抗菌負(fù)氧離子真絲交織物墻布窗簾織物的性能

劉亞楠 賀榮 張惠芳 王宇軒 祝成炎 張紅霞

摘要： 為了改善紡織品功能性，將單一化功能紡織產(chǎn)品朝多功能、復(fù)合化發(fā)展，以銀離子抗菌劑改性滌綸和具有永久負(fù)離子發(fā)射功能的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性滌綸為原料，抗菌、負(fù)氧離子復(fù)合功能面料與真絲墻布窗簾織物配套開發(fā)。通過正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)不同規(guī)格的A、B系列兩組織物試樣，測(cè)試織物的抗菌性能與負(fù)氧離子功能，以線性回歸分析為手段探究功能性纖維原料和組織系數(shù)對(duì)織物負(fù)氧離子、抗菌功能性的影響，為后續(xù)開發(fā)出多功能復(fù)合化的高檔墻布窗簾面料提供依據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明：織物負(fù)氧離子發(fā)生量在一定范圍內(nèi)隨著緯紗中蜂窩負(fù)氧離子纖維含量、組織系數(shù)的增加而增加，織物表面粗糙度與纖維含量產(chǎn)生協(xié)同作用;織物的大腸桿菌抑菌率與緯紗中抗菌滌綸長(zhǎng)絲含量呈正相關(guān)，織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果優(yōu)于對(duì)大腸桿菌的抑菌效果。

關(guān)鍵詞： 復(fù)合功能面料;真絲交織物;抗菌性能;負(fù)氧離子;墻布窗簾織物

中圖分類號(hào)： TS106.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1001-7003（2023）07-0026

作者簡(jiǎn)介：

劉亞楠（1996），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔椘吩O(shè)計(jì)。通信作者：張紅霞，教授級(jí)高工，hongxiazhang8@126.com。

墻布窗簾作為建筑中的軟裝飾與人們的生活有很大關(guān)聯(lián)，其美觀性和環(huán)保性、健康性尤為重要。中國(guó)的墻布產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，且以裝飾效果為主［1］，行業(yè)整體的創(chuàng)新意識(shí)比較薄弱，但已有越來(lái)越多的墻布企業(yè)將墻布產(chǎn)品的功能逐漸由遮蓋、裝飾等向功能復(fù)合化、生態(tài)環(huán)保相互融合的方向發(fā)展［2-3］。

具有抗菌功能的墻布窗簾是近年來(lái)備受人們歡迎的產(chǎn)品之一?？咕徔椘肪哂幸种萍?xì)菌和真菌繁殖的功能，市場(chǎng)上關(guān)于抗菌紡織品的研發(fā)、生產(chǎn)和檢測(cè)都相對(duì)成熟［4］。紡織品原料的抗菌改性是抗菌產(chǎn)品的研究熱點(diǎn)，具有良好抗菌活性的無(wú)機(jī)納米材料代替可能有毒性的化學(xué)抗菌劑成為紡織品抗菌改性的首選材料［5］。在目前紡織品中應(yīng)用較多的無(wú)機(jī)抗菌劑是銀系抗菌劑，銀系抗菌劑的耐高溫性能比有機(jī)抗菌劑好、抑菌強(qiáng)度高，比較適合滌綸抗菌面料的開發(fā)［6-7］。除抗菌功能以外，具有保健功能的負(fù)氧離子紡織品也廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝飾物。負(fù)氧離子是指獲得1個(gè)或1個(gè)以上的電子而帶負(fù)電荷的氧氣離子，其通過人的神經(jīng)系統(tǒng)及血液循環(huán)能對(duì)人的機(jī)體生理活動(dòng)產(chǎn)生影響，有利于人的身心健康，被譽(yù)為“空氣維生素”，是評(píng)價(jià)空氣清潔度的重要指標(biāo)之一，在環(huán)保和保健領(lǐng)域有較重要的作用。負(fù)氧離子功能紡織品通過接觸摩擦釋放大量負(fù)氧離子凈化空氣，同時(shí)可以凈化血液、增強(qiáng)抵抗力，已被越來(lái)越多的人所接受，市場(chǎng)開發(fā)前景十分廣闊［8-9］。

本文旨在開發(fā)出抗菌負(fù)氧離子復(fù)合功能真絲墻布窗簾織物，通過正交試驗(yàn)法設(shè)計(jì)不同交織比、不同織物組織的織物試樣，測(cè)試織物試樣的抗菌性能與負(fù)氧離子功能，探討纖維含量、組織系數(shù)對(duì)織物負(fù)離子發(fā)射功能的影響和纖維含量對(duì)織物抗菌性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 原 料

