染整加工條件對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

孫 靜 高曉紅 方 婧 蔡小斌

(南通大學(xué)，江蘇南通，226019)

棉纖維是一種重要的天然纖維，具有穿著舒適、手感柔軟、透氣透濕等優(yōu)良的服用性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在服裝領(lǐng)域[1]。但棉是一種親水性多孔纖維，容易受到微生物的破壞[2]。因此對(duì)棉纖維及其制品進(jìn)行抗菌整理非常必要。

以棉纖維為基質(zhì)原位還原納米銀，制備載銀棉纖維。此類載銀棉纖維可保護(hù)皮膚不受細(xì)菌及微生物(螨蟲等)侵害，具有除臭防臭的功效[3]，從而應(yīng)用于需要高效抗菌的特定場(chǎng)合。然而，在后續(xù)的染整加工過(guò)程中(退漿、精練、漂白、絲光、染色等)用到的酸、堿、氧化劑、還原劑等可能會(huì)對(duì)載銀棉纖維混紡紗產(chǎn)生影響。

本文以棉纖維為基質(zhì)制備載銀棉纖維，并與普通棉纖維混紡制成載銀棉混紡紗，研究染整加工參數(shù)(酸、堿、氧化劑、還原劑等)對(duì)其斷裂強(qiáng)力的影響，為其廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)

1.1 材料、藥品

材料：棉纖維(南通雙弘紡織有限公司)，載銀棉纖維(自制)。

藥品：營(yíng)養(yǎng)瓊脂(上海博微生物科技有限公司)，魚粉蛋白胨(上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司)，牛肉浸膏(上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司)，氯化鈉(上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司)，氫氧化鈉(上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司)，磷酸二氫鈉(上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司)，磷酸二氫鉀(上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司)，連二亞硫酸鈉(西隴化工股份有限公司)，次氯酸鈉(西隴化工股份有限公司)，乙酸(江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司)，亞硫酸氫鈉(上海試四赫維化工有限公司)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 載銀棉混紡紗的制備

載銀棉纖維和普通棉纖維分別梳棉制成生條，經(jīng)FA305型并條機(jī)(兩道)、FA422型粗紗機(jī)、EJM128K型細(xì)紗機(jī)紡制成載銀棉混紡紗。

1.2.2 理化試驗(yàn)

配制濃度為5 g/L ～300 g/L的氫氧化鈉溶液，分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗，在濃度為5 g/L～50 g/L氫氧化鈉溶液中30 ℃水浴振蕩30 min，在濃度為150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中30 ℃水浴振蕩5 min，然后將紗線洗凈、烘干，測(cè)試紗線的斷裂強(qiáng)力。

分別配制濃度為0.4 g/L ～4.0 g/L的次氯酸鈉溶液；濃度為0.4 g/L～4.0 g/L的過(guò)氧化氫溶液；濃度為1 g/L～30 g/L的亞硫酸氫鈉溶液；濃度為1 g/L～30 g/L的連二亞硫酸鈉溶液；用醋酸和氫氧化鈉配制pH值為3～11的溶液，再分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗，在各個(gè)溶液中30 ℃水浴振蕩30 min，然后將紗線洗凈、烘干，測(cè)試紗線的斷裂強(qiáng)力。

分別稱取0.5 g的載銀棉混紡紗置于溫度設(shè)置為80 ℃～240 ℃的烘箱中烘30 min，然后測(cè)試紗線的斷裂強(qiáng)力。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 紗線斷裂強(qiáng)力的測(cè)試

使用YG061F/P型單紗強(qiáng)力儀，測(cè)定混紡紗線的斷裂強(qiáng)力。測(cè)試長(zhǎng)度為250 mm，速度為500 mm/min，時(shí)間為10 s。試驗(yàn)次數(shù)為30次，求平均值。

1.3.2 耐水洗性測(cè)試

參照FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》中附錄C的簡(jiǎn)化洗滌條件及程序，對(duì)待測(cè)的載銀棉混紡紗分別進(jìn)行5次、30次、50次的標(biāo)準(zhǔn)洗滌，以評(píng)價(jià)紗線抗菌效果的耐水洗性。

