防蚊涼感整理多功能面料的制備

韓 雪，周小紅，馬正升

(1.浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國(guó)際絲綢學(xué)院)，浙江 杭州 310018；2.上海潔宜康化工科技有限公司，上海 200335)

夏季蚊蟲(chóng)肆虐，用衣物來(lái)防止蚊蟲(chóng)叮咬是常見(jiàn)方法，但夏季穿上較多的衣物，易產(chǎn)生悶熱不適。針對(duì)夏季常見(jiàn)的2個(gè)關(guān)鍵難題，研究人員給出了不同的答案。美國(guó)Buzz Off公司研究了一款經(jīng)氯菊酯處理制得的防蟲(chóng)制服，這款防蟲(chóng)制服，經(jīng)水洗測(cè)試發(fā)現(xiàn)水洗牢度較好，25次水洗后仍有良好的驅(qū)蚊效果[1]。上海潔宜康化工科技有限公司成功研制了以氯菊酯為防蚊有效成分的JYK-PL100防蚊衛(wèi)生整理劑[2]，經(jīng)皮膚變態(tài)反應(yīng)試驗(yàn)證實(shí)其對(duì)人體安全無(wú)毒。魏橋紡織優(yōu)選錦綸和滌綸2種材質(zhì)的云母涼感滌綸與粘膠、棉和Coolmax四管道異型聚酯纖維進(jìn)行混紡，采用環(huán)錠紡或緊密紡，開(kāi)發(fā)出新型涼感紗線，并用該紗線織造了一系列家紡套件、夏涼被、服裝面料，面料檢測(cè)涼感值達(dá)到0.328 W/cm2，超過(guò)了FTTS-FA-019《織物瞬間涼感驗(yàn)證規(guī)范》中評(píng)價(jià)織物具有接觸瞬間涼感功能的指標(biāo)：機(jī)織物大于0.17 W/cm2 [3]。程夢(mèng)[4]使用安徽美科迪智能微膠囊科技有限公司生產(chǎn)的相變材料涼感微膠囊對(duì)棉織物進(jìn)行涼感整理并取得了較好的涼感效果，采用相變材料涼感整理劑用二浸二軋的方式對(duì)棉織物進(jìn)行涼感整理工藝探討，最終工藝為，黏合劑PH-CF1的條件下，微膠囊占漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的50%，黏合劑與微膠囊的質(zhì)量比為1∶2，在80 ℃下預(yù)烘5 min，在150 ℃下焙烘4 min，涂層厚度為4.35 mm。

綜合目前的研究成果來(lái)看，研究人員對(duì)防蚊或涼感織物的研究甚多，但對(duì)防蚊涼感復(fù)合功能織物的研究卻微乎其微。本文主要研究?jī)?nèi)容為機(jī)織物和針織物防蚊涼感復(fù)合功能織物的制備，并對(duì)所制備織物的防蚊與涼感功能進(jìn)行了適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)材料選用機(jī)織面料和針織面料2種，機(jī)織面料選用相同規(guī)格自行織造的的滌綸平紋機(jī)織面料和云母滌綸平紋機(jī)織面料，試樣編號(hào)為w1和w2，w1原材料普通滌綸來(lái)源于杭州利遠(yuǎn)輕紡有限公司，w2原材料為含5%云母的滌綸，來(lái)源于太倉(cāng)舫柯紡織品有限公司；針織面料選用相似規(guī)格的滌綸鳥(niǎo)眼針織面料和云母滌綸鳥(niǎo)眼針織面料，試樣編號(hào)為z1和z2。4種面料具體規(guī)格及導(dǎo)熱系數(shù)如表1所示。

表1 織物基本規(guī)格及導(dǎo)熱系數(shù)

裁取尺寸為22 cm×22 cm的平紋機(jī)織面料w1、鳥(niǎo)眼針織面料z1、涼感平紋機(jī)織面料w2、 涼感鳥(niǎo)眼針織面料z2若干進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

試劑：涼感整理劑RUCO-THERM CMB-A(魯?shù)婪蚧び邢薰?、防蚊整理劑JYK-PL100、牢度促進(jìn)劑JYK FIX-ET(上海潔宜康化工科技有限公司)。涼感整理劑RUCO-THERM CMB-A由魯?shù)婪蚧び邢薰狙兄?，其包含一種以無(wú)味的薄荷醇生物為成分的高效冰感活性組分，此活性組分可作用于皮膚冷感接受系統(tǒng)，從而保持長(zhǎng)久涼感。防蚊整理劑JYK-PL100由上海潔宜康化工科技有限公司開(kāi)發(fā)研制，具有良好的驅(qū)蚊效果且無(wú)毒無(wú)害[8]。配合使用牢度促進(jìn)劑JYK FIX-ET可增強(qiáng)后整理織物的水洗牢度，使驅(qū)蚊效果更持久[9]。

儀器：P-AO型立式小軋車(chē)(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司)、MINI-TENTER連續(xù)式定型烘干機(jī)(中國(guó)臺(tái)灣新瑞開(kāi)發(fā)科技有限公司)。