本文選用的負(fù)氧離子功能纖維是由具有內(nèi)外貫穿的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的改性滌綸短纖共混紡絲制成［10］;所選用的抗菌滌綸長(zhǎng)絲是由銀系抗菌劑與聚酯切片經(jīng)熔融紡絲制成。

緯紗采用的蜂窩負(fù)離子改性滌綸纖維線密度為1.56 dtex，長(zhǎng)度為38 mm，紗線線密度為14.76 tex（浙江上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司），抗菌改性滌綸紗線規(guī)格為8.33 tex/72 f（浙江康潔絲新材料科技有限公司），經(jīng)紗采用2.22 tex/2.44 tex/2桑蠶絲（海寧中紡面料科技有限公司）。

1.2 織物規(guī)格設(shè)計(jì)

以2.22 tex/2.44 tex/2桑蠶絲為經(jīng)紗，線密度為14.76 tex的蜂窩負(fù)離子改性滌綸纖維和線密度為8.33 tex/2抗菌改性滌綸為緯紗，以相同的織造工藝試制A、B兩組試驗(yàn)樣品。A系列包括9組樣品，以平紋為組織，通過設(shè)置不同的投緯比例以控制織物緯紗中兩種功能性紗線的纖維含量;B系列樣品包括6組樣品，投緯比例為1︰1，樣品之間織物組織不同，組織系數(shù)計(jì)算［11］如下式所示：

本文以正交試驗(yàn)法制作A、B系列織物試樣，探究緯紗中纖維含量和組織系數(shù)對(duì)織物負(fù)氧離子性能的影響和纖維含量對(duì)織物抗菌性能的影響（組織系數(shù)對(duì)抗菌性能的影響暫不做探究）。A系列具體規(guī)格參數(shù)如表1所示;B系列具體規(guī)格參數(shù)如表2所示。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 纖維形態(tài)的電鏡觀察

參照GB/T 36422—2018《化學(xué)纖維微觀形貌及直徑的測(cè)定掃描電鏡法》，對(duì)于蜂窩負(fù)氧離子纖維，將混合均勻后的纖維用鑷子夾取50 mg整理成束狀，使用哈式切片器將纖維束切成0.5～3.0 mm的小段。對(duì)于抗菌改性滌綸長(zhǎng)絲，選取至少20段5 cm長(zhǎng)的長(zhǎng)絲或紗線段整理成束，用哈式切片器對(duì)纖維束切成0.5～3.0 mm的小段。用鑷子將纖維或長(zhǎng)絲段試樣盡量拉直平放在試樣臺(tái)的雙面膠上，范圍不超過1.0 cm×1.0 cm，并避免纖維或長(zhǎng)絲交叉重疊。將黏有兩種纖維樣品的樣品座鍍金后通過GeminiSEM 500電子顯微鏡（蔡司英國(guó)）掃描觀察兩種功能性纖維的縱向和截面形態(tài)。

1.3.2 負(fù)氧離子發(fā)生量測(cè)試

參照GB/T 30128—2013《紡織品負(fù)離子發(fā)生量的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》，由DLY-6A232紡織品負(fù)離子測(cè)試儀（浙江省輕工業(yè)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院）對(duì)A、B系列織物進(jìn)行負(fù)氧離子發(fā)生量測(cè)試［12］。每種樣品取3組試樣，每組試樣包括直徑≥100 mm和直徑≥200 mm的兩塊圓形織物，對(duì)樣品按照GB/T 6529《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》調(diào)濕并在標(biāo)準(zhǔn)大氣中進(jìn)行試驗(yàn)，在內(nèi)部尺寸為（300±2） mm×（560±2） mm×（210±2） mm、采用有機(jī)玻璃制成并帶有換氣系統(tǒng)的測(cè)試倉(cāng)中將直徑≥100 mm的圓形織物夾緊并固定在上摩擦盤（靜摩擦盤）上，將直徑≥200 mm的圓形織物夾緊并固定在下摩擦盤（動(dòng)摩擦盤）上，在未摩擦前關(guān)閉測(cè)試倉(cāng)測(cè)試空氣的負(fù)離子濃度1 min，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后對(duì)測(cè)試儀數(shù)據(jù)清零并啟動(dòng)儀器摩擦裝置，動(dòng)摩擦盤轉(zhuǎn)速為92 r/min，摩擦開啟后讀取30～210 s內(nèi)5個(gè)峰值數(shù)據(jù)并取平均值，測(cè)試完畢后將測(cè)試倉(cāng)打開啟動(dòng)換氣裝置至少5 min后測(cè)試下個(gè)試樣，直至試樣測(cè)完。