1.3.3 混紡紗抗菌性能測(cè)試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)》，采用振蕩法對(duì)載銀棉纖維進(jìn)行試驗(yàn)研究，選用具有代表性的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為試驗(yàn)菌種，測(cè)試出抑菌率。

2 結(jié)果與討論

2.1 載銀棉混紡紗的制備

按1.2.1的試驗(yàn)方法制備載銀棉混紡紗。在并條過(guò)程中以棉生條和載銀棉生條共8根同時(shí)喂入，通過(guò)不同的并合方法得到不同載銀棉纖維含量的混紡紗。并合方法有4種：1根載銀棉生條+7根棉生條，即生產(chǎn)出1/8載銀棉條；2根1/8載銀棉條+6根棉生條；1根1/8載銀棉條+7根棉生條，即生產(chǎn)出1/64載銀棉條；2根1/64載銀棉條+6根棉生條。為了準(zhǔn)確計(jì)算各載銀棉混紡紗中載銀棉纖維含量，稱取了各條子質(zhì)量：載銀棉生條的定量為18.37 g/5 m；普通棉生條的定量為16.71 g/5 m；1/8載銀棉條的定量為18.22 g/5 m；1/64載銀棉條的定量為18.14 g/5 m。由此可依次得出以上四種載銀棉混紡紗中的載銀棉纖維實(shí)際含量分別為13.6%、3.6%、1.8%、0.5%。各紗線圖片如圖1所示。

(a)13.6%

(b)3.6%

(c)1.8%

(d)0.5%

圖1 不同載銀棉纖維含量的載銀棉混紡紗

2.2 載銀棉纖維含量對(duì)載銀棉混紡紗的影響

不同含量載銀棉纖維混紡紗的斷裂強(qiáng)力和K/S值見(jiàn)表1。

表1不同載銀棉纖維含量的混紡紗性能

載銀棉纖維含量/%斷裂強(qiáng)力/cNK/S值0 0.51.83.613.61301311281261250.127 90.169 80.189 40.246 20.273 5

由表1可知，隨著載銀棉纖維含量的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力稍有降低，K/S值逐漸增大。這是由于納米銀的加入使得纖維中存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨載銀棉纖維含量的增加而略有降低，但是下降幅度不大。載銀棉纖維含量的增加使得載銀棉混紡紗上負(fù)載的鈉米銀顆粒增加，表觀顏色隨之加深，即K/S值增大。

2.3 染整加工參數(shù)對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

在紡織染整加工過(guò)程中，棉織物整理會(huì)使用到很多助劑和不同的反應(yīng)條件，因此需要討論染整加工參數(shù)對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響。

2.3.1 氫氧化鈉濃度

在棉織物精煉、絲光的過(guò)程中，會(huì)使用到氫氧化鈉。棉織物精煉的氫氧化鈉濃度根據(jù)精煉方式的不同，一般在10 g/L～50 g/L，精煉時(shí)間在30 min左右。棉織物絲光的氫氧化鈉濃度多為230 g/L～280 g/L，絲光時(shí)間一般為50 s～60 s，因此本文設(shè)計(jì)在5 g/L～50 g/L的氫氧化鈉溶液中處理30 min以及在150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中處理5 min的試驗(yàn)，研究這兩種條件下紗線斷裂強(qiáng)力的變化情況，結(jié)果如圖2所示。

圖2 氫氧化鈉濃度對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

由圖2可以看出，隨著氫氧化鈉濃度的增加，載銀棉纖維含量相同的載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力上下波動(dòng)，基本呈上升趨勢(shì)。在5 g/L～50 g/L的氫氧化鈉溶液中處理30 min后，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨氫氧化鈉濃度的增加有波動(dòng)，但影響不大。在150 g/L～300 g/L的氫氧化鈉溶液中處理5 min后，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨氫氧化鈉濃度增加而增加。而載銀棉纖維含量的增加對(duì)紗線的強(qiáng)力無(wú)太大影響。

