抗菌改性聚酯纖維混紡機(jī)織面料的抗菌性能

沈妙音 王姍姍 喬明偉 祝成炎 田偉 徐科 張紅霞

摘要： 選用抗菌改性聚酯纖維，分別與黏膠纖維按50/50、60/40、70/30混紡比進(jìn)行混紡，與竹漿纖維和天絲按60/40混紡比進(jìn)行混紡，得到5種含有抗菌改性聚酯纖維的混紡紗。隨后，將這5種混紡紗作為經(jīng)緯紗線制織成11種機(jī)織面料試樣，采用振蕩法對(duì)面料試樣進(jìn)行測(cè)試對(duì)比分析，探究纖維原料、纖維含量與面料抗菌性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，獲得具有較優(yōu)抗菌性能的機(jī)織面料試樣，為后續(xù)開發(fā)抗菌機(jī)織面料提供理論依據(jù)。結(jié)果表明，抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維按60/40比例進(jìn)行混紡的紗線，制織得到的抗菌面料為較優(yōu)抗菌面料組分。

關(guān)鍵詞： 抗菌改性聚酯纖維;抗菌混紡紗;抗菌機(jī)織面料;抑菌率;功能性

中圖分類號(hào)： TS106.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2021）08001806

引用頁碼： 081104

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.08.004（篇序）

Research on the antibacterial properties of anti-microbial modified polyester blended weaving fabrics

SHEN Miaoyin1a， WANG Shanshan2， QIAO Mingwei2， ZHU Chengyan1a， TIAN Wei1a， XU Ke1b， ZHANG Hongxia1a

（1a.National Local Joint Engineering Laboratory of Textile Fiber Materials and Processing Technology; 1b.School of Life Sciences and Medicine，Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Hangzhou Sinotytex Co. Ltd.， Hangzhou 311228， China）

Abstract： Anti-microbial modified polyester fiber was selected to blend with the viscose fiber according to the blending ratio of 50/50， 60/40， 70/30 respectively. Then， it was blended with the bamboo slurry fibers and lyocell according to the blending ratio of 60/40 to obtain 5 kinds of blended yarns containing antibacterial modified polyester fiber. Next， the five blended yarns were used as warp and weft yarns and made into 11 woven fabrics samples. Testing and comparative analysis of the samples were performed using oscillatory method to investigate the inherent correlation between fiber raw material， fiber content and fabric antibacterial properties. It is aimed to obtain a woven fabric sample with excellent antibacterial properties and to provide theoretical basis for developing antibacterial woven fabrics subsequently. The results reveal that the antibacterial modified polyester fiber blended with the viscose fiber according to the blending ratio of 60/40 can be made into an antibacterial fabric containing an optimal antibacterial fabric component.

Key words： anti-microbial modified polyester fiber; anti-microbial blended yarn; antibacterial weaving fabric; bacteriostatic rate; functionality

收稿日期： 20210223;

修回日期： 20210713

基金項(xiàng)目：

作者簡(jiǎn)介： 沈妙音（1994），女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ苄约徔椘?、紡織產(chǎn)品設(shè)計(jì)。通信作者：張紅霞，教授級(jí)高工，hongxiazhang8@126.com。

隨著新冠肺炎疫情的出現(xiàn)，人們對(duì)生命安全意識(shí)越來越高，健康防護(hù)、生態(tài)環(huán)保概念在消費(fèi)市場(chǎng)也得到了廣泛關(guān)注，進(jìn)而具有抗菌防護(hù)功能的紡織品的需求也逐步提高[1-3]。所以對(duì)于服用面料，人們不但需要穿著舒適健康環(huán)保服裝，更要求擁有針對(duì)環(huán)境變化的功能性面料，尤其是抗菌性能。生產(chǎn)出具有抗菌功能的紡織品，成為各專家學(xué)者關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[4]。

