艾草精油/石墨烯基多功能針織內(nèi)衣面料開發(fā)與研究

王 進(jìn)，劉艷君，翟媛媛，趙 瑞

(西安工程大學(xué)，陜西 西安 710048)

0 引言

目前市面上的純棉內(nèi)衣面料因其特有的透氣、舒適性等性能受到廣大消費(fèi)者的青睞，但純棉紡織品易滋生細(xì)菌危害人體健康[1－2]。 本文通過探討多種功能材料的后整理工藝路線，研究出一種集安全性、舒適性、多功能性于一體的艾草精油/石墨烯基多功能針織內(nèi)衣面料，并對(duì)這種面料的抗菌性能、遠(yuǎn)紅外性能、面料的服用性及舒適性進(jìn)行測試[3]。

1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本文所使用的實(shí)驗(yàn)材料及藥品如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)材料與藥品

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

本文所使用的實(shí)驗(yàn)儀器如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

2 艾草精油/石墨烯基多功能棉針織面料的制備

2.1 多功能棉針織面料整理方法的選擇

浸漬法操作簡單、成本較低，對(duì)整理后織物的風(fēng)格與手感影響不大；浸軋法，操作也較為簡單，但該方法會(huì)略微影響織物手感與風(fēng)格；涂層法會(huì)在織物表層形成膜層，但織物手感影響會(huì)很大；印花法操作較為復(fù)雜、但織物風(fēng)格較為獨(dú)特，本文最終采用浸漬法與浸軋法進(jìn)行棉針織面料多功能復(fù)合整理。

2.2 多功能棉針織內(nèi)衣面料整理方案設(shè)計(jì)

采用的功能材料艾草精油微膠囊與石墨烯都與棉織物缺乏親和力，一般都需要粘合劑以后整理方式將其處理在棉織物上，本文選用兩種工藝路線對(duì)純棉針織面料進(jìn)行艾草精油微膠囊和石墨烯材料的復(fù)合整理，工藝路線如圖1、圖2 所示。

圖1 一步法復(fù)合功能整理工藝路線圖

圖2 兩步法復(fù)合功能整理工藝路線圖

3 艾草精油/石墨烯多功能棉針織內(nèi)衣面料整理效果評(píng)價(jià)

3.1 多功能織物的表面形貌

對(duì)整理前后的棉針織面料進(jìn)行表面形貌變化測試分析，測試結(jié)果如圖3。

圖3 整理前后的織物形貌

圖3 展示了功能整理前后織物表面形貌，從圖3(a)中可以清楚看到棉纖維表面較為光滑，存在棉纖維的轉(zhuǎn)曲結(jié)構(gòu)，圖3(b)為只經(jīng)過艾草精油微膠囊整理過的棉織物，微膠囊通過粘合劑存在于織物表面或纖維間，圖3(c)與圖3(d)分別為W－1和W－2 織物，相比較于圖3(b)來說織物上存在了許多片層狀的石墨烯材料，織物表面更為粗糙，單從圖中對(duì)比發(fā)現(xiàn)W－1 織物上粘附的艾草精油微膠囊與石墨烯材料多于W－2 織物。

3.2 多功能織物紅外光譜

采用紅外光譜儀對(duì)整理前后織物表面的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，測試結(jié)果見圖4。

圖4 原棉織物、微膠囊棉織物和復(fù)合整理棉織物的紅外光譜圖

從圖4 可以看出，艾草精油微膠囊棉織物圖譜中的特征吸收峰較原棉織物有所增加，分別在2994cm－1、1625cm－1、1263cm－1、734cm－1處出現(xiàn)了艾草精油微膠囊的特征吸收峰，這也表明艾草精油微膠囊被成功整理在織物上，對(duì)于復(fù)合整理棉織物紅外光譜圖來說，在1575cm－1處出現(xiàn)石墨烯環(huán)狀C ＝C 的伸縮振動(dòng)峰，在1237cm－1～1034cm－1處峰增強(qiáng)，說明復(fù)合整理成功將艾草精油微膠囊與石墨烯處理在織物上。