1.3.3 抗菌性能測(cè)試

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》測(cè)試A系列樣品抗菌性能。使用第2代大腸桿菌和金黃色葡萄球菌制作接種菌液，調(diào)整活菌數(shù)目。將抗菌織物樣品及對(duì)照樣分別剪成約5 mm×5 mm大小的碎片，稱取0.75 g±0.05 g作為一份試樣（由于B系列織物皆具有長(zhǎng)浮線，根據(jù)試樣要求剪裁會(huì)導(dǎo)致B系列織物喪失原形全部脫散成紗線，故不探究組織對(duì)B系列織物的抗菌性能影響）。對(duì)樣品和工具滅菌處理后，將試樣與對(duì)照樣分別裝入一定濃度的試驗(yàn)菌液的錐形瓶中，在24 ℃±1 ℃，以150 r/min振蕩18 h后將菌液稀釋涂板培養(yǎng)18 h，使用全自動(dòng)菌落計(jì)數(shù)儀讀取合適濃度的培養(yǎng)基中菌落數(shù)，然后計(jì)算抑菌率，如下式所示：

Y/%=Wt-QtWt×100（2）

式中：Y為試樣的抑菌率;Wt為對(duì)照樣振蕩接觸18 h后燒瓶?jī)?nèi)的活菌濃度;Qt為抗菌織物樣品振蕩接觸18 h后燒瓶?jī)?nèi)的活菌濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

蜂窩負(fù)氧離子改性滌綸纖維和抗菌改性滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1（a）可以看出，蜂窩負(fù)離子改性滌綸纖維的橫截面為圓形;圖1（b）中，纖維縱向表面附著細(xì)小顆粒，同時(shí)有線形微孔溝槽，溝槽方向與纖維長(zhǎng)度方向一致，蜂窩纖維表面的微孔增加了纖維的粗糙度，有利于纖維摩擦?xí)r釋放更多負(fù)氧離子，同時(shí)多孔、粗糙的表面可以改善燈光反射對(duì)人視覺造成的污染，有柔和燈光的作用。由圖1（c）可以看出，抗菌改性滌綸纖維的橫截面呈六邊形，可使纖維具有柔和的光澤并增加纖維之間的抱合力而改善纖維易起球的不足，適宜用作墻布面料的原料;圖1（d）中，纖維縱向表面有細(xì)小凸起。

2.2 負(fù)氧離子發(fā)生量測(cè)試結(jié)果與分析

A系列9塊織物和B系列6塊織物釋放負(fù)氧離子量的測(cè)試結(jié)果均值分別如圖2和圖3所示。

參照GB/T 30128—2013對(duì)A、B系列樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)依據(jù)為當(dāng)負(fù)氧離子發(fā)生量＞1 000個(gè)/cm-3時(shí)，負(fù)氧離子發(fā)生量較高;當(dāng)負(fù)氧離子發(fā)生量介于550～1 000個(gè)/cm-3時(shí)，負(fù)氧離子發(fā)生量中等;當(dāng)負(fù)氧離子發(fā)生量＜550個(gè)/cm-3時(shí)，負(fù)氧離子發(fā)生量偏低。因此，A系列織物中編號(hào)為A2、A3、A4的織物負(fù)氧離子發(fā)生量較高，編號(hào)為A1、A5、A6、A7、A8的織物負(fù)離子發(fā)生量中等，負(fù)離子發(fā)生量偏低的織物有A9;B系列織物編號(hào)為B2、B3、B4、B5、B6的織物負(fù)氧離子發(fā)生量較高，B1織物的負(fù)離子發(fā)生量中等。