1.3 涼感整理

1.3.1 整理方法

一浸一軋(浴比1∶20，軋余率70%)→焙烘(溫度和時(shí)間隨方案改變)。

1.3.2 整理方案

根據(jù)魯?shù)婪蚧び邢薰綬UCO-THERM CMB-A涼感整理劑推薦的整理工藝，將涼感整理劑質(zhì)量濃度設(shè)定在20～80 g/L范圍內(nèi)，烘干溫度選擇100～140 ℃，烘干時(shí)間選擇2～6 min。根據(jù)正交試驗(yàn)規(guī)則，將涼感整理劑質(zhì)量濃度的3個(gè)水平設(shè)計(jì)為20、50、80 g/L，烘干溫度3個(gè)水平設(shè)計(jì)為100、120、140 ℃，烘干時(shí)間3個(gè)水平設(shè)計(jì)為2、4、6 min。涼感整理各因素與水平見(jiàn)表2。機(jī)織平紋面料涼感整理后試樣編號(hào)記為w1-1～ w1-9，針織鳥(niǎo)眼面料涼感整理后試樣編號(hào)記為z1-1～ z1-9。

表2 涼感整理正交試驗(yàn)因素與水平表

1.4 防蚊整理

整理方法：一浸一軋(防蚊整理劑JYK PL-100 質(zhì)量濃度5 g/L、牢度促進(jìn)劑JYK FIX-ET質(zhì)量濃度 6 g/L,浴比1∶20，軋余率80%)→預(yù)干燥(80 ℃，5 min)→焙烘(140 ℃，2 min)。

1.5 涼感性能測(cè)試

導(dǎo)熱系數(shù)可表征材料導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱。定義為在穩(wěn)定傳熱條件下，材料兩側(cè)存在溫差，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量，單位是W/(m·K)或W/(m·℃)。數(shù)值越大表示材料導(dǎo)熱性能越好，涼感性能越強(qiáng)。從物理學(xué)角度分析，織物導(dǎo)熱系數(shù)是決定織物與皮膚接觸瞬間冷暖感的主要因素，導(dǎo)熱系數(shù)越大，瞬間接觸時(shí)熱流量就越大，織物涼感就越強(qiáng)[10]，本文用導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)涼感性能進(jìn)行表征。

導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法包括穩(wěn)態(tài)的平板法、保護(hù)熱板法和非穩(wěn)態(tài)的熱線法和瞬態(tài)平面熱源法，其中瞬態(tài)平面熱源法可快速、高效、精確地測(cè)定材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)以及體積比熱容等熱物性參數(shù)[11]。本文采用Hot Disk熱常數(shù)分析儀瞬態(tài)平面熱源法測(cè)試試樣的導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)試方法參照GBT 32064—2015《建筑用材料導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù) 瞬態(tài)平面熱源測(cè)試法》執(zhí)行。

1.6 防蚊性能測(cè)試

1.6.1 測(cè)試裝置與材料

自行設(shè)計(jì)制作防蚊功能測(cè)試裝置，由雙層蚊帳和防蚊試驗(yàn)箱組成。雙層蚊帳：內(nèi)徑120 cm，外徑155 cm，高190 cm，蚊帳網(wǎng)眼密度縱向大于16孔/(5 cm)，橫向大于16孔/(5 cm)，材質(zhì)為滌綸；防蚊試驗(yàn)箱：長(zhǎng)、寬、高均為220 cm，六面包覆防蚊面料，其中一面中部留有1個(gè)10 cm×10 cm孔洞，方便蚊蟲(chóng)進(jìn)入，雙層蚊帳實(shí)物見(jiàn)圖1。

實(shí)驗(yàn)委托浙江省疾病預(yù)防控制中心進(jìn)行測(cè)試，采用白紋伊蚊為3～5日齡成蟲(chóng)，未吸血，雌性。小白鼠需健康成年。溫度(26±1) ℃，相對(duì)濕度(60±10)%。

1.6.2 試驗(yàn)步驟

將50只未吸血的白紋伊蚊雌蚊放入已關(guān)閉門(mén)的雙層蚊帳內(nèi)賬中，封閉內(nèi)帳，如圖1所示。待白紋伊蚊恢復(fù)正?；顒?dòng)后，在帳內(nèi)中央放置包覆防蚊面料的防蚊試驗(yàn)箱，箱底中部固定1只成年小白鼠。靜置24 h后用電動(dòng)吸蚊器吸取帳內(nèi)所有蚊蟲(chóng)，-20 ℃下冷凍。在解剖鏡下觀察其吸血情況，記錄吸血蚊蟲(chóng)和未吸血蚊蟲(chóng)的數(shù)量。

圖1 雙層蚊帳

以未處理織物為對(duì)照試樣測(cè)試防蚊試樣的防蚊效果，用式(1)計(jì)算所有面料的防蚊蟲(chóng)叮咬率[12]，參照GB/T 30126—2013《紡織品防蚊性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》測(cè)試驅(qū)避率[13]，用式(2)計(jì)算防蚊(整理)效果。