3.3 多功能織物抗菌性能

參照GB/T 20944.3－2008?紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第3 部分:振蕩法?[4]進(jìn)行多功能織物抗菌性能測試，測試菌種為大腸桿菌與金黃色葡萄球菌，經(jīng)整理后W－1 和W－2 織物的抑菌率見表3。

表3 經(jīng)復(fù)合整理后棉織物的抑菌率

表3 展示了整理前及整理后W－1 和W－2 織物的抑菌率，由表中數(shù)據(jù)可知兩種織物對(duì)菌種的抑菌率都較高，因?yàn)槌税菥臀⒛z囊所起到抑制細(xì)菌生長作用外，石墨烯材料也有良好的抑菌性能，兩種材料協(xié)同作用達(dá)到雙重抗菌功效。 相比較之下，W－1 織物抗菌性能更好，對(duì)兩種細(xì)菌的抑菌率分別達(dá)到97.98%(大腸桿菌)和98.68%(金黃色葡萄球菌)。

3.4 多功能織物遠(yuǎn)紅外性能

主要考察復(fù)合多功能整理織物的遠(yuǎn)紅外性能，實(shí)驗(yàn)依照織物遠(yuǎn)紅外溫升性能測試進(jìn)行操作，圖5為原棉織物及經(jīng)不同工藝復(fù)合整理后的W－1 和W－2 織物的遠(yuǎn)紅外溫升測試結(jié)果。 可以看出，隨著時(shí)間增加經(jīng)整理后的W－1 和W－2 織物表面的溫度先快速提升后趨于緩慢，具有明顯的溫升效果。而評(píng)價(jià)織物遠(yuǎn)紅外性能的優(yōu)劣則主要對(duì)比在測試時(shí)間為30s 時(shí)織物表面的溫升效果(一般織物溫升>1.4℃，毛絨類溫升>1.7℃，織物具有遠(yuǎn)紅外性能)。 從圖中可知，在測試時(shí)間為30s 時(shí)原棉織物、W－1 織物和W－2 織物的表面溫度分別升高1.1℃、3.8℃和3.5℃，這也證明了經(jīng)整理后的織物均具有遠(yuǎn)紅外性能。 而W－1 織物的溫升效果更加明顯，這可能是因?yàn)閃－1 織物采用浸漬法整理織物時(shí)粘附更多石墨烯導(dǎo)致。

圖5 原棉織物、W－1 和W－2 織物遠(yuǎn)紅外溫升測試結(jié)果

3.5 多功能織物耐洗滌性能

參照GB/T 12490－2014?紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)图彝ズ蜕虡I(yè)洗滌色牢度?標(biāo)準(zhǔn)[5]。 將W－1、W－2織物分別裁成10cm×10cm 的小樣，依照其洗滌操作程序進(jìn)行20 次與50 次，然后晾干織物進(jìn)行抗菌性能與遠(yuǎn)紅外性能測試并記錄數(shù)據(jù)。

(1)抗菌耐洗滌性測試結(jié)果與分析

表4 中W－1 與W－2 織物分別洗滌20 次、50次后織物的抑菌率可知，經(jīng)洗滌20、50 次后兩種織物的抑菌率均有下降，且W－1 織物的抑菌率下降相對(duì)明顯但差別不是太大，抑菌率的降低主要是因?yàn)樵谙礈爝^程中產(chǎn)生機(jī)械外力使織物上少部分艾草精油微膠囊與石墨烯脫落導(dǎo)致抗菌性能下降；經(jīng)50 次洗滌后織物上的大部分抗菌材料脫落致使兩種織物的抑菌率大幅降低，但對(duì)兩種菌體的抑菌率仍然達(dá)到69.17%以上。 對(duì)比W－1 織物與W－2 織物抑菌率發(fā)現(xiàn)，經(jīng)洗滌后W－2 織物的抑菌率略高，這主要是因?yàn)樵诳椢镎磉^程中，W－2 織物首先經(jīng)過浸軋過程使石墨烯材料更牢固的粘附在織物上；艾草精油微膠囊的浸漬整理中的粘合劑也進(jìn)一步使兩種材料更牢固的附著在織物上，因此W－2織物的抗菌耐久性優(yōu)于W－1 織物。