中國(guó)抗菌纖維的產(chǎn)業(yè)化研究相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，20世紀(jì)90年代初主要應(yīng)用抗菌整理劑;1995年后開始出現(xiàn)有機(jī)添加型的抗菌纖維;1997年后無機(jī)抗菌纖維開始進(jìn)入市場(chǎng);2000年后納米材料應(yīng)用于抗菌纖維[5]?？咕徔椘返目咕钥梢酝ㄟ^兩種技術(shù)途徑來實(shí)現(xiàn)，即功能性整理的方法和抗菌纖維織造法[6]。本文主要采用抗菌纖維織造法，來實(shí)現(xiàn)機(jī)織面料最終的抗菌性能，即采用抗菌改性聚酯纖維、黏膠纖維、竹漿纖維和天絲進(jìn)行混紡。其中抗菌改性聚酯纖維的抗菌性是通過添加納米級(jí)抗菌陽離子，涉及保密性本文僅作簡(jiǎn)單介紹。為探究面料中改性聚酯纖維含量對(duì)面料抗菌性的影響，一是通過改性聚酯纖維與黏膠纖維按特定混紡比（50/50、60/40、70/30）進(jìn)行混紡形成混紡紗，改變面料的抗菌纖維的含量;二是通過采用不同含量混紡紗作為經(jīng)緯紗線，對(duì)所織造面料的抗菌纖維含量進(jìn)行改變，并通過抗菌實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)其進(jìn)行分析。為探究抗菌纖維與不同纖維混紡對(duì)面料抗菌性能的影響，抗菌改性能聚酯纖維分別與竹漿纖維和天絲按60/40的比例進(jìn)行混紡，也通過抗菌實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)其進(jìn)行分析。通過試制不同的小樣，并對(duì)其進(jìn)行抗菌性能測(cè)試與比較，從而得出較優(yōu)的抗菌面料。

1 紗線和面料規(guī)格及命名

1.1 紗線規(guī)格及命名

混紡紗的原料是抗菌改性聚酯纖維、黏膠纖維、竹漿纖維和天絲，其中抗菌改性聚酯纖維的長(zhǎng)度為38 mm，線密度為156～1.78 dtex;黏膠纖維、竹漿纖維和天絲的長(zhǎng)度為38 mm，線密度為1.33～1.44 dtex。為方便實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，本文對(duì)各種混紡比的混紡紗進(jìn)行命名，如表1所示。

1.2 面料規(guī)格及命名

為探究纖維原料、纖維含量與面料抗菌性能之間的內(nèi)在關(guān)系，面料采用不同混紡紗作為經(jīng)緯紗線，并采用相同的組織2/2右斜紋進(jìn)行織造。為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，本文對(duì)各塊面料進(jìn)行命名，如表2所示。

2 面料抗菌性能測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

紡織品的抗菌測(cè)試方法主要有三種：定性測(cè)試法，其中包括奎因法、暈圈法和平行劃線法;定量測(cè)試法，其中包括振蕩法和吸收法;還有抗霉菌測(cè)試法[7]。本次實(shí)驗(yàn)根據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第3部分：振蕩法》對(duì)該系列面料進(jìn)行測(cè)試分析。振蕩法是通過紡織品在菌液中的振蕩，使細(xì)菌與紡織品所含有的抗菌劑接觸，根據(jù)振蕩前后菌液中所含活菌個(gè)數(shù)的變化，作為抗菌性能的主要指標(biāo)[8]。

2.2 材 料

金黃色葡萄球菌（S.aureus）ATCC25923、大腸桿菌（E.coli）ATCC25922（浙江理工大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)藥學(xué)院），抗菌改性聚酯纖維（上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司），面料（杭州新天元織造有限公司），蛋白胨、酵母粉、瓊脂粉、胰蛋白酶大豆肉湯（杭州米克化工公司）。

2.3 抑菌率計(jì)算方法

Y/%=Wt-QtWt×100（1）

式中：Y為試樣的抑菌率，%;Wt為對(duì)照樣的活菌濃度平均值，CFU/mL;Qt為抗菌面料的活菌濃度平均值，CFU/mL。

2.4 結(jié)果的表達(dá)和抗菌效果的評(píng)價(jià)

以抑菌率的計(jì)算值作為結(jié)果，當(dāng)抑菌率計(jì)算值為負(fù)數(shù)時(shí)，表示為“0”;當(dāng)抑菌率計(jì)算值≥0時(shí)，表示為“≥0”。對(duì)金黃色葡萄球菌及大腸桿菌的抑菌率≥70%，樣品具有抗菌效果[9]。

