纳米竹炭/甲壳素复合物的老年味消臭加工

孔令苹，崔永珠

（1.齐齐哈尔大学轻工与纺织学院，黑龙江齐齐哈尔 161000；2.大连工业大学纺织与材料工程学院，辽宁大连 116034）

医学上称为体臭的气味主要来源于汗液。汗的基本成分本来是无气味的水，所谓汗味实际上来源于只占汗水0.8%的一种高级脂肪酸，在皮肤上繁殖的一些常见细菌就以脂肪酸为食物，然后将其分解为散发异味的甲基丁酸等低级脂肪酸。而日本的资生堂公司则查明了造成中老年人特有体臭的化学物质为诺内纳尔（2-壬烯醛），结构式如下：

这一发现属世界首次。诺内纳尔是由皮肤分泌物衍生出来的一种化合物，化学成分是9个碳的不饱和醛，兼具较强的草腥味和肉腥味［1］。目前对纺织品的除臭研究很多，例如上海东华海天纺织科技发展有限公司以再生纤维素纤维黏胶为载体，加入纳米级竹炭微粉纺出的竹炭黏胶纤维，具有吸附异味和空气中有毒气体的功能［2］。东华大学的赫淑彩等纺出了竹炭改性涤纶纤维，并且对吸附性能进行了测试，结果表明竹炭涤纶织物具有吸附人体异味、居室内油烟味和甲醛等化学物质的功能［3］。日本信州大学的白井教授研制出能去除体臭的除臭纤维，主要是在纤维上涂上能够化学分解臭汗的人工酶，制成的除臭棉被可维持5年的除臭能力［4］。但目前还没有利用纳米竹炭和甲壳素复合物处理织物的研究。

本实验利用纳米竹炭和甲壳素复合物对纯棉针织物进行处理，利用竹炭的强吸附性能和甲壳素的抗菌性能来达到消除老年味的目的。

1 实验

1.1 材料及仪器

棉双面针织布（市售），纳米竹炭（浙江省遂昌县金昊竹炭有限公司），甲壳素（食品级，脱乙酰率≥95%，大连鑫蝶甲壳素有限公司），醋酸、烧碱、诺内纳尔（试剂级）。

1.2 仪器

KQ2200-E 型超声波清洗器（昆山市超声波仪器有限公司），ADCI-60-C 型全自动色差计（北京光学仪器厂），SW8A型耐水洗色牢度检测机、Y571W型纺织品摩擦色牢度仪（无锡纺织机械厂），NDJ-1型旋转黏度计（上海天平仪器厂），LLY-01B 型电脑控制硬挺度仪（山东省莱州市电子仪器有限公司），Agilent GC6890N气相色谱仪（美国Agilent公司）。

1.3 实验方法

甲壳素印花浆配制：甲壳素粉体与4%醋酸溶液按比例混合并搅拌均匀。

工艺路线：纳米竹炭粉/甲壳素印花浆混合→织物印花→烘干→碱固化→水洗→检测。

1.4 测试

黏度：选择旋转黏度计上适当的转子，分别测试6和60 r/min下的黏度η，PVI（印花浆黏度指数）值［5］=η60/η6。

抑菌性能：采用美国测试与材料协会的ASTM E 2149—2001 固着性抗菌剂抗菌活性的动态测试法进行测试。

色差：利用色差计测定，以未处理的棉双面针织布（市售）为参照标准来确定炭粉的使用量。

吸附率：在两个2.5 L 的密闭容器中分别放入等量的脱脂棉，各加入2 mL 25%～28%的诺内纳尔溶液，在其中一个容器中放入20 g 处理织物，分时间段用气相色谱仪检测诺内纳尔浓度，计算吸附率：

式中：c0和ct分别为诺内纳尔初始浓度与t时刻的浓度。

色牢度：按GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐洗色牢度》和GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试。

2 结果与讨论

2.1 SEM

如图1a、图1b所示，竹炭粉粒径基本都在几个微米之间，最小的能达到几百纳米，基本符合实验要求。从图1c可以看到，竹炭的维管束、薄壁细胞、导管形成的孔隙结构形状非常类似并接近于由五元环和六元环组成的富勒烯（C60）和展开的碳纳米管［6］。接近于由五元环和六元环组成的特殊孔隙形状是目前人工难以合成的。竹炭多孔性结构决定了其超强的吸附性能，使得竹炭能够吸附甲醛、氨、苯、甲苯和二氯甲烷等典型的有毒有害气体［7-9］。