表4 W－1 與W－2 織物洗滌20、50 次后織物的抑菌率

(2)遠(yuǎn)紅外耐洗滌性測試結(jié)果與分析

圖6 為原棉織物和W－1、W－2 織物在洗滌20、50 次后的遠(yuǎn)紅外溫升效果，分析可知，經(jīng)20 次洗滌后W－1、W－2 織物溫升達(dá)到2.8℃和3℃，織物仍然具有較好遠(yuǎn)紅外性能，但對(duì)比未洗滌前的數(shù)據(jù)溫升效果仍有降低，這主要是因?yàn)榍逑催^程中石墨烯與織物的結(jié)合力不夠從織物上脫落從而導(dǎo)致溫升效果降低；在洗滌50 次后W－1、W－2 織物的溫升下降至1.4℃和2.8℃(溫升效果>1.4℃)，織物溫升效果變差，對(duì)比經(jīng)洗滌后兩種織物的溫升效果發(fā)現(xiàn)W－2 織物的溫升效果略優(yōu)于W－1 織物，這主要織物的復(fù)合整理方式有關(guān)。

圖6 原棉織物、W－1 和W－2 織物洗滌20、50 次后遠(yuǎn)紅外溫升效果

3.6 多功能織物的厚度

織物的厚度是評(píng)價(jià)織物風(fēng)格的指標(biāo)之一，對(duì)整理前后織物的厚度進(jìn)行測定可間接評(píng)價(jià)功能整理是否影響織物風(fēng)格以及織物性能。 為了探究兩種工藝的復(fù)合功能整理對(duì)織物厚度的影響，采用YG(B)141D 型數(shù)字式織物厚度儀，選擇壓腳直徑25.22mm，砝碼100cN，時(shí)間為10s 進(jìn)行連續(xù)測試，結(jié)果見表5 所示。

從表5 中可以看出，與原棉織物相比，經(jīng)多功能整理后的織物的厚度均有所增加，W－1 織物的厚度增加10.25%，W－2 織物的厚度增加32.47%。這是因?yàn)檎韯┲械陌菥臀⒛z囊與石墨烯的存在，以及水性聚氨酯粘合劑包裹在織物及纖維上造成的織物厚度；而W－2 織物增厚更明顯，主要是因?yàn)槎握硎箍椢锷纤掣降乃跃郯滨フ澈蟿┑牧吭黾?，粘合劑在纖維表面形成的薄膜厚度增加。 相比之下，W－1 織物無明顯增厚感，對(duì)服用性能基本沒有影響。

表5 原棉織物、W－1 和W－2 織物厚度測試結(jié)果

3.7 多功能織物透氣性

為了探究復(fù)合功能整理對(duì)織物透氣率的影響，按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5453－1997?紡織品織物透氣性的測定?[6]，采用YG461E 型數(shù)字式透氣量儀對(duì)原棉針織物、W－1、W－2 織物進(jìn)行透氣量測試。 操作步驟:首先準(zhǔn)備樣品大小為20cm×20cm 原棉針織物、W－1、W－2 試樣各5 塊。 測試前對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，平衡后進(jìn)行透氣性測試，結(jié)果見表6。

