新型抗菌除臭再生纖維素纖維性能的研究

摘要：為了使再生纖維素纖維具備抗菌除臭功能，通過共混法將綠茶提取物水溶液和咖啡炭粉末水化液按照一定配比添加到再生纖維素纖維紡絲原液中，利用濕法紡絲工藝制備出新型抗菌除臭再生纖維素纖維，測試其基本性能以及抗菌、除臭功能。結(jié)果表明：與普通再生纖維素纖維相比，其縱向結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，斷裂強力、初始模量、斷裂功減小，斷裂伸長率略有增大，比電阻減小，抑菌率達到了國家標準對抗菌效果的相關(guān)規(guī)定，除臭效果遠超《SEK標志纖維制品認證基準》中規(guī)定的合格標準。

關(guān)鍵詞：再生纖維素纖維;綠茶提取物;咖啡炭;抗菌除臭

中圖分類號：TS102.6

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）01-0036-05

Abstract：Inordertomaketheregeneratedcellulosefibershavetheanti-bacterialanddeodorantfunction，thewatersolutionofgreenteaextractandthehydrationsolutionofcoffeecharcoalpowderwereaddedintothespinningsolutionofregeneratedcellulosefibersbyblendingmethodaccordingtoacertainproportion.Anewtypeofanti-bacterialanddeodorantregeneratedcellulosefiberswaspreparedbywetspinningprocess，andtheirbasicproperties，antimicrobialanddeodorantfunctionsweretested.Theresultsshowedthatcomparedwithcommonregeneratedcellulosefibers，thelongitudinalstructureofregeneratedcellulosefibersdidnotchangesignificantly，whilethebreakingstrength，initialmodulusandfractureworkdecreased，andtheelongationatbreakincreasedslightly.Besides，thespecificresistancedecreased，andtheantibacterialratereachedtherelevantprovisionsofnationalstandardforantibacterialeffect.ThedeodorizationeffectwasfarbeyondthequalifiedstandardstipulatedintheStandardforCertificationofSEKMarkedFiberProducts.

Keywords：regeneratedcellulosefiber;greenteaextract;coffeecharcoal;antibacterialanddeodorant

作者簡介：吳炳燁（1991-），男，山東青島人，碩士研究生，主要從事功能纖維材料及紡織品檢測方面的研究。

紡織產(chǎn)品在人們的日常生活中有著不可取代的作用，進入21世紀以來，中國的經(jīng)濟、社會文化建設(shè)進入高速發(fā)展階段，“綠色·環(huán)?！背蔀樯鐣闹餍蒣1]，因此，更為環(huán)保、更為健康的綠色生活方式越來越受到人們的歡迎。

以纖維素為原料制成的再生纖維素纖維具有柔軟舒適、吸濕性好的特點[2]，且可生物降解，生產(chǎn)過程中對環(huán)境污染程度較小，但普通的再生纖維素纖維本身沒有抗菌、除臭效果，基于現(xiàn)狀，選擇綠茶提取物和咖啡炭粉末為功能劑，制備出新型抗菌除臭再生纖維素纖維，在保持再生纖維素纖維原有優(yōu)良特性基礎(chǔ)上，賦予其良好的抗菌、除臭功能[3]，且對人體皮膚沒有刺激性，更加契合人們對環(huán)保、健康生活的追求。

1實驗

1.1實驗材料與儀器

實驗材料：普通再生纖維素纖維，38mm，1.67dtex;再生纖維素纖維紡絲原液（纖維素含量為8.9%，山東銀鷹化纖有限公司）;綠茶提取物（茶多酚含量為98%，西安霖草生物工程有限公司）;咖啡渣（雕刻時光咖啡館）。

實驗試劑：硫酸（AR，質(zhì)量分數(shù)為98%）、氫氧化鈉（AR）、氨水（AR）、醋酸（AR）、異戊酸（AR）、2-壬烯醛（AR）（國藥集團化學(xué)試劑有限公司）;金黃色葡萄球菌（ATCC6538）、大腸桿菌（ATCC25922）、白色念珠菌（ATCC10231）（北京中源合聚生物科技有限公司）。

實驗儀器：SYMF-700型馬弗爐（紹興市蘇珀儀器有限公司）;SE-750型粉碎機（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）;XQM-4型球磨機（長沙德科儀器設(shè)備有限公司）;JHY6100-H型激光粒度儀（北京凌云光子技術(shù)有限公司）;LLY-06型電子單纖維強力儀（萊州市電子儀器有限公司）;YG321型纖維比電阻儀（常州市第一紡織設(shè)備有限公司）;ZD-85氣浴恒溫振蕩器（常州崢嶸儀器有限公司）;恒溫恒濕培養(yǎng)箱（天津賽得利斯實驗分析儀器制造廠）;檢知管，7890B-5977A型氣質(zhì)聯(lián)用儀（安捷倫科技有限公司）。