图1 纳米竹炭的SEM图

2.2 纳米竹炭/甲壳素复合物对棉针织物的消臭与抑菌效果

2.2.1 对诺内纳尔的吸附性能

从图2中可以看到，随着时间的延长，织物对诺内纳尔的吸附达到饱和，最大吸附率为27.5%。所以处理织物能够吸附诺内纳尔，达到了消除老年味的功效。

图2 诺内纳尔的吸附率

2.2.2 抑菌性能

采用金黄色葡萄球菌ATCC No.6538（革兰氏阳性菌）作为实验菌种测试织物的抑菌性能，抑菌率为92%。可见处理织物具有很好的抑菌效果。

2.3 纳米竹炭/甲壳素复合物对棉针织物牢度的影响

2.3.1 烘干时间

从表1可以看出，烘干时间对复合物的牢度影响不大，经15 min 烘干处理的织物水洗后复合物全部脱落。这可能是由于烘干后复合物中还残留了部分醋酸，在水洗时又形成了醋酸溶液，为甲壳素提供了溶剂，复合物很容易被洗掉。但就工业生产而言，不可能无限延长烘干时间。实验选择用碱液来处理烘干后的织物，碱液能中和复合物中残留的醋酸，并且甲壳素不溶于碱，使复合物能牢固地固着在织物表面，保留原有的风格。但适当的烘干是必要的，烘干时间选择5 min。

表1 烘干时间对复合物牢度的影响

2.3.2 碱用量

从表2可知，不同碱用量处理的织物耐水洗和耐干摩擦色牢度相同，耐湿摩擦色牢度在碱用量为20%时达到4 级。但随碱用量升高，织物收缩率逐渐增大，经向收缩率由4.5%变为8%左右，纬向收缩率由0.39%变为3.83%左右。织物尺寸变小，其他性能也受到影响，如硬挺度、强力（由320 N 下降到209 N）等。再综合经济环保角度考虑，碱用量以4%为宜。

表2 碱用量对织物牢度的影响

2.4 纳米竹炭/甲壳素复合物对棉针织物手感的影响

2.4.1 黏度对织物手感的影响

从表3可以看出，随着黏度的降低，织物的手感变好，但黏度低的甲壳素不适合进行加工，故选择甲壳素与醋酸质量比为1∶30，此时印花浆的PVI 值为0.85，适合印花加工。

表3 黏度对织物手感的影响

2.4.2 黏度对织物硬挺度的影响

从表4可知，随着黏度的增加，织物的硬挺度增大。在黏度达到950 mPa·s 以后，硬挺度趋于平缓，950、1 750、4 450 mPa·s 黏度下处理的织物硬挺度基本相同。综合黏度对手感的影响，选择黏度为4 450 mPa·s的印花浆进行加工。

表4 黏度对织物硬挺度的影响

2.5 纳米竹炭/甲壳素复合物对棉针织物外观的影响

从图3可以看到，随着竹炭粉用量的增大，加工部分的黑度增加。但由于超细粉体的比表面积及表面活性很大，易于吸附发生凝聚，而悬浮在溶液中的粉体普遍受到范德华力，更易发生凝聚，竹炭粉用量过大时，在印花浆中的分散性较差，超声波处理后还是很难分散均匀。综合考虑，竹炭粉与甲壳素质量比确定为1∶50（2∶100）。

图3 纳米竹炭粉和甲壳素印花浆质量比对织物色差的影响

3 结论

（1）印花浆黏度直接影响织物的手感和硬挺度，综合两项指标，确定甲壳素与醋酸质量比为1∶30，制得黏度为4 450 mPa·s的印花浆。

（2）纳米竹炭粉与甲壳素印花浆质量比为1∶50时处理的织物具有良好的吸附诺内纳尔和抑菌能力，能够达到消除老年味的功效。

（3）碱处理可有效提高竹炭和甲壳素复合物在织物上的固着能力，从耐水洗、耐摩擦色牢度来看，符合服用要求，但碱用量过大会影响织物的物理性能，适宜的碱用量为4%。