抗菌防螨防霉功能改性粘胶纤维的制备及其性能

吴 娇, 于湖生， 万兴云, 田 平, 李慧敏， 侯晓欣

(1. 无限极(中国)有限公司， 广东 广州 510623； 2. 青岛大学 纺织服装学院， 山东 青岛 266071)

随着人们生活水平的不断提高，追求健康、安全和绿色的功能性纺织品已成为发展趋势，开发具有抗菌防螨防霉系列纺织产品深受消费者的青睐。粘胶纤维具有吸湿、透气性好，穿着舒适等特点，应用广泛[1]。山苍子产量高，资源丰富，其中已确定的主要化学成分高达17余种，其性质、用途各不相同，主要成分柠檬醛占80% 以上，具有很好的抗霉菌和较好的抗细菌作用[2]。小茴香提取物的主要成分为茴香醚、茴香酮、茴香醛等，具有很好的驱螨性和较好的抗菌性[3]。百里香精油的主要成分是百里香酚，具有很强的抗霉菌、抗细菌和较好的驱螨作用[3-4]。植物提取物中的有效成分多为植物的次生代谢物，可有效杀死病原微生物或抑制其生长。

目前，闫浩等[5]研究发现，海南木兰科植物苦梓含笑叶提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌生长的抑制效果优良；李娟等[6]研究了我国特有植物蒜头果中分离得到的植物内生真菌烟曲霉的抗菌活性和产生抗菌化合物的最佳条件，发现其对6种人体致病细菌(蜡样芽孢杆菌、副溶血性弧菌、无乳链球菌、福氏志贺氏菌、金黄色葡萄球菌、藤黄微球菌)均有抑菌活性。植物中药提取物抗菌性能优良，但现今少有利用植物中药成分制得纺织品兼具其功能，更缺乏将三者共同应用于纺织品的研究。

本文将植物中药山苍子、小茴香提取物水溶液和百里香精油微胶囊与粘胶纺丝液共混纺丝，制备具有抗菌防螨防霉功能的植物中药改性粘胶纤维及其非织造布，并对其相关基本性能和功能进行检测及分析，以期为功能粘胶纺织品产业化提供理论参考。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料：粘胶纤维纺丝溶液(甲纤含量为8.9%)，山东银鹰化纤有限公司；山苍子提取物、小茴香提取物、百里香微胶囊(含固率38%)，西安霖草生物科技有限公司；浓硫酸，营养琼脂，硫酸钠、无机盐琼脂培养基，硫酸锌、氢氧化钠，国药集团化学试剂有限公司；密胺树脂(预聚体)，青岛富弛有限公司。

仪器：湿法纺丝小样机，实验室自制；DSNm-01-50型针刺复合小样机，天津市嘉诚机电设备有限公司；FA2004B型电子天平、Y172型哈氏切片器，绍兴昌汇机电有限公司；JSM-6390LV型扫描电子显微镜，日本电子光学公司；LLY-06E型电子单纤维强力仪，太原莱州市电子仪器有限公司；Nicolet5700型智能傅里叶红外光谱仪，美国Varian公司；Rigaku Smartlab型X射线衍射仪，日本 HORIBA公司；DK-98-I型恒温水浴锅、DSX-280B型高压灭菌锅，浙江力辰仪器科技有限公司；HSP-150B型恒温恒湿培养箱，天津赛得利斯有限公司；ZD-85型双功能气浴恒温振荡器，金坛市城西峥嵘实验仪器厂等。

1.2 山苍子与小茴香提取物水溶液的配制

分别将植物山苍子、小茴香茎叶经过分拣→除杂→水洗→干燥→粉碎→煮练→提炼→喷雾干燥得到提取物微细粉粒[7]。然后将2种提取物微细粉粒分别放入50 ℃水中，搅拌溶解得到山苍子和小茴香提取物水溶液，二者质量分数均为20%。

1.3 植物中药百里香精油微胶囊的制备

首先将百里香精油在乳化剂溶液中以微小的液滴状与水形成均匀的水包油体系(芯材乳液)，加入密胺树脂(预聚体)溶液在酸性及加热环境中缩聚，并在芯材周围发生凝聚、沉积和固化，将芯材包裹形成90%的微胶囊直径D90为1.611 μm,包埋率为40%的百里香精油微胶囊[8]。

