樣品放入1.5 m3的試驗艙內(nèi)，在光照條件下進行測試。

1.3.3 抗菌性測試

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價》標(biāo)準(zhǔn)要求對硅藻土改性黏膠纖維的抗菌性能（對白念珠菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌的抑制率）進行測試。

1.3.4 其它性能測試

按照GB/T 30128—2013《紡織品 負(fù)離子發(fā)生量的檢測和評價》標(biāo)準(zhǔn)要求對硅藻土改性黏膠纖維的離子釋放個數(shù)進行測試。

按照FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗方法第8部分：紅外光譜法》標(biāo)準(zhǔn)要求對硅藻土改性黏膠纖維的遠紅外發(fā)射率進行測試。

按照GB/T 24253—2009《紡織品防螨性能的評價》標(biāo)準(zhǔn)要求對硅藻土改性黏膠纖維防螨效果（驅(qū)避率）進行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 分散劑確認(rèn)

為防止堵塞過濾器、噴絲孔等組件，黏膠濕法紡絲對硅藻土粒徑的要求很高，需在硅藻精土中加入分散劑進行超細(xì)研磨，并通過靜置沉降所需時間來表征其分散效果（沉降時間越長，分散效果越好）。試驗用六偏磷酸鈉等4種分散劑分別進行試驗，用沉降時間來確認(rèn)分散劑的種類，試驗結(jié)果詳見表1。

表1 分散劑與分散效果

通過試驗比較，在分散劑用量相同的情況下，用聚羧酸鈉鹽型分散劑SN-5040復(fù)配BYK-198作為分散劑時沉降時間最長。由于沉降所需的時間越長，分散效果越好，因而，選擇聚羧酸鈉鹽型分散劑SN-5040復(fù)配BYK-198作為硅藻土漿料的分散劑。

2.2 紡絲速度和硅藻土添加量確認(rèn)

共混紡絲液中硅藻土的含量會直接影響紡絲液的黏度，從而影響紡絲狀態(tài)以及成絲后纖維的力學(xué)性能。通過改變紡絲速度和硅藻土的添加量來確認(rèn)紡絲的穩(wěn)定性、可控性、斷頭及卷繞情況，詳見表2。

表2 硅藻土添加量與可紡性

由表2可知，共混紡絲液中硅藻土的添加量會直接影響紡絲液的黏度，進而影響紡絲的狀態(tài)，甚至所制得的纖維性能。當(dāng)硅藻土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%、紡絲速度為50 m/min時，纖維的可紡性在可控制范圍內(nèi)。因此，選擇紡絲速度為50 m/min、硅藻土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%進行生產(chǎn)。

2.3 硅藻土改性黏膠纖維截面電鏡圖

通過對硅藻土改性黏膠纖維的縱、橫截面電鏡圖來觀察硅藻土粉體顆粒在纖維表面以及內(nèi)部的分布情況，具體電鏡圖見圖1和圖2。

圖1 硅藻土改性黏膠纖維橫截面電鏡圖

圖2 硅藻土改性黏膠纖維縱截面電鏡圖

2.4 性能測試

2.4.1 力學(xué)性能

按照GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》方法要求對規(guī)格為1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏膠纖維的力學(xué)性能進行測試，測得纖維纖度為1.62 dtex，長度為38 mm，干斷裂強度為2.1 cN/dtex，濕斷裂強度為1.19 cN/dtex，干斷裂伸長率為19%，超長纖維率為0.1%，白度為85.5%，回潮率為12.5%，含油率為0.28%，殘硫量為4.9 mg/100 g，均滿足標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求。

2.4.2 功能性指標(biāo)

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》方法標(biāo)準(zhǔn)，由專業(yè)檢測機構(gòu)（廣州微生物分析檢測中心）檢測后發(fā)現(xiàn)，硅藻土改性黏膠纖維對白念球菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌具有較好的抑菌性，其抑菌率均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求（見表3），說明硅藻土改性黏膠纖維具有抗菌性。

按照QB/T 2761—2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測試方法》方法標(biāo)準(zhǔn)，由上述檢測機構(gòu)檢測硅藻土改性黏膠纖維對含有甲醛的空氣進行凈化的效果，測試結(jié)果見表4。

此外，所測的硅藻土改性黏膠纖維離子釋放個數(shù)為500～1 000個/cm3，遠紅外發(fā)射率為83%～90%、防螨驅(qū)避率為60%～80%，均達到國家或者行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

與GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》中5.2.1條款的要求相比，綜合上述結(jié)果可知，硅藻土改性黏膠纖維的主要性能指標(biāo)均達到常規(guī)黏膠短纖維的要求，具有良好的可紡性，可進一步進行紡紗和織造，開發(fā)出更多種類的家紡面料產(chǎn)品。

2.5 應(yīng)用

硅藻土改性黏膠纖維可以與聚酯纖維按一定比例搭配做家紡芯被類產(chǎn)品的被胎，產(chǎn)品吸濕透氣性好，親膚性高；硅藻土改性黏膠纖維與其它化纖長絲、短纖（如牛奶纖維、莫代爾纖維、丙綸等）混紡可以開發(fā)各類高檔女士服裝，其吸濕透氣性好，柔軟性佳，具有抗菌防臭功能；硅藻土改性黏膠纖維可與普通人造長絲或者滌綸長絲進行交織做家紡大提花面料產(chǎn)品，具有獨特的仿絲綢風(fēng)格，紋路清晰，光澤典雅靚麗，手感滑爽；硅藻土改性黏膠纖維與棉混紡做成粗支紗，合股加捻，利用特殊的組織結(jié)構(gòu)所制得的夏令軟席產(chǎn)品，風(fēng)格粗獷，涼而不冰，健康環(huán)保。

3 結(jié)論

改性后的黏膠纖維不僅保持了黏膠纖維原有的良好服用性能，同時還賦予纖維新的功能。對白念珠菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌具有抑制作用，抑制率分別達到94%、87%、90%［遠超具有抗菌性能產(chǎn)品的抗菌要求（抑菌率≥70%）］，對甲醛的去除率＞85%。此種功能性纖維具有良好的可紡性，可廣泛用于家紡面料產(chǎn)品和裝飾紡織品的開發(fā)，具有良好的應(yīng)用和市場前景。

然而，當(dāng)前功能性抗菌黏膠纖維，特別是紡織用抗菌黏膠纖維產(chǎn)品的性能與國際產(chǎn)品存有較大的差距，無法完全替代進口?？咕つz纖維雖然具有很大的應(yīng)用市場，除Lenzing公司外，國內(nèi)對它的開發(fā)研究仍處于小試階段。未來對于功能性黏膠纖維的開發(fā)應(yīng)著重從以下3個方面進行研究：①對功能性材料的品質(zhì)研究，如粒徑、分布、分散性、與黏膠的相容性等；②功能性材料與黏膠纖維準(zhǔn)確、均勻共混的研究；③對功能性材料與黏膠纖維結(jié)合牢度的研究。此外，如何解決有機類功能性材料與黏膠本體的結(jié)合也是許多功能性黏膠纖維開發(fā)的重點[4]。

表3 硅藻土黏膠纖維的抗菌性能測試結(jié)果

表4 硅藻土改性黏膠纖維去除甲醛測試結(jié)果