抗菌蚕丝水刺非织造布制造工艺及其性能研究

向天夏 张富山 孙晓丽 靳向煜

(1.福建恒安集团有限公司，泉州，362261;2.东华大学纺织学院，上海，201620)

蚕丝纤维是天然蛋白质纤维，蚕丝中的丝肽含有18种对人体有益的氨基酸，与人体皮肤相适性好，无刺激，无污染，而且具有护肤、养颜、减缓肌肤衰老的功能［1］。采用蚕丝纤维和黏胶纤维作为原料，经过水刺工艺制成的水刺非织造布具有质地柔软、手感舒适、纤细光滑等特点，并具有优雅珍珠般的光泽。将蚕丝水刺非织造布应用于高档纸尿裤和卫生巾的面料以及美容护肤品等，可扩大蚕丝纤维的应用领域，使产品更具多样化，并可进一步提高其附加值。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

1.1.1 原材料

(1)蚕丝纤维：1.2 dtex×38 mm，断裂强度3.7 cN/dtex;

(2)黏胶纤维：1.67 dtex×38 mm，断裂强度2.27 cN/dtex。

1.1.2 药品

金黄色葡萄球菌(ATCC6538)，大肠杆菌(8099)，白色念珠菌(ATCC10231);乙二胺四乙胺(EDTA)，营养琼脂培养基，沙氏琼脂培养基，磷酸盐缓冲液(PBS溶液)，生理盐水，有效含量为20%的癸甲溴铵。

1.1.3 仪器

电子天平，HANDLE-O-METER(Model 211-300)柔软度仪，HD026N型电子织物强力仪，磁力搅拌机，恒温培养箱，101-1-BS型电热恒温鼓风干燥箱，电热高压蒸汽灭菌锅。

1.2 抗菌整理剂的制备

在去离子水中加入质量分数为0.05%的EDTA，螯合水中残留的Ca2+、Mg2+离子，将癸甲溴铵溶于去离子水中，加入PBS溶液，将溶液调节至中性，配制成四种不同浓度的癸甲溴铵抗菌剂溶液［2］。溶液中癸甲溴铵的质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%和 0.4%。

1.3 水刺工艺

蚕丝纤维与黏胶纤维分别按 5∶5、2∶8、1∶9 比例(质量比)混合，纤维经过开松、混棉、梳理，形成纤网，纤网吸附在转鼓式水刺机［3］的转鼓上进行水刺，经过高压水针的正反喷射，纤维之间互相缠结，纤网得以加固(图1)。水刺头1、2、3和4的压力分别设为 5.5、6.0、8.0 和 9.0 MPa，网帘速度80 m/min。第二、三、四道水刺压力是影响材料强力不匀率与外观的主要因素，其中以第二道水刺的压力尤为重要。如水刺压力过小，会使纤网加固不牢，出现分层现象，下表面与网帘黏结而造成纤网表面粗糙，布面均匀度下降，分层、起毛现象严重;如水刺压力过大，则纤维产生滑移，使纤维排列杂乱、缠结度下降，从而加大纵横向强力比值，还会对纤维造成损伤。若第二道水刺压力值设定合理，则纤网表面会比较细腻，纹路比较清晰。第三道和第四道水刺是对样品的另一面进行水刺，此时材料基本成型，所以压力要在之前基础上依次提高。

图1 水刺加固示意

1.4 抗菌整理工艺

采用在线转移涂布工艺。用癸甲溴铵质量分数为 0.1%、0.2%、0.3%和 0.4%抗菌整理剂分别对蚕丝非织造布进行抗菌整理，上液率为20%，在90～130℃下烘干，制成面密度为40 g/m2的抗菌蚕丝水刺非织造布。

1.5 性能测试

(1)抗菌性能：按GB/T15979—2002《一次性使用卫生用品卫生标准》测试。

(2)多次皮肤刺激性试验和皮肤变态反应试验：按GB15979—2002《一次性使用卫生用品卫生标准》进行试验。

(3)断裂强力：按 FZ/T60005—1991《非织造布断裂强力及断裂伸长的测定》测试。

(4)柔软度：参考GB/T8942—2002《纸柔软度的测定》测试。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