1.4 改性粘胶纤维制备

取制备好的植物功能剂加入到一定量的粘胶纤维纺丝溶液中共混，共混纺丝液中山苍子提取物、小茴香提取物加入量均为甲纤质量的5%，百里香微胶囊加入量为纺丝液质量的2%。共混纺丝液经滤后喷丝进入凝固浴(凝固浴组成为：硫酸110 g/L、硫酸钠260 g/L、硫酸锌15 g/L，温度保持在50～60 ℃)，再经过牵伸及后加工制成功能改性粘胶纤维[9]。

1.5 改性粘胶纤维非织造布制备

将改性粘胶纤维在清梳联设备上开松、除杂、成网后在非织造布针刺小样机上，制成面密度为0.1 kg/m2的非织造布。

1.6 测试与表征

1.6.1 化学结构测试

利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)，使用溴化钾压片法分别测试表征普通和改性粘胶纤维的化学结构。分辨率为2 cm-1，波数范围为4 000～300 cm-1。

1.6.2 纤维结晶度测试

利用X射线衍射仪测试制备的改性粘胶纤维的结晶度与取向度。扫描范围为10°～80°，扫描速度为4(°)/min，步长为0.010°。

1.6.3 表面形貌观察

利用Y172型哈氏切片器制作纤维横向切片，将改性粘胶纤维和其横向切片置于扫描电子显微镜下观察纵向和横向截面形态。

1.6.4 纤维力学性能测试

参照GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》，利用电子单纤维强力仪测试普通粘胶纤维和改性粘胶纤维在干、湿态下的力学性能。

1.6.5 纤维抗菌性能测试

参照GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》测试未洗涤以及洗涤20次后的改性粘胶纤维非织造布的抗菌性能。

1.6.6 纤维防螨性能测试

参照GB/T 24253—2009《纺织品 防螨性能的评价》中驱避法测试未洗涤以及洗涤20次后的改性粘胶纤维非织造布的防螨性能。

1.6.7 纤维防霉性能测试

参照GB/T 24346—2009《纺织品 防霉性能的评价》中培养皿法测试改性粘胶纤维非织造布未洗涤及20次水洗后的防霉性能。测试中实验组为改性粘胶纤维，对照样为经高温蒸煮和蒸馏水洗涤的纯棉织物，二者实验时均接种1 mL霉菌孢子液。空白对照组为3份改性粘胶纤维试样，分别平放在无菌的无机盐琼脂培养基上，接种1 mL无菌水于每片试样，稍干后盖好培养皿盖培养，将得到的结果与实验组进行对比。

2 结果与讨论

2.1 改性粘胶纤维化学结构分析

图1示出普通粘胶纤维和改性粘胶纤维红外光谱测试结果。 可以看出，曲线在899 cm-1处的振动峰与C1及其4个连接的原子振动有关，2 900、3 450 cm-1处分别为纤维素纤维中C—H、纤维素羟基(—OH)的伸缩振动峰。其中，典型的纤维素II结构在2 900、1 638、899 cm-1处充分体现[10]，说明改性粘胶纤维没有导致纤维素II的结构有所改变。

图1 普通和改性粘胶纤维红外光谱图

Fig.1 Infrared spectra of ordinary and modified viscose fibers

2.2 改性粘胶纤维结晶度和取向度分析

经测试发现，普通粘胶纤维的结晶度为44.6%，改性后粘胶纤维的结晶度为41.3%，结晶度略有降低。这是因为3种功能剂的添加，一定程度上减弱了纤维大分子链间的结合程度，影响了纤维大分子的聚集态结构，从而使纤维的结晶度下降[11]。

普通粘胶纤维的取向度为77.6%，改性粘胶纤维的取向度为77.1%，二者取向度无显著差异。改性粘胶纤维与普通粘胶纤维的纺丝工艺一致，一定量的植物提取物和微胶囊的添加对其取向度影响甚微。

2.3 改性粘胶纤维形态结构分析

图2示出普通和改性粘胶纤维的横截面表面形貌扫描电镜照片。可以看出，改性粘胶纤维截面锯齿形比普通粘胶纤维更明显，可能是由于山苍子、小茴香提取物及百里香精油微胶囊的加入对纺丝液凝固产生影响[12]，但没有使纤维横截面性质发生本质改变。由图2(c)、(d)可以看出，改性粘胶纤维纵向表面有明显的沟槽，这是由于植物功能剂的添加影响了粘胶共混液的凝固速度及其均匀性[13]。