1.2實驗方法

1.2.1抗菌除臭再生纖維素纖維的制備

精確稱取25.00g綠茶提取物，以蒸餾水為溶劑進行溶解，溶劑的量控制為100mL，調(diào)節(jié)電子攪拌器轉(zhuǎn)速為200r/min，攪拌1h，使綠茶提取物充分溶解，以抽濾裝置濾去殘渣（過濾2～3次），即配制成質(zhì)量分數(shù)為20%的水溶液，備用。

將廢棄的咖啡渣放于80℃的烘箱中烘干1h，控制其含水率在10%以下。然后將其放入SYMF-700型馬弗爐中，溫度810℃炭化處理2h，關(guān)閉儀器，待其冷卻后取出，用300目篩網(wǎng)篩去灰分，剩余塊狀物質(zhì)即為所制得的咖啡炭。將塊狀咖啡炭放入SE-750型粉碎機中將其粉化，得到納米級咖啡炭粉，再放入XQM-4型球磨機中，轉(zhuǎn)速設(shè)為200r/min，球磨4h，取出測試其粒徑，D90=1.9μm，符合再生纖維素纖維紡絲的要求[4]。精確稱取此咖啡炭粉末25.00g，以蒸餾水為分散劑進行分散，分散劑的量控制為100mL，調(diào)節(jié)電子攪拌器轉(zhuǎn)速為150r/min，攪拌10min，即配制成質(zhì)量分數(shù)為20%的水化液，備用。

按照每100mL紡絲原液中加入4mL咖啡炭粉末水化液和3.5mL綠茶提取物水溶液的比例配置共混紡絲液，將配制好的紡絲液用電子攪拌器快速攪拌，待其混合均勻后，放于25℃的室溫下靜置2h，然后過濾、脫泡、熟成[5]，按照紡制普通再生纖維素纖維的濕法紡絲工藝制備出單纖長度為38mm、線密度為1.67dtex的新型抗菌除臭再生纖維素纖維。

1.2.2性能測試

在JSM-6390LV掃描電鏡下（放大2000倍）觀察普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭再生纖維素纖維的縱向表面形態(tài)。

參照GB/T14337—2008《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，按照單纖維強力儀的操作規(guī)范，測試普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭再生纖維素纖維的基本機械性能。

參照GB/T14342—2015《短纖維比電阻試驗方法》，測試普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭再生纖維素纖維在一定幾何形狀下的電阻值，根據(jù)纖維的填充度換算成比電阻值，以此來反映其靜電性能[6]。

參照GB/T20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，以10倍稀釋法將菌液稀釋到合適倍數(shù)并培養(yǎng)，根據(jù)18h后對照樣和實驗樣活菌濃度的平均值計算新型抗菌除臭再生纖維素纖維的抑菌率。

參照GB/T33610.2—2017《紡織品消臭性能的測定第2部分：檢知管法》，對消除氨氣、醋酸的效果進行評價。參照日本纖維評價技術(shù)協(xié)會對紡織品實施消臭加工標識認證的標準《SEK標志纖維制品認證基準》[7-9]，根據(jù)GC-MS法中的定量分析法，對消除異戊酸、2-壬烯醛的效果進行評價。

1.2.3計算活菌濃度

選擇菌落數(shù)大于30CFU且小于300CFU的平板進行計數(shù)，且保證兩平行平板間菌落數(shù)差值不超過15%，取兩者平均值。按式（1）計算活菌濃度。

2結(jié)果與分析

2.1縱向形態(tài)

普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭再生纖維素纖維的縱向表面形態(tài)（放大2000倍）如圖1、圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭再生纖維素纖維的表面均有縱向溝槽，前者溝槽外緣平滑飽滿，后者凹凸起伏，并且由于添加了2種功能劑，使新型抗菌除臭再生纖維素纖維的溝槽變得更深，溝槽數(shù)量明顯增加。正是由于這些變化，增大其比表面積，使其能夠接觸更多異味成分，將除臭的功能發(fā)揮充分，另外，從圖2中可看出，新型抗菌除臭再生纖維素纖維表面明顯比普通再生纖維素纖維粗糙，并隱約可見微小顆粒狀物質(zhì)，也從側(cè)面反映了咖啡炭的粉末的加入。