這是因?yàn)殡m然納米銀的存在使得纖維中存在部分應(yīng)力集中的現(xiàn)象，但是棉纖維對(duì)堿劑比較穩(wěn)定，氫氧化鈉溶液的處理使得棉纖維中一些弱的結(jié)合點(diǎn)減少了，纖維受力均勻，減少由于應(yīng)力集中造成的纖維斷裂[4]，纖維的強(qiáng)力有所提高，但是隨著氫氧化鈉濃度的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力又略有下降。而當(dāng)氫氧化鈉的濃度達(dá)到150 g/L，接觸時(shí)間為5 min時(shí)，濃堿液使得纖維受力均勻，紗線斷裂強(qiáng)力增加。

2.3.2 pH值

考慮染整加工過(guò)程中pH值的變化，按照1.2.2的試驗(yàn)方法利用冰醋酸和氫氧化鈉配制pH值3～11的溶液，討論不同pH值處理后載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力，結(jié)果如圖3所示。

圖3 pH值對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

由圖3可以看出，隨pH值的增大，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力呈增大趨勢(shì)。載銀棉纖維含量的不同對(duì)纖維強(qiáng)力無(wú)太大影響。這是因?yàn)槊蘩w維本身耐堿不耐酸，pH值過(guò)小時(shí)，棉纖維會(huì)因發(fā)生水解降解而受損，同時(shí)，纖維表面的部分銀層會(huì)與酸發(fā)生置換反應(yīng)，紗線強(qiáng)力較低。

2.3.3 溫度

染整加工過(guò)程中溫度變化有很多，按照1.2.2的試驗(yàn)方法，討論不同溫度對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨溫度的升高，載銀棉纖維含量相同的載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力逐漸減小。這是因?yàn)槊蘩w維耐熱性雖然較好，但在長(zhǎng)時(shí)間高溫的作用下，大分子鏈段會(huì)發(fā)生裂解作用，纖維強(qiáng)力下降，同時(shí)由于納米銀的存在，纖維內(nèi)部存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象，導(dǎo)致紗線的斷裂強(qiáng)力下降。

圖4 溫度對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

2.3.4 氧化劑

2.3.4.1 過(guò)氧化氫濃度

染整加工過(guò)程中會(huì)使用過(guò)氧化氫對(duì)棉織物進(jìn)行漂白，因此需要討論不同濃度的過(guò)氧化氫對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 過(guò)氧化氫濃度對(duì)載銀混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

由圖5可以看出，隨過(guò)氧化氫濃度的增加，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力先減小后增大。這是因?yàn)楫?dāng)過(guò)氧化氫的濃度在0.4 g/L～1.6 g/L時(shí)，過(guò)氧化氫對(duì)棉纖維的氧化作用，使纖維素大分子的基團(tuán)和分子鏈?zhǔn)艿綋p傷，纖維強(qiáng)力減小，從而表現(xiàn)為紗線斷裂強(qiáng)力減小。當(dāng)過(guò)氧化氫的濃度高于1.6 g/L后，納米銀與纖維素大分子鏈上經(jīng)氧化作用生成的醛基或羧基以離子鍵的形式結(jié)合，提高了紗線的斷裂強(qiáng)力。

2.3.4.2 次氯酸鈉濃度

按照1.2.2的試驗(yàn)方法，考慮染整加工過(guò)程中經(jīng)常使用的次氯酸鈉濃度，討論不同濃度的次氯酸鈉對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨次氯酸鈉濃度的增加先減小后增大。這是因?yàn)楫?dāng)次氯酸鈉的濃度在0.4 g/L～1.6 g/L時(shí)，首先次氯酸鈉對(duì)棉纖維存在氧化作用，其次次氯酸鈉的水解呈堿性，促進(jìn)了氧化反應(yīng)的進(jìn)行，使纖維素大分子的基團(tuán)和分子鏈?zhǔn)艿綋p傷，纖維強(qiáng)力減小，從而表現(xiàn)為紗線斷裂強(qiáng)力減小。當(dāng)次氯酸鈉的濃度高于1.6 g/L后，納米銀與纖維素大分子鏈上經(jīng)氧化反應(yīng)生成的醛基或羧基以離子鍵的形式結(jié)合，增加了纖維之間的作用力，從而提高了紗線的斷裂強(qiáng)力。