表6 原棉織物、W－1 和W－2 織物透氣率測試結(jié)果

表6 展示了原棉織物、W－1 織物與W－2 織物的透氣率測試結(jié)果，對(duì)比原棉織物，經(jīng)復(fù)合整理后的兩種織物的透氣率均有下降，其中W－1 織物的透氣率下降了9.74%，W－2 織物的透氣率下降了16.88%。 W－1 與W－2 織物透氣率下降主要是艾草精油微膠囊及石墨烯通過水性聚氨酯粘合劑被粘附在織物及纖維表面，使纖維的直徑增加，纖維之間的空隙的減少，從使織物的透氣率降低。 相比之下，W－2 織物透氣率下降更明顯，這主要由于W－2 織物的兩步整理法增加了整理劑的涂覆量與涂覆層數(shù)，纖維表面所包裹的功能膜厚度增加，使纖維間空隙減少而導(dǎo)致的。

3.8 多功能織物透濕性

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12704.2－2009?紡織品織物透濕性試驗(yàn)方法?[7]，采用FX3150 型全自動(dòng)織物透濕量測試儀對(duì)原棉針織物、W－1、W－2 織物進(jìn)行透濕量測試，分別隨機(jī)裁剪出面積30cm2圓形樣品各3 塊，先進(jìn)行預(yù)調(diào)濕再測試透濕量，測試結(jié)果見表7。

從表7 中可以看出原棉織物、W－1 織物及W－2 織物的平均透濕量分別為1934.242g·(d·m2)－1、1821.712g·(d·m2)－1、1789.56g·(d·m2)－1，經(jīng)整理后W－1、W－2 織物的透濕量分別下降5.82%與7.48%，比率降低較小基本無變化。 這是由于棉織物本身具有較好透濕性，水汽在織物中傳遞途徑?jīng)]有改變，因此復(fù)合功能整理對(duì)織物透濕性基本沒有影響。

表7 原棉織物、W－1 和W－2 織物透濕量測試結(jié)果

3.9 多功能織物頂破強(qiáng)力

按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19976－2005?紡織品頂破強(qiáng)力鋼球法?[8]，采用YG026H 型電子織物強(qiáng)力儀對(duì)原棉針織物、W－1、W－2 試樣進(jìn)行頂破強(qiáng)力測試，測試結(jié)果見表8。

表8 原棉織物、W－1 和W－2 織物頂破強(qiáng)力測試結(jié)果

從8 可以看出，經(jīng)復(fù)合功能整理后W－1、W－2織物的頂破強(qiáng)力都有所提升，分別提高6.18%和11.98%。 表明經(jīng)整理后織物的頂破性能變好，這主要是因?yàn)獒樋椢锏难诱剐暂^大，而經(jīng)過整理后粘合劑作用在纖維及紗線間，使其不易產(chǎn)生滑移，因而頂破強(qiáng)力有所增加。

4 結(jié)論

采用自制的艾草精油微膠囊和石墨烯材料通過后整理工藝進(jìn)行多功能針織內(nèi)衣面料的開發(fā)，并對(duì)兩種多功能復(fù)合整理的棉針織內(nèi)衣面料的表面形貌、抗菌性、遠(yuǎn)紅外性能及其它服用性能進(jìn)行測試，最終得出以下結(jié)論:

(1)通過觀察織物整理前后的SEM 與紅外光譜圖分析可知，經(jīng)復(fù)合功能整理后的織物表面較為粗糙，纖維間存在圓球狀艾草精油微膠囊與片層結(jié)構(gòu)的石墨烯，實(shí)驗(yàn)成功制備了復(fù)合多功能整理棉針織物。

(2)對(duì)兩種織物的抗菌性及耐洗滌性分析可知，洗滌前W－1 織物的抗菌性能更優(yōu)，對(duì)兩種菌體抑制率達(dá)到97.98%(大腸桿菌)和98.68%(金黃色葡萄球菌)；經(jīng)20、50 次洗滌后，兩種織物的抑菌率雖有降低，但對(duì)兩種細(xì)菌的抑菌率仍都大于69.14%，因此，表明兩種復(fù)合整理的織物都具有較好的抑菌耐久性。

(3)對(duì)織物厚度、透氣、透濕與頂破強(qiáng)力等服用性能測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)功能整理后的織物各性能的變化率都較小，基本不影響服用性能。