2.2力學(xué)性能

普通再生纖維素纖維和新型抗菌除臭功能性再生纖維素纖維在25℃的室溫環(huán)境下測得的基本機械性能指標（干態(tài)和濕態(tài)條件下）如表1所示。

由表1可知，在25℃的室溫條件下，新型抗菌除臭再生纖維素纖維除斷裂伸長率外其他基本機械性能均小于普通再生纖維素纖維。這是由于在紡絲原液中加入綠茶提取物水溶液和咖啡炭水化液后，在一定程度上改變了纖維的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)[10]，導(dǎo)致其機械性能有所不同，但變化并不是很大，不影響其后續(xù)的服用性能。另外，將纖維浸沒于水中，得到濕態(tài)下的纖維，由于擴散作用，導(dǎo)致纖維內(nèi)部進入大量水分子，增大纖維素分子間隙，使其作用力減弱，影響了其基本機械性能，使初始模量、斷裂功和斷裂強度均減小，但斷裂伸長率不降反升，可能由于其吸水膨脹造成的。

2.3靜電性能

經(jīng)測試并計算，新型抗菌除臭再生纖維素纖維的質(zhì)量比電阻和體積比電阻值如表2所示。

在生產(chǎn)再生纖維素纖維時，為預(yù)防靜電產(chǎn)生，便于后續(xù)紡紗，需對質(zhì)量比電阻進行嚴格控制，要求在109Ω·g/cm2以下[11]。由表2可知，所測2種纖維的比電阻值的數(shù)量級均為107，完全能夠滿足后續(xù)紡紗工藝對纖維比電阻的要求。同時，可以看出新型抗菌除臭再生纖維素纖維的2種比電阻值均小于普通再生纖維素纖維，由此可推斷，由于綠茶提取物水溶液和咖啡炭粉末水化液的添加，改變了纖維的比電阻值，增強其導(dǎo)電性能，可有效降低新型抗菌除臭再生纖維素纖維在生產(chǎn)和加工過程中靜電積聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.4抗菌功能

新型抗菌除臭再生纖維素纖維經(jīng)一定次數(shù)水洗以后，按照相關(guān)方法測試其對3種菌的抑菌率，測試結(jié)果見表3。

由表3可以看出，新型抗菌除臭再生纖維素纖維經(jīng)水洗20次之后，與未經(jīng)水洗時相比，抑菌率有所減小，但變化幅度不大，均表現(xiàn)出了較強的抑制活性。這是由于新型抗菌除臭再生纖維素纖維中含有的綠茶提取物和咖啡炭都具有抗菌功能，對細菌和真菌都具有較強的抑制作用，且通過濕法紡絲工藝將2種功能劑分散于纖維內(nèi)部，具有較好的耐水洗效果。

2.5除臭功能

要驗證紡織品是否具有除臭效果，需要測試其對4種異味成分的減少率，包括2-壬烯醛、氨氣、醋酸和異戊酸，對新型抗菌除臭再生纖維素纖維的測試結(jié)果見表4。

從表4可以看出，新型抗菌除臭再生纖維素纖維消除異戊酸的能力最好，對異戊酸的減少率達到95.0%，對醋酸的消除能力最差，減少率為86.0%，但對4種異味成分的減少率均超過了《SEK標志纖維制品認證基準》中規(guī)定的合格標準。由于纖維中添加了咖啡炭粉末，這些粉末具有微孔結(jié)構(gòu)，比表面積較大，對異味成分有較強吸附效果，所以賦予纖維極佳的除臭功能。

3結(jié)論

a）將綠茶提取物水溶液、咖啡炭水化液與再生纖維素纖維紡絲原液共混，制成新型抗菌除臭再生纖維素纖維，其縱向結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化，基本力學(xué)性能和靜電性能均能滿足后續(xù)紡紗織造的需求。

b）新型抗菌除臭再生纖維素纖維在2種功能劑的作用下，具有較好的抗菌、除臭效果。同時，纖維所具有的抗菌效果可以殺滅部分細菌，阻礙了細菌的滋生，使得因細菌分解人體分泌物所產(chǎn)生的異味成分大量減少，亦可間接除臭，從而使除臭效果達到最佳。

c）由于功能劑存在于纖維內(nèi)部，因此其抗菌、除臭效果較為持久，具有良好的耐水洗效果，適合生產(chǎn)毛巾、運動服、內(nèi)衣、襪子及床品，亦可用于醫(yī)療保健領(lǐng)域。

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