A系列織物中，負(fù)氧離子發(fā)生量基本隨著織物緯紗中蜂窩負(fù)氧離子滌綸纖維含量的增加而增加，而A2織物（緯紗中蜂窩負(fù)氧離子滌綸纖維含量為77.98%）的負(fù)氧離子發(fā)生量為1 720個(gè)/cm3;A1織物（緯紗中蜂窩負(fù)氧離子滌綸纖維含量為100%）負(fù)氧離子發(fā)生量為992個(gè)/cm3，A1織物的負(fù)氧離子發(fā)生量小于A2織物，與圖2中蜂窩負(fù)氧離子滌綸纖維含量對(duì)織物負(fù)氧離子發(fā)生量的整體影響趨勢(shì)不同。這是由于本文所采用的蜂窩負(fù)離子纖維是將天然礦石超微化制成納米級(jí)超微粉體后通過共混紡絲法制成，因?yàn)橐恍┨烊坏V石晶體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱導(dǎo)致兩個(gè)高電荷的原子在結(jié)晶格架上排列明顯錯(cuò)位，使其在機(jī)械力的作用和晶體的溫度與壓力變化的條件下產(chǎn)生熱電效應(yīng)和壓電效應(yīng)，機(jī)械力越大，極化電荷產(chǎn)生越多，織物表面的粗糙度越大則在測(cè)試過程中就會(huì)增加上下摩擦盤織物的摩擦力，即機(jī)械力增加，使負(fù)氧離子的發(fā)生量增加［13］。蜂窩負(fù)氧離子滌綸紗線線密度為14.76 tex，抗菌滌綸紗線線密度為8.33 tex×2，兩種緯紗的線密度不相等，即緯紗粗細(xì)不同，當(dāng)兩種粗細(xì)不同的緯紗交織會(huì)增加織物的表面粗糙度，而只有一種緯紗交織所制成的織物表面平整、粗糙度低，A2織物表面粗糙度大于A1織物。在試驗(yàn)過程中，蜂窩負(fù)氧離子滌綸纖維的含量對(duì)負(fù)氧離子發(fā)射量的影響與織物表面的粗糙度對(duì)負(fù)氧離子發(fā)射量的影響產(chǎn)生協(xié)同作用，因此A2織物負(fù)氧離子發(fā)生量遠(yuǎn)大于A1織物負(fù)氧離子發(fā)生量。

由圖3可知，B系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量隨著組織系數(shù)的增大而增加，平紋組織的負(fù)氧離子發(fā)生量最少，八枚緞紋的負(fù)氧離子發(fā)生量最多。B系列織物的甲乙緯交織比皆為1︰1，但6組織物的組織不同（組織系數(shù)不同），組織系數(shù)越大則浮長(zhǎng)線越長(zhǎng)，從而導(dǎo)致B系列織物之間的松緊程度不同、露地面積不同?？椢锝Y(jié)構(gòu)越松弛，在試驗(yàn)過程中上下摩擦盤兩織物試樣接觸的比表面積越大，織物中的蜂窩負(fù)離子滌綸纖維受到更充分的摩擦，釋放更多的負(fù)氧離子［14］。此外隨著織物系數(shù)變大，織物厚度隨之增長(zhǎng)，厚度增加可以長(zhǎng)時(shí)間有效保持織物摩擦產(chǎn)生的熱量，負(fù)氧離子的熱電效應(yīng)離子粉末增加，有利于釋放負(fù)氧離子［15］。

2.3 抗菌性能測(cè)試結(jié)果與分析

本文采用振蕩法測(cè)試A系列織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌繁殖的抑制情況，含9塊織物試樣的大腸桿菌菌液錐形瓶恒溫振蕩培養(yǎng)18 h稀釋4次后細(xì)菌的繁殖情況和金黃色葡萄球菌菌液錐形瓶恒溫振蕩培養(yǎng)18 h稀釋2次后細(xì)菌的繁殖情況，如圖4所示;織物緯紗中抗菌滌綸纖維含量與抑菌率關(guān)系如圖5所示。

參照GB/T 20944.3—2008中的評(píng)價(jià)方法，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率≥70%可評(píng)定為樣品具有抗菌效果。抗菌試驗(yàn)結(jié)果表明，A系列樣品抑菌率皆大于70%，因此A系列9組織物可評(píng)定為全部具有抗菌效果。