从表1可以看出，在面密度相同的情况下，蚕丝的含量越多，水刺非织造布的强力越大。所用的蚕丝纤维比黏胶纤维细，在面密度相同的条件下，纤维越细，纤维的根数越多，成形纤网纤维间的接触点越多，接触面积越大，纤维间的抱合力越强，故而增强了非织造布的强力。另外，单根纤维的强度也会影响非织造布的强力［4］，所用的蚕丝纤维断裂强度为3.7 cN/dtex，黏胶纤维的断裂强度为2.27 cN/dtex。在相同水刺工艺条件下，非织造布组织结构基本相同，由单纤强度大的纤维组成的纤维集合体比由单纤强度小的纤维组成的纤维集合体强力大，所以蚕丝纤维含量越大，蚕丝水刺非织造布的强力越大。

表1 力学性能测试结果

2.2 柔软度

本试验采取直铺成网方式，大部分纤维沿材料输出方向(纵向)排列。在纵向弯曲时，纤维本身的重力承担了部分使纤维弯曲的扭力，而且弯曲的方向与纤维处于同一平面;在横向弯曲时，因沿横向排列的纤维少，部分纤维弯曲的方向与纤维排列方向处于不同平面，故需要克服更大的弯曲扭矩。因此，纵向的弯曲刚度比横向小很多，即纵向的柔软性较横向好。

蚕丝纤维的主体是丝素，丝素是一个集合体，由结晶区(β角朊大分子有序平行排列)和非结晶区(β折叠大分子低序排列)组成［5］，这两种分子构象都有利于分子中单键的旋转且键角具有一定的柔性，从而使蚕丝纤维比普通纤维的柔软性更好。柔软度测试结果示于图2，可见随着蚕丝纤维比例的增加，蚕丝非织造布的柔软性趋好。

图2 蚕丝纤维含量对非织造布柔软度的影响

2.3 抗菌整理剂用量对抗菌性能的影响

从表2可以看出：抗菌剂质量分数为0.1%时，对蚕丝水刺非织造布上的大肠杆菌抑菌效果已经达到最佳;由0.1%增大到0.2%时，对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率显著提高;当达到0.3%和0.4%时，总的抑菌效果达到最佳。由此可见，随着抗菌整理剂浓度的增大，对蚕丝水刺非织造布上的金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率逐渐增大，抑菌效果越来越好。对于一次性卫生用品，不需要考虑材料洗涤后的效果，为了节约成本并达到理想的抑菌效果，抗菌剂质量分数以选取0.2%～0.3%为宜。

表2 抗菌整理剂浓度对蚕丝水刺非织造布抗菌性能的影响

2.4 皮肤刺激性试验和变态反应试验结果

选用抗菌剂质量分数为0.3%的抗菌整理剂整理的蚕丝水刺非织造布，由福建省疾病预防控制中心进行了多次皮肤刺激性试验和皮肤变态反应试验。抗菌蚕丝水刺非织造布对3只家兔的多次完整皮肤刺激试验连续进行14 d，其刺激反应积分均为0分，刺激强度属无刺激性。皮肤变态反应试验结果列于表3，也未见皮肤变态反应。

表3 抗菌蚕丝水刺非织造布皮肤变态反应试验结果

3 结论

(1)采用蚕丝纤维和黏胶纤维为原料制成水刺非织造布，在面密度相同的情况下，蚕丝的含量越多，水刺非织造布的强力越大，柔软性越好。

(2)在抗菌剂质量分数为0.2%～0.3%的条件下，对蚕丝水刺非织造布进行整理，既能节约成本，又能使非织造布具有良好的抗菌效果，对皮肤无刺激性，且未见皮肤变态反应。

［1］中国纺织大学绢纺教研室.绢纺学：上册［M］.北京：纺织工业出版社，1991：2-10.

［2］张富山，黄翠玉，汤国开.一种卫生材料：中国，200810130729.5［P］.2009-12-30.

［3］许罗力，吴海波，柯勤飞，等.真丝水刺法非织造布工艺及性能分析［J］.非织造布，2009，17(5)：25-27.

［4］柯勤飞，靳向煜.非织造学［M］.上海：东华大学出版社，2010：18-20.

［5］于伟东.纺织材料学［M］.北京：中国纺织出版社，2007：54-55.