3 抗菌性能的測(cè)試結(jié)果及分析

3.1 大腸桿菌的測(cè)試結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)試織了11種抗菌面料，以及一塊經(jīng)緯密度、組織結(jié)構(gòu)完全相同的普通全滌綸面料作為對(duì)照樣，規(guī)格如表2所示。通過計(jì)算得到，試樣的抑菌率如表3所示，抗菌效果如圖1所示。

由表3可見，抗菌系列面料對(duì)大腸桿菌的抑菌率為：AA的抑菌率70.9%，AB的抑菌率71.0%，AC的抑菌率86.4%，BA的抑菌率71.7%，BB的抑菌率89.1%，BC的抑菌率928%，CA的抑菌率89.3%，CB的抑菌率898%，CC的抑菌率95.3%，DD的抑菌率87.1%，EE的抑菌率72.6%。根據(jù)GB/T 20944.3—2008的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該系列面料對(duì)于大腸桿菌的抑菌率均大于70%，具有抗菌的效果。

3.2 金黃色葡萄球菌的測(cè)試結(jié)果

同理，對(duì)12種面料進(jìn)行金黃色葡萄球菌抗菌測(cè)試。計(jì)算得到，試樣的抑菌率如表4所示，抗菌效果如圖2所示。

由表4可見，抗菌系列面料對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為：AA的抑菌率65.5%，AB的抑菌率77.8%，AC的抑菌率83.7%，BA的抑菌率83.6%，BB的抑菌率83.8%，BC的抑菌率86.6%，CA的抑菌率83.9%，CB的抑菌率86.8%，CC的抑菌率90.6%，DD的抑菌率85.4%，EE的抑菌率70.8%。除了AA的抑菌率低于70%，該系列其他面料對(duì)于金黃色葡

萄球菌的抑菌率都大于70%。根據(jù)GB/T 20944.3—2008的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，該系列面料具有抗菌的效果。

綜上，該系列面料具有抗菌性能。

3.3 抗菌性能綜合分析

3.3.1 抗菌纖維含量對(duì)抗菌性能的影響

當(dāng)所用原料纖維相同時(shí)，隨著抗菌纖維含量的變化，面料的抗菌性相應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生變化。為此，本文取用面料AA、AB、AC、BA、BB、BC、CA、CB、CC這9塊面料進(jìn)行對(duì)比分析，其中面料所含的纖維是抗菌改性聚酯纖維和黏膠纖維。面料中抗菌改性聚酯纖維的含量為AA

對(duì)表5測(cè)試結(jié)果采用非線性回歸的方式進(jìn)行計(jì)算，則面料中抗菌改性聚酯纖維的含量X（%）與面料中大腸桿菌的抑菌率Y（%）有如下關(guān)系：

Y=91.307 61+（70.825 61-91.307 61）/（1+exp（（X-57.434 75）/0.506 2））（2）

回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.941 5，有較高的相關(guān)性。非線性回歸方程關(guān)系如圖3所示。

由圖3可見，面料中抗菌改性聚酯纖維含量對(duì)大腸桿菌

的抑菌率呈“S”型增長(zhǎng)，當(dāng)含量小于55%，抑菌率隨著改性聚酯纖維的增長(zhǎng)而平緩增長(zhǎng)，當(dāng)含量為56%～60%時(shí)抑菌率急劇上升，之后又平緩增長(zhǎng)。這是由于改性聚酯纖維與黏膠纖維的混紡在含量為56%～60%的時(shí)候達(dá)到優(yōu)質(zhì)配比。所以，當(dāng)改性聚酯纖維在面料中的含量大于58%，抑菌率已經(jīng)高達(dá)90%以上，面料具有良好的抗菌性，為了節(jié)約成本，可取用該范圍的最小含量值。

面料中抗菌改性聚酯纖維的含量X（%）與面料中金黃色葡萄球菌的抑菌率Y（%）有如下關(guān)系：

Y=88.535 33-305 235.310 96×0.826 88X（3）

回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2=0.952 54，有較高的相關(guān)性。非線性回歸方程關(guān)系如圖4所示。

由圖4可見，金黃色葡萄球菌的抑菌率隨著面料中抗菌改性聚酯纖維含量增加而增加。面料的抑菌率在含量為60%之前急劇增長(zhǎng)，在60%之后穩(wěn)定增長(zhǎng)。這是由于面料的抗菌性主要由抗菌纖維本身的抗菌性來體現(xiàn)，所以前期隨著改性聚酯纖維含量增加而增加，在60%之后趨于飽和。在達(dá)到良好抗菌性的前提下，采取改性聚酯纖維含量較少的方式進(jìn)行生產(chǎn)，可節(jié)約生產(chǎn)成本。

