負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗交織物性能研究

李雪梅 劉亞楠 祝成炎 金肖克 王浙峰 張紅霞

摘 要：為開發(fā)新型保健功能性服用面料，以桑蠶絲作為經紗、滌綸紗與負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗為緯紗，試織9種緯紗比例不同的交織物，研究緯紗中粘膠紗含量對交織物服用性能、抗氧化性及除臭性的影響，并結合模糊綜合評價法確定織物綜合性能優(yōu)化的織物規(guī)格設計方案。結果表明：隨緯紗中負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗含量增加，織物透氣性、透濕性、抗起毛起球性、抗氧化性、除臭性均有不同程度地增強，織物折皺回復性下降;當負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗與滌綸紗的投緯比例為1∶0時，織物具有最佳的綜合性能。為開發(fā)負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗保健功能性面料提供一定的理論依據。

關鍵詞：核殼結構維生素E納米顆粒;粘膠紗;功能性交織物;服用性能;模糊綜合評價法

中圖分類號：TS155.6

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2022）02-0127-07

收稿日期：20201226 網絡出版日期：20210629

基金項目：海寧市科技計劃項目（海寧科局[2020]29號，2020017）

作者簡介：李雪梅（1993-），女，安徽宿州人，碩士研究生，主要從事功能性紡織品、紡織產品設計等方面的研究。

通信作者：張紅霞，E-mail：hongxiazhang8@126.com

Properties of viscose yarn interwoven fabric loaded with core-shellstructure vitamin E nanoparticles

LI Xuemei1，LIU Yanan， ZHU Chengyan1， JIN Xiaoke1，WANG Zhefeng2， ZHANG Hongxia1

（1a.College of Textile Science and Engineering （ International Institute of Silk ）; 1b.National Engineering

Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou

310018， China; 2.Zhejiang Dunnu United Industrial Co.， Ltd.， Haining 314400， China）

Abstract： In order to develop a new type of health care and functional fabric， we used mulberry silk as warp yarn and polyester yarn and viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles as weft yarn， designed and developed 9 kinds of interwoven fabrics with different weft yarn ratios. The effects of the content of viscose yarn in the weft on the wearability， antioxidant and deodorant properties of the fabrics were investigated. A fuzzy comprehensive evaluation method was used to determine a fabric specification design scheme to optimize the comprehensive performance of fabric. The results showed that with the increase of the content viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles in the weft yarn， the air permeability， moisture permeability， anti-fuzzing and piling， antioxidant and deodorant properties had been improved to varying degrees， while the wrinkle recovery had been decreased. When the weft insertion ratio of the viscose yarn to polyester yarn is 1：0， the fabric has the best comprehensive performance. This provides a theoretical basis for the development of a health care and functional fabric-viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles.

Key words： core-shell structure vitamin E nanoparticles; viscose yarn; functional interwoven fabrics; wearability; fuzzy comprehensive evaluation method

人體皮膚在環(huán)境與內部器官之間發(fā)揮重要的保護屏障作用，在日常生活中時常暴露于外界環(huán)境中，且伴隨著壓力、年齡、環(huán)境污染物等因素影響，體內、外具有強氧化性的活性氧自由基（簡稱自由基或游離基）會產生過多或消除過慢而攻擊細胞、組織等，造成人體皮膚衰老、疾病等現象。外源性抗氧化劑在氧化與抗氧化過程中發(fā)揮著關鍵作用，能延緩或阻止自由基對某一底物的氧化，中斷自由基鏈反應形成穩(wěn)定的化合物，緩解細胞衰老、保護細胞的完整性[1-3]。天然植物精華中富含的維生素E是主要的外源性抗氧化劑，具有護膚、抗衰老等作用，已廣泛應用于醫(yī)藥、化妝品等領域[3-5]。