由圖5可知，A系列中對(duì)大腸桿菌抗菌效果最差的是織物A1（織物緯紗中不含抗菌滌綸纖維），對(duì)大腸桿菌抑菌效果最好的是織物A9（織物緯紗中抗菌滌綸纖維含量為100%），A系列織物對(duì)大腸桿菌的抗菌效果隨著抗菌滌綸纖維含量的增加有明顯的上升趨勢(shì)，緯紗中抗菌滌綸纖維含量對(duì)大腸桿菌的抑菌效果很顯著。A系列所有織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率皆達(dá)99%以上，織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果隨織物緯紗中抗菌滌綸纖維含量增加之間的關(guān)系不顯著。因?yàn)锳系列織物的經(jīng)紗為桑蠶絲，蠶絲蛋白為大量的氨基酸所組成，分子中存在大量的—NH2及酰胺鍵，能夠抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)［16-17］。同時(shí)，桑蠶絲含有銅元素，當(dāng)微生物轉(zhuǎn)移或著陸在銅元素表面時(shí)，釋放出的離子會(huì)阻止細(xì)胞呼吸，破壞病毒外殼，具有一定的抗菌功能［18］。在織物A1不添加抗菌滌綸纖維的情況下，織物也能對(duì)金黃色葡萄球菌體現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能。對(duì)大腸桿菌發(fā)揮抗菌作用的主要是織物緯紗中的抗菌滌綸纖維，對(duì)金黃色葡萄球菌發(fā)揮抗菌作用的主要是織物經(jīng)紗中的桑蠶絲。

2.4 線性回歸分析

線性回歸分析是根據(jù)一個(gè)或一組自變量的變動(dòng)情況預(yù)測(cè)與其相關(guān)關(guān)系的某隨機(jī)變量未來(lái)的一種方法，可以用來(lái)研究自變量X對(duì)因變量Y的影響關(guān)系，使用建立的線性回歸模型去利用已經(jīng)知道的自變量來(lái)預(yù)測(cè)未知的因變量。本文所開發(fā)的抗菌負(fù)離子真絲交織墻布面料的負(fù)氧離子釋放功能和抗菌

性能與織物中功能性緯紗含量、組織系數(shù)有密切的聯(lián)系。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立A、B系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量與緯紗中蜂窩負(fù)氧離子纖維含量之間的關(guān)系和A系列織物大腸桿菌抑菌率、金黃色葡萄球菌抑菌率與緯紗中抗菌滌綸長(zhǎng)絲含量之間的關(guān)系。在建立線性回歸方程時(shí)，設(shè)織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)為自變量X，織物的功能性試驗(yàn)數(shù)值為因變量Y，織物功能性對(duì)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)間關(guān)系的擬合曲線如圖6所示。

由圖4中各擬合系數(shù)R2可知，B系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量和A系列織物大腸桿菌抑菌率擬合程度好，R2皆大于0.9;由線性回歸方程可知，B系列織物的負(fù)氧離子發(fā)生量與組織系數(shù)呈正相關(guān)，A系列織物的抗菌效果與緯紗中抗菌滌綸長(zhǎng)絲含量呈正相關(guān)。而A系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量和A系列織物金黃色葡萄球菌抑菌率的擬合系數(shù)R2大幅偏離1.0，說明與A系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量與緯紗中蜂窩負(fù)離子纖維含量之間不呈線性關(guān)系;A系列織物金黃色葡萄球菌抑菌率與緯紗中抗菌滌綸長(zhǎng)絲含量之間亦不呈線性關(guān)系。

3 結(jié) 論

本文以桑蠶絲為經(jīng)紗，蜂窩負(fù)氧離子滌綸紗線和抗菌滌綸

紗線為緯紗，經(jīng)過規(guī)格設(shè)計(jì)試制不同投緯比的A系列9組織物樣品和不同組織結(jié)構(gòu)的B系列6組織物樣品，以此探究功能性纖維含量和組織系數(shù)對(duì)織物功能性的影響。主要結(jié)論如下：

1） 一般隨著蜂窩負(fù)氧離子纖維含量的增加，負(fù)氧離子釋放量增多，但由于纖維含量與織物表面粗糙度產(chǎn)生協(xié)同影響作用，致蜂窩負(fù)氧離子含量為100%的織物A1負(fù)氧離子發(fā)生量遠(yuǎn)小于蜂窩負(fù)氧離子纖維含量為77.98%的織物A2，因此在后續(xù)墻布窗簾織物的研發(fā)中可增加織物表面的粗糙度來(lái)提高負(fù)氧離子發(fā)生量。B系列織物負(fù)氧離子發(fā)生量與織物的組織系數(shù)呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，故增大組織系數(shù)有利于負(fù)氧離子的釋放。

2） 抗菌纖維含量對(duì)大腸桿菌的抑菌率體現(xiàn)出明顯的正線性相關(guān)性，對(duì)金黃色葡萄球菌幾乎無(wú)抑菌效果;A系列織物皆具有抗菌效果，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果普遍優(yōu)于對(duì)

大腸桿菌的抑菌效果。

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