(1)

(2)

式中：R1為防蚊蟲(chóng)叮咬率，%；A為未吸血蚊蟲(chóng)數(shù)，只；S為總蚊蟲(chóng)數(shù)，只；R2為防蚊(整理)效果，%；B為對(duì)照組吸血蚊蟲(chóng)數(shù)，只；C為實(shí)驗(yàn)組吸血蚊蟲(chóng)數(shù)，只。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 涼感整理測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

涼感整理平紋機(jī)織面料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

由表3可見(jiàn)，平紋機(jī)織面料導(dǎo)熱系數(shù)的影響因素從大到小為:涼感整理劑質(zhì)量濃度>烘干溫度>烘干時(shí)間。最佳工藝為：涼感整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，烘干溫度140 ℃，烘干時(shí)間4 min，該面料為w1-9，導(dǎo)熱系數(shù)為0.074 W/(m·K)，較整理前的導(dǎo)熱系數(shù)0.064 W/(m·K)有明顯增大。這是因?yàn)閷?duì)于平紋面料，組織交織緊密，烘干溫度和烘干時(shí)間對(duì)面料的厚度及緊度影響較低，對(duì)靜止空氣量的影響較小，涼感整理劑質(zhì)量濃度起到影響織物導(dǎo)熱系數(shù)大小的關(guān)鍵作用。

表3 涼感整理后平紋機(jī)織面料導(dǎo)熱系數(shù)極差與方差分析

涼感整理后鳥(niǎo)眼針織面料導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表4所示。可見(jiàn)，鳥(niǎo)眼針織面料導(dǎo)熱系數(shù)影響因素從大到小為：烘干溫度>涼感整理劑質(zhì)量濃度>烘干時(shí)間，得出最佳工藝應(yīng)為：涼感整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，烘干溫度140 ℃，烘干時(shí)間6 min，按照該工藝對(duì)防蚊試樣進(jìn)行制備，測(cè)得其導(dǎo)熱系數(shù)為0.060 W/(m·K-1),試樣編號(hào)為z1-10。對(duì)于鳥(niǎo)眼針織面料，面料空隙較大，組織較為松散，在烘干條件下，溫度越高，織物收縮能力越高，織物緊度越大，相應(yīng)織物厚度越小，纖維之間的抱合程度越高，靜止空氣越少[13]，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)越高。

表4 涼感整理后鳥(niǎo)眼針織面料導(dǎo)熱系數(shù)極差與方差

2．2 防蚊整理結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

對(duì)原面料及經(jīng)涼感整理較優(yōu)工藝的面料進(jìn)行防蚊整理，其試樣編號(hào)設(shè)定為W2 m,W1-9 m,Z2 m,Z1-10 m。對(duì)防蚊整理后的自帶涼感的云母滌綸平紋機(jī)織面面料w2 m、鳥(niǎo)眼針織面料z2 m，普通滌綸平紋機(jī)織面料涼感整理平紋機(jī)織面料w1-9 m、普通鳥(niǎo)眼針織面料z1-9 m進(jìn)行防蚊功能和涼感功能的評(píng)價(jià)，原面料面密度及導(dǎo)熱系數(shù)如表5所示。

表5 防蚊整理試樣規(guī)格

測(cè)試防蚊整理實(shí)驗(yàn)組試樣和對(duì)照組試樣測(cè)試的蚊蟲(chóng)吸血數(shù)和未吸血數(shù)，計(jì)算防蚊蟲(chóng)叮咬率和防蚊(整理)效果,并列出各面料的導(dǎo)熱系數(shù)，防蚊整理效果如表6所示。

表6 防蚊整理測(cè)試結(jié)果

由表6可見(jiàn)，涼感纖維機(jī)織面料、針織面料，涼感整理機(jī)織面料、涼感整理針織面料經(jīng)防蚊整理后，防蚊蟲(chóng)叮咬率顯著提高，試樣編號(hào)為w2 m、w1-9 m、z2 m、z1-10 m織物的防蚊蟲(chóng)叮咬率分別為92%、88%、88%、90%，防蚊整理效果皆達(dá)到70%以上。

表6列出試樣w2 m、w1-9 m、z2 m、z1-10 m的導(dǎo)熱系數(shù)，與表5防蚊整理前試樣w2、w1-9、z2、z1-10的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)防蚊整理對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響可忽略不計(jì)。

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)防蚊涼感面料的制備進(jìn)行探討，得出結(jié)論如下：

①平紋機(jī)織面料的最佳整理工藝為：涼感整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，烘干溫度140 ℃，烘干時(shí)間4 min。

②鳥(niǎo)眼針織面料的最佳整理工藝為：涼感整理劑質(zhì)量濃度80 g/L，烘干溫度140 ℃，烘干時(shí)間6 min。

③防蚊整理對(duì)普通滌綸織物和涼感纖維織物防蚊效果的作用顯著，防蚊整理對(duì)織物的導(dǎo)熱系數(shù)的影響可忽略不計(jì)。