目前，許多學者研究以紡織品為媒介（介質底物）傳遞抗氧化劑從而實現保健功能。Cristina等[6]研究摻入白藜蘆醇的棉和聚酰胺織物，采用體內、外經皮吸收法，發(fā)現白藜蘆醇可以從紡織品傳遞到皮膚層（表皮、真皮、角質層），提高皮膚固有抗氧化能力。Fatemeh等[7]研究將含維生素E（α-生育酚）的蛋白質基納米顆粒涂覆在棉織物上，發(fā)現維生素E能轉移并釋放到其他底物（如紡織品和皮膚）。因而借助紡織品可以實現抗氧化劑對人體皮膚抗氧化能力的提高。

空氣中的原子或分子在機械、靜電、微元素輻射、宇宙射線等作用下會發(fā)生電離，其原子核最外層脫離的電子結合空氣中氧氣形成負氧離子。負氧離子能夠與細菌、灰塵、臭味氣體等帶正電的微粒結合，聚集成球落地，從而達到殺菌、除臭的作用[8-9]。然而空氣負氧離子存在不穩(wěn)定性，有學者發(fā)現一種能自發(fā)形成電極的天然礦物質電氣石，將其添加到纖維或整理至紡織品中可持續(xù)產生負氧離子[10]。因此含有電氣石材料的紡織品在空氣凈化、人體除臭及保健領域具有重要的應用。

本文設計及織制9組一定規(guī)律緯紗比例的交織物，測試分析緯紗中負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠紗（簡稱維生素E粘膠紗）含量變化對交織織物服用性能、抗氧化性及除臭性的影響，并對織物的服用功能性進行綜合評價。

1 實 驗

1.1 原料的選取及織物工藝設計

選用的負載核殼結構維生素E納米顆粒的粘膠纖維（簡稱維生素E粘膠纖維）來自華懋生技股份有限公司，在紡絲液中添加了電氣石材料包覆維生素E的核殼結構納米顆粒，經共混紡絲形成的一種粘膠纖維。通過緊賽紡制成維生素E粘膠紗，既具有粘膠纖維的性能又具備良好的抗氧化性和除臭功能。經北京中科光析化工技術研究測試得該粘膠纖維中的維生素E含量為0.26 mg/kg。經紗原料選擇桑蠶絲，細度為（1/22.2/24.4 dtex 8 T/S×2）6捻/Z;緯紗原料為維生素E粘膠紗和滌綸紗，細度均為147.6 dtex。

試織了維生素E粘膠紗與滌綸在緯紗中以0∶1、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、1∶0比例變化的9組交織物。其中經、緯密分別為1100根/10cm、430 根/10cm，組織為5枚3飛緞紋，織物具體織造工藝參數如表1所示。

1.2 測試方法

1.2.1 纖維的表面形貌觀察

對維生素E粘膠纖維樣品進行切片、鍍金，最后在掃描電鏡（JSM-5610LV型）中進行聚焦調像，觀察維生素E粘膠纖維的微觀形態(tài)。

1.2.2 織物性能測試

織物的性能會受到環(huán)境溫濕度的影響，因此將待測織物先于標準大氣下預調濕24 h，然后測定。表2為織物透氣性、透濕性、折皺回復性、抗起毛起球性等的相關測試內容。

采用1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）法對織物抗氧化性進行測試，具體測試步驟如下：

a）配置0.1mmol/L DPPH乙醇溶液：整個過程避光進行，稱取20 mg DPPH固體溶解于無水乙醇溶液中，混合均勻后在容量瓶中進行定容至500 mL，使用超聲波清洗器進行超聲讓溶液均勻混合，置于棕色瓶中于冰箱里低溫避光保存;

b）用移液槍分別取4 mL去離子水、6 mL DPPH乙醇溶液于錐形瓶中充分混合振蕩，并將5×5cm2樣品放在瓶中，于37℃氣浴恒溫振蕩器中恒溫振蕩30 min，取出過濾;

c）測試樣品濾液在517 nm處的吸光度，即A 1;

d）空白樣為10 mL無樣品的混合溶液，操作步驟按照b）、c），在同樣的條件下測得吸光度，即A 0。試樣的DPPH·消除率計算如式（1）所示。

I/%=A 0-A 1A 0×100（1）

式中：I為DPPH自由基消除率，%;A 0為空白吸光度;A 1為試樣吸光度。

采用檢知管法對織物除臭性進行測試，具體測試步驟如下：

a）取3.0 mL氨水溶液進行稀釋，將稀釋液于棕色瓶中保證;