圖6 次氯酸鈉濃度對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

2.3.5 還原劑

2.3.5.1 亞硫酸氫鈉濃度

按照1.2.2的試驗(yàn)方法，考慮染整加工過(guò)程中經(jīng)常使用的亞硫酸氫鈉濃度，討論不同濃度的亞硫酸氫鈉對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 亞硫酸氫鈉濃度對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響

由圖7看出，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨亞硫酸氫鈉濃度的增加而上下波動(dòng)，沒(méi)有明顯的下降或上升的趨勢(shì)。但是由于納米銀顆粒存在而造成纖維內(nèi)部應(yīng)力集中，紗線的斷裂強(qiáng)力略有減小。

2.3.5.2 連二亞硫酸氫鈉濃度

按照1.2.2的試驗(yàn)方法，考慮染整加工過(guò)程中經(jīng)常使用的連二亞硫酸鈉濃度，討論不同濃度的連二亞硫酸鈉對(duì)載銀棉混紡紗斷裂強(qiáng)力的影響，結(jié)果如圖8所示。

圖8 連二亞硫酸鈉濃度對(duì)

由圖8看出，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力隨連二亞硫酸鈉濃度的增加大致趨勢(shì)為先增大后減小，變化值不大。這是因?yàn)槔w維素大分子中的活性基團(tuán)主要是羥基，對(duì)還原劑比較穩(wěn)定，但是由于納米銀顆粒存在而造成的應(yīng)力集中，紗線的斷裂強(qiáng)力略有下降。

2.4 載銀棉混紡紗的抗菌性及耐水洗性

采用振蕩法對(duì)載銀棉纖維含量為0.5%、1.8%、3.6%、13.6%的載銀棉混紡紗的未洗滌、標(biāo)準(zhǔn)洗滌5次、標(biāo)準(zhǔn)洗滌30次、標(biāo)準(zhǔn)洗滌50次的試樣進(jìn)行試驗(yàn)研究，選用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為試驗(yàn)的菌種，計(jì)算出抑菌率，并分析出載銀棉纖維含量與抗菌性的關(guān)系，以及紗線抗菌效果的耐水洗性，結(jié)果如圖9和圖10所示。

圖9 振蕩法試樣對(duì)大腸桿菌的抑菌率

圖10 振蕩法試樣對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率

載銀棉混紡紗的抗菌機(jī)理主要表現(xiàn)為負(fù)載的納米銀粒子與致病菌代謝酶中的巰基結(jié)合，使其代謝酶失去活性；同時(shí)，納米銀粒子與致病菌的細(xì)胞壁發(fā)生肽聚糖反應(yīng)之后形成可逆復(fù)合物，該復(fù)合物阻礙了致病菌將氧氣和能量運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部；納米銀粒子還可以與致病菌的DNA結(jié)合，導(dǎo)致DNA的結(jié)構(gòu)變性，最終抑制DNA復(fù)制，達(dá)到抗菌效果[5]。

由圖9和圖10可以看出，載銀棉混紡紗的抑菌率隨載銀棉纖維含量的增加而增大；水洗會(huì)使抑菌率有所下降，但隨載銀棉纖維含量的增加，抑菌率的下降趨勢(shì)漸緩，直至不變。

3 結(jié)論

(1)將棉生條和載銀棉生條共8根喂入并條機(jī)，通過(guò)條混，可制得0.5%、1.8%、3.6%、13.6%等不同比例的載銀棉混紡紗。

(2)染整加工參數(shù)變化對(duì)載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力有一定的影響。氫氧化鈉濃度及pH值升高，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力略有提高；溫度升高，載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力有所下降；氧化劑濃度增加會(huì)使載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力呈現(xiàn)出先下降再增大的趨勢(shì)。還原劑對(duì)載銀棉混紡紗的斷裂強(qiáng)力影響不大。

(3)載銀棉混紡紗的抑菌率隨載銀棉纖維含量的增加而增大；水洗會(huì)使抑菌率有所下降，但隨載銀棉纖維含量的增加，抑菌率的下降趨勢(shì)漸緩，直至不變。