綜上可見，面料的兩種菌種的抗菌性曲線不一致，說明隨著面料中抗菌改性聚酯纖維含量的變化，對(duì)兩種菌種的抑菌效果不同。但當(dāng)抗菌改性聚酯纖維的含量達(dá)到60%，面料的抑菌率增長(zhǎng)趨于平緩，因?yàn)橐堰_(dá)到較優(yōu)的抑菌率，說明含量60%是優(yōu)質(zhì)配比。所以，當(dāng)以抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維為原料進(jìn)行混紡織造時(shí)，在具有較好抗菌性能的條件下，結(jié)合市場(chǎng)的生產(chǎn)成本，面料中抗菌改性聚酯纖維含量可以控制在60%左右。

3.3.2 不同纖維原料對(duì)抗菌性能的影響

當(dāng)抗菌改性聚酯纖維與不同纖維的混紡比一定時(shí)，不同原料對(duì)面料抗菌性能的影響也不同。為此，本文取用混紡比為60/40的面料進(jìn)行對(duì)比分析如表6、圖5所示。

由表6，圖5可見，當(dāng)抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維、竹漿纖維、天絲按60/40混紡時(shí)，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都具有較好的抗菌性能。含有黏膠纖維和竹漿纖維面料的抗菌性相差不大，卻優(yōu)于天絲。這是由于竹漿纖維中含有一種名為“竹醌”的抗菌物質(zhì)，而天絲纖維本身沒有抗菌性。黏膠纖維與天絲本身都有吸附作用，但是黏膠纖維的橫截面呈無規(guī)則或者鋸齒形，天絲纖維的橫截面呈近似橢圓形，兩者相比，黏膠纖維的表面積大于天絲纖維，其吸附作用也要更強(qiáng)，所以更有利于抗菌改性聚酯纖維發(fā)揮抑菌作用。

所以綜合三種纖維的比較，抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維、竹漿纖維按60/40都比例混紡時(shí)，兩者都具有較好的抗菌性，并且兩者的抗菌性都優(yōu)于天絲，所以生產(chǎn)時(shí)要結(jié)合市場(chǎng)生產(chǎn)成本的前提下，合理選擇與黏膠混紡還是與竹漿纖維進(jìn)行混紡。目前中端黏膠短纖維價(jià)格[9-10]要低于竹漿纖維的價(jià)格，所以采用黏膠纖維與抗菌改性聚酯纖維進(jìn)行混紡，會(huì)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

4 結(jié) 論

在混紡紗線原料纖維一定的情況下，隨著抗菌纖維改性聚酯纖維的增加，面料的抗菌性能也隨之增加，當(dāng)抗菌改性聚酯纖維的含量達(dá)到60%，抗菌性趨于平緩。說明抗菌改性聚酯纖維在含量為60%時(shí)，面料的抗菌性能趨于飽和，在面料已經(jīng)具有良好的抗菌性能前提下，結(jié)合市場(chǎng)需求和原材料價(jià)格，在這范圍內(nèi)取最小抗菌纖維含量，可大大節(jié)約生產(chǎn)成本，且能達(dá)到面料的抗菌性能要求。

在混紡紗的混紡比相同（60/40）的情況下，抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維或者竹漿纖維進(jìn)行混紡，這兩者的抗菌性能相差不大，且都具有較好的抗菌性能。與天絲混紡的紗線，相比較于前兩者，抗菌性能稍不理想，但根據(jù)GB/T 20944.3—2008的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，均已達(dá)到面料的抗菌效果。結(jié)合目前市場(chǎng)原料價(jià)格中黏膠纖維的市場(chǎng)價(jià)要低于其他兩種原料，所以將改性聚酯纖維與黏膠纖維進(jìn)行混紡更加節(jié)約成本，且能達(dá)到理想的抗菌效果。

綜上兩種方式的對(duì)比分析，抗菌改性聚酯纖維與黏膠纖維按60/40比例進(jìn)行混紡的紗線制織得到的抗菌面料，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能達(dá)到80%以上，是本實(shí)驗(yàn)得出的較優(yōu)抗菌面料組分。

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