b）取0.3 mL稀釋液、0.7 mL去離子水于玻璃容器里的表面皿中，迅速密封玻璃容器，揮發(fā)1 h后進行測試;

c）將橡膠管兩端分別連接玻璃容器和檢測管，把檢測管插入室內空氣檢測儀的氨氣接口，啟動電源，測試時間設置為20 min，按下氨氣測試開關，至設定時間結束后讀取檢測管上的氨氣質量濃度，即a;

d）將設計的織物裁取10cm×10cm的試樣分別放于玻璃容器中，12 h后測試容器中氨氣質量濃度，即b。并按照式（2）計算試樣的除臭率K。

K/%=a-ba×100（2）

式中：K為除臭率，%;a為容器內氨氣初始質量濃度，mg/m3;b為容器內12 h后氨氣消除質量濃度，mg/m3。

2 結果與討論

2.1 纖維的表面形貌分析

維生素E粘膠纖維SEM結構如圖1所示中，觀察發(fā)現，纖維橫截面呈不規(guī)則結構且邊緣為鋸齒形，比表面積大，空隙較多，有助于提高纖維的透氣性及蓬松度;縱表面粗糙，均勻分布著核殼結構維生素E納米顆粒。

2.2 織物服用性能分析

面料的服用性能是人體著裝的重要依據，在服用性中透氣性、透濕性、折皺回復性及抗起毛起球性指標最為重要且具有代表性，因此本文對織物的透氣性、透濕性、折皺回復性及抗起毛起球性4個方面的服用性進行測定分析。表3示出緯紗中不同維生素E粘膠紗含量時織物服用性測定結果。

2.2.1 透氣性

具有良好透氣性能的面料能夠及時排出人體散發(fā)的熱量，從而提高服用面料的舒適性。

織物透氣性測試結果如表3所示。隨緯紗中維生素E粘膠紗含量的增加，織物的透氣率逐漸上升，織物表現出較好的透氣性能，且桑蠶絲/滌綸紗交織物的透氣性不如桑蠶絲/維生素E粘膠紗交織物良好。由于維生素E粘膠纖維屬于再生纖維素纖維，其透氣性明顯優(yōu)于合成纖維滌綸?？椢锏耐笟庑赃€與經緯紗交織的空隙有關，維生素E粘膠纖維結構蓬松，纖維紗間有較多的空隙。當緯紗中維生素E粘膠紗含量增多時，交織紗間的空隙變多，透氣性能增強，有助于將熱量傳遞到另一側。

2.2.2 透濕性

作為服用面料的重要性能之一，織物的透濕性能越差，越容易在穿著中產生黏膩感，影響人體的舒適度。

根據表3中透濕性測試數據得出，織物的透濕性隨緯紗中維生素E粘膠紗含量增多而增強。這主要受原料回潮率的影響，纖維回潮率越大，其濕阻越小，吸濕性越強，織物的濕舒適性越好。其中桑蠶絲的回潮率為11%，滌綸纖維的回潮率為0.4%，使用GB/T 9994—2018《紡織材料公定回潮率》方法測得維生素E粘膠纖維的回潮率為10.37%。維生素E粘膠纖維的回潮率大于滌綸纖維，吸濕性更好，所以當緯紗中維生素E粘膠紗含量增多時，織物的透濕率增大，透濕性能增強，濕舒適性變好。

2.2.3 折皺回復性能

織物在定時定壓作用后形成折皺的兩折頁間夾角為折皺回復性，其性能的強弱會影響服裝的外觀保形性。

根據表3中折皺回復性測試數據可知，在緯紗中維生素E粘膠紗含量增多時，織物急、緩彈性回復角減小。其中，桑蠶絲/滌綸紗交織物的急、緩彈性回復角最大，桑蠶絲/維生素E粘膠紗交織物的急、緩彈性回復角最小。由于滌綸紗彈性回復率高于維生素E粘膠紗，使得織物受力折皺后具有較好的拉伸回復能力，織物的折皺性及穩(wěn)定性良好。交織物的折皺性還與纖維形態(tài)有關，在折皺過程中，與圓形截面的滌綸纖維相比，呈不規(guī)則鋸齒結構的維生素E粘膠纖維間接觸面積較大，變形后纖維間容易產生束縛干擾而不易回復，織物的折皺性變差。