图2 普通和改性粘胶纤维截面及表面扫描电镜照片

Fig.2 Section and surface SEM images of ordinary and modified viscose fibers. (a)Section of ordinary viscose fiber(×1 500)； (b)Section of modified viscose fiber(×1 500)；(c)Surface of ordinary viscose fiber(×2 000)；(d)Surface of modified viscose fiber(×2 000)

2.4 改性粘胶纤维力学性能分析

表1示出普通粘胶纤维和改性粘胶纤维在干、湿态下的力学性能测试结果。可以看出，较普通粘胶纤维，改性粘胶纤维干、湿态下的断裂强度降低，断裂伸长率略有增加。这是因为将植物功能剂加入粘胶纺丝液中共混纺丝，使得纤维大分子链堆砌程度降低，分子间的作用力减弱，使断裂强度下降，而断裂伸长率略有增加[14]。

表1 普通和改性粘胶纤维的力学性能

Tab.1 Mechanical properties of ordinary viscose fiberand modified viscose fiber

纤维名称断裂强度/(cN·dtex-1)断裂伸长率/%干态湿态干态湿态普通粘胶纤维2.321.6217.4525.28改性粘胶纤维2.101.4818.3226.76

2.5 改性粘胶纤维抗菌性能分析

表2示出改性粘胶纤维非织造布的抗菌性能测试结果。可以看出，改性粘胶纤维非织造布具有较强的抗菌性和耐水洗性。这是由于改性后粘胶纤维中含有具有抗菌功能的植物功能剂，可有效破坏细菌及真菌的细胞壁，破坏其活性，故该纤维抑制了细菌、真菌的生长。水洗20次后，纤维对大肠杆菌的抑制率降低，对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率略有增加，但不显著。这是因为植物提取物与粘胶纤维纺丝溶液共混纺丝，得到的纤维内外都分布着植物功能剂，随着水洗次数的增加，尽管部分植物提取物有效成分被洗去，但新的提取物有效成分不断出现，特别是纤维中百里香精油微胶囊逐渐破裂，百里香精油缓慢释放出来，使得水洗20次后纤维抗菌性没有显著降低。故可认为水洗20次对纤维的抗菌性影响不大，该纤维耐水洗性能良好。

表2 改性粘胶纤维非织造布抑菌性能测试结果

Tab.2 Test results of antibacterial properties ofmodified viscose fiber nonwoven fabrics%

水洗情况金黄色葡萄球菌大肠杆菌白色念珠菌未洗涤95.5099.1279.35水洗20次96.0091.5380.43

2.6 改性粘胶纤维防螨性能分析

对改性粘胶纤维非织造布的防螨性能进行测试发现，未洗涤和水洗20次后其对螨虫的驱避率分别为76.53%和64.65%，说明该改性粘胶纤维非织造布具有持久的防螨效果，且耐水洗。主要是因为纤维中的小茴香具有茴香酮、茴香醚，螨虫对其具有较强的忌避反应，所以具有较强的防螨功能[15]。

2.7 改性粘胶纤维防霉性能分析

表3示出改性粘胶纤维非织造布的防霉性能测试结果。可以看出，未洗涤以及洗涤20次后改性粘胶纤维非织造布的防霉级别同为0级，改性后粘胶纤维非织造布表面无霉菌生长, 即该纤维防霉及耐水洗性优良。因为添加的山苍子和百里香成分中的柠檬醛、百里酚等对霉菌结构具有破坏作用，且在水洗过程中改性粘胶纤维中山苍子提取物的有效成分不断显现，一部分微胶囊逐步破裂，百里香精油防霉有效成分释放[16]，二者共同使纤维具体防霉作用。

表3 改性粘胶纤维非织造布防霉等级测试结果

Tab.3 Test results of mildew resistance of modifiedviscose fiber nonwoven fabrics

试样未洗涤洗涤20次改性粘胶纤维00对照组 44空白对照组 00

3 结 论

1)制备的植物中药抗菌防螨防霉功能改性粘胶纤维与普通粘胶纤维相比，其晶胞结构没有改变，横截面无显著变化,纵向表面有明显沟槽；改性粘胶纤维的结晶度和取向度分别为41.3%、77.1%，与普通粘胶纤维相差无几，力学性能略有改变。

2)改性粘胶纤维非织造布对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率分别为95.50%、99.12%和79.35%，经20次水洗后其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率分别为96.00%、91.53%和80.43%。

3)未洗涤及洗涤20次后改性粘胶纤维非织造布对螨虫的驱避率均大于60%，符合相关防螨要求；同时，防霉等级均为0级，防霉效果及耐水洗性优良。