2.2.4 抗起毛起球性

紡織品質量檢測的重要物理指標含有抗起毛起球性，其性能較強時，織物不易出現起毛、起球的現象，從而具有良好的實用性。

根據表3中抗起毛起球性能測試數據觀察，當緯紗中維生素E粘膠紗含量增多時，織物抗起毛起球性增強。因為滌綸截面呈圓形、表面光滑，纖維間凝聚力弱，從而容易浮在織物表面纏繞成小球;而維生素E粘膠纖維和桑蠶絲截面均為異形，纖維間結合緊密，不易滑移、彎曲纏繞。同時紡紗工藝對織物的抗起毛起球性存在關聯，相比緊賽紡的維生素E粘膠紗，環(huán)錠紡的滌綸紗產生的毛羽量更多，且細度為1.3 dtex的滌綸纖維比1.6 dtex維生素E粘膠纖維較細，容易彎曲變形糾纏形成毛球堆積。

2.3 抗氧化性分析

目前，DPPH法已被廣泛應用于評估各種抗氧化劑的自由基消除能力[11]，基于抗氧化劑的存在下DPPH·乙醇溶液的還原，從而溶液由紫色變?yōu)辄S色。采用DPPH法，使用紫外分光光度計（Agilet Technoligies Casy 60 UV-Vis）測定517 nm處DPPH·乙醇溶液的吸光度，確定織物消除自由基的能力。在517 nm處的吸光度值越小，表明織物清除的自由基越多，其抗氧化性能越好。

織物抗氧化性的測試結果如圖2所示，可以看出，隨著緯紗中維生素E粘膠紗含量升高，織物的DPPH·消除率呈現上升趨勢，因為維生素E粘膠纖維負載豐富的核殼結構維生素E納米顆粒，其中維生素E能捕獲自由基形成性質穩(wěn)定的化合物[3]，可有效地清除自由基達到抗氧化功能，織物的抗氧化性能得到提高。當緯紗中滌綸含量為100%，DPPH·消除率最小，織物能夠消除部分自由基，這是由于桑蠶絲中的絲素等與自由基反應也能達到一定的抗氧化效果[12-13]。當緯紗中維生素E粘膠紗含量為100%時，織物的DPPH·消除率最大，因而桑蠶絲/維生素E粘膠紗交織物具有較好的抗氧化能力。

為了更好地反映出織物抗氧化性能與緯紗中維生素E粘膠紗含量之間的關系，通過擬合得出兩者之間有顯著的線性正相關性，其中y=65.522+0.187 x，R2=0.9722。

2.4 除臭性分析

人體產生的汗液、皮屑等是某些細菌的營養(yǎng)源，這些細菌會吞噬并分解出氨、硫化合物而形成臭味[14]。因此研究面料的除臭功能對于解決人體異味問題是非常有必要的。本文主要以氨氣為檢測對象。

織物除臭性的測試結果如圖3所示。隨緯紗中維生素E粘膠紗含量的增加，織物的除臭率逐漸增大，除臭性逐漸增強。由圖1（b）觀察出纖維表面均勻分布著核殼結構維生素E納米顆粒，而其含有豐富的電氣石材料能夠釋放負氧離子與氨氣反應，使得織物具有良好的除臭效果。在緯紗全為滌綸紗時，織物表現出一定的除臭性，是由于桑蠶絲含有的羧基和氨基基團能夠吸附酸堿性氣體，與氨氣反應達到一定的除臭作用。根據JEC301中檢知管法的規(guī)定[15]，當織物對氨氣的減少率即除臭率大于等于80%時，說明其具有良好的除臭性。因此在緯紗中維生素E粘膠紗含量大于等于50%時，織物具有良好的除臭功能。

為進一步確定織物的除臭性與緯紗中維生素E粘膠紗含量之間的關系，通過擬合得出擬合曲線方程為y=69.742+0.247 x，R2=0.9479，顯然兩者存在線性正相關性。

2.5 織物的綜合性能分析

為了能夠定量及有效地篩選出既具有良好的服用性能又能兼具抗氧化、除臭性的一組綜合性最佳的原料組合，對織物透氣性u 1、透濕性u 2、折皺回復性u 3、抗起毛起球性u 4、抗氧化性u 5、除臭性u 6等服用性及功能性使用模糊綜合評價法進行綜合性分析。

a）根據織物各項性能測試數據組成因素集U：

U={u 1，u 2，u 3，u 4，u 5，u 6}（3）

b）根據一系列織物確定評價集V：

V={Y 1，Y 2，Y 3，Y 4，Y 5，Y 6，Y 7，Y 8，Y 9}（4）

c）確定模糊綜合評判矩陣B=A R。

其中：采用最大最小算子法，建立單因素矩陣R，即U與V對應的模糊關系;通過測定的各項性能制定調查問卷，經調查發(fā)現大多數人認為織物透濕性和透氣性能較為重要，分別占比18.7%和18.5%。結合相關參考文獻與專家意見，得出權重系數矩陣A。

A=（0.380 0.150 0.185 0.187 0.173 0.167）（5）

B=A R=0.3800.1500.1850.1870.1730.167T

00.110.200.270.540.760.860.88100.190.220.420.540.700.790.68110.861.2710.760.820.490.360000.200.200.400.400.600.80100.260.280.460.630.660.840.85100.090.370.420.560.650.700.791

=（0.167 0.249 0.418 0.457 0.565 0.668 0.714 0.723 0.833）（6）

依據模糊綜合評判矩陣B對織物的綜合性能進行量化，得出矩陣B中的數值依次代表織物#1～#9，可發(fā)現#9織物具有最佳的綜合性能。當緯紗中維生素E粘膠紗與滌綸紗的投緯比例為1∶0，即緯紗中維生素E粘膠紗含量為100%時，織物的綜合性能最好。

3 結 論

在對維生素E粘膠纖維的微觀形態(tài)觀察基礎上，試織了多種比例變化的交織物，對交織物的服用性能、抗氧化及除臭性等性能測試與分析，研究緯紗中維生素E粘膠紗含量與織物服用性、抗氧化性及除臭性的關系，并分析織物綜合性能最優(yōu)的方案，得出如下結論：

a）維生素E粘膠纖維橫截面呈不規(guī)則鋸齒形，比表面積大，空隙多，有利于提高纖維的透氣性和蓬松度;縱表面粗糙，均勻分布核殼結構維生素E納米顆粒，其能夠透過皮膚及中和人體產生的異味分子發(fā)揮抗氧化、除臭效果。

b）隨緯紗中維生素E粘膠紗含量的增多，織物透氣、透濕性變好，且抗起毛起球性增強，彌補了純紡滌綸織物低吸濕透氣性與易起毛、起球的缺點，穿著舒適性也得到了提高。但織物的折皺回復性能減弱。

c）隨緯紗中維生素E粘膠紗含量的增加，織物的DPPH·消除率上升，織物抗氧化性增強。通過擬合得出織物的抗氧化性與緯紗中維生素E粘膠紗含量存在較好的線性正相關性，其中y=65.522+0.187 x，R2=0.9722?？椢锏某粜噪S緯紗中維生素E粘膠紗含量的增多逐漸增強，進一步擬合得出y=69.742+0.247 x，R2=0.9479，兩者有明顯的線性正相關性。

d）運用模糊綜合評價法得出，當緯紗中維生素E粘膠紗與滌綸紗投緯比例為1∶0，即緯紗中維生素E粘膠紗含量為100%時，織物的綜合性能最佳。其中織物的DPPH·消除率及除臭率最高分別為83.32%、94.64%。

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