抗菌负氧离子真丝交织物墙布窗帘织物的性能

刘亚楠 贺荣 张惠芳 王宇轩 祝成炎 张红霞

摘要： 为了改善纺织品功能性，将单一化功能纺织产品朝多功能、复合化发展，以银离子抗菌剂改性涤纶和具有永久负离子发射功能的蜂窝状微孔结构改性涤纶为原料，抗菌、负氧离子复合功能面料与真丝墙布窗帘织物配套开发。通过正交试验法设计不同规格的A、B系列两组织物试样，测试织物的抗菌性能与负氧离子功能，以线性回归分析为手段探究功能性纤维原料和组织系数对织物负氧离子、抗菌功能性的影响，为后续开发出多功能复合化的高档墙布窗帘面料提供依据。试验结果表明：织物负氧离子发生量在一定范围内随着纬纱中蜂窝负氧离子纤维含量、组织系数的增加而增加，织物表面粗糙度与纤维含量产生协同作用;织物的大肠杆菌抑菌率与纬纱中抗菌涤纶长丝含量呈正相关，织物对金黄色葡萄球菌的抑菌效果优于对大肠杆菌的抑菌效果。

关键词： 复合功能面料;真丝交织物;抗菌性能;负氧离子;墙布窗帘织物

中图分类号： TS106.7

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2023）07-0026

作者简介：

刘亚楠（1996），女，硕士研究生，研究方向为纺织品设计。通信作者：张红霞，教授级高工，hongxiazhang8@126.com。

墙布窗帘作为建筑中的软装饰与人们的生活有很大关联，其美观性和环保性、健康性尤为重要。中国的墙布产业发展较晚，且以装饰效果为主［1］，行业整体的创新意识比较薄弱，但已有越来越多的墙布企业将墙布产品的功能逐渐由遮盖、装饰等向功能复合化、生态环保相互融合的方向发展［2-3］。

具有抗菌功能的墙布窗帘是近年来备受人们欢迎的产品之一。抗菌纺织品具有抑制细菌和真菌繁殖的功能，市场上关于抗菌纺织品的研发、生产和检测都相对成熟［4］。纺织品原料的抗菌改性是抗菌产品的研究热点，具有良好抗菌活性的无机纳米材料代替可能有毒性的化学抗菌剂成为纺织品抗菌改性的首选材料［5］。在目前纺织品中应用较多的无机抗菌剂是银系抗菌剂，银系抗菌剂的耐高温性能比有机抗菌剂好、抑菌强度高，比较适合涤纶抗菌面料的开发［6-7］。除抗菌功能以外，具有保健功能的负氧离子纺织品也广泛应用于室内装饰物。负氧离子是指获得1个或1个以上的电子而带负电荷的氧气离子，其通过人的神经系统及血液循环能对人的机体生理活动产生影响，有利于人的身心健康，被誉为“空气维生素”，是评价空气清洁度的重要指标之一，在环保和保健领域有较重要的作用。负氧离子功能纺织品通过接触摩擦释放大量负氧离子净化空气，同时可以净化血液、增强抵抗力，已被越来越多的人所接受，市场开发前景十分广阔［8-9］。

本文旨在开发出抗菌负氧离子复合功能真丝墙布窗帘织物，通过正交试验法设计不同交织比、不同织物组织的织物试样，测试织物试样的抗菌性能与负氧离子功能，探讨纤维含量、组织系数对织物负离子发射功能的影响和纤维含量对织物抗菌性能的影响。

1 试 验

1.1 原 料

本文选用的负氧离子功能纤维是由具有内外贯穿的蜂窝状微孔结构的改性涤纶短纤共混纺丝制成［10］;所选用的抗菌涤纶长丝是由银系抗菌剂与聚酯切片经熔融纺丝制成。

纬纱采用的蜂窝负离子改性涤纶纤维线密度为1.56 dtex，长度为38 mm，纱线线密度为14.76 tex（浙江上虞弘強彩色涤纶有限公司），抗菌改性涤纶纱线规格为8.33 tex/72 f（浙江康洁丝新材料科技有限公司），经纱采用2.22 tex/2.44 tex/2桑蚕丝（海宁中纺面料科技有限公司）。

1.2 织物规格设计

以2.22 tex/2.44 tex/2桑蚕丝为经纱，线密度为14.76 tex的蜂窝负离子改性涤纶纤维和线密度为8.33 tex/2抗菌改性涤纶为纬纱，以相同的织造工艺试制A、B两组试验样品。A系列包括9组样品，以平纹为组织，通过设置不同的投纬比例以控制织物纬纱中两种功能性纱线的纤维含量;B系列样品包括6组样品，投纬比例为1︰1，样品之间织物组织不同，组织系数计算［11］如下式所示：

本文以正交试验法制作A、B系列织物试样，探究纬纱中纤维含量和组织系数对织物负氧离子性能的影响和纤维含量对织物抗菌性能的影响（组织系数对抗菌性能的影响暂不做探究）。A系列具体规格参数如表1所示;B系列具体规格参数如表2所示。

1.3 测试方法

1.3.1 纤维形态的电镜观察

参照GB/T 36422—2018《化学纤维微观形貌及直径的测定扫描电镜法》，对于蜂窝负氧离子纤维，将混合均匀后的纤维用镊子夹取50 mg整理成束状，使用哈式切片器将纤维束切成0.5～3.0 mm的小段。对于抗菌改性涤纶长丝，选取至少20段5 cm长的长丝或纱线段整理成束，用哈式切片器对纤维束切成0.5～3.0 mm的小段。用镊子将纤维或长丝段试样尽量拉直平放在试样台的双面胶上，范围不超过1.0 cm×1.0 cm，并避免纤维或长丝交叉重叠。将黏有两种纤维样品的样品座镀金后通过GeminiSEM 500电子显微镜（蔡司英国）扫描观察两种功能性纤维的纵向和截面形态。

1.3.2 负氧离子发生量测试

参照GB/T 30128—2013《纺织品负离子发生量的检测和评价》，由DLY-6A232纺织品负离子测试仪（浙江省轻工业品质量检验研究院）对A、B系列织物进行负氧离子发生量测试［12］。每种样品取3组试样，每组试样包括直径≥100 mm和直径≥200 mm的两块圆形织物，对样品按照GB/T 6529《纺织品调湿和试验用标准大气》调湿并在标准大气中进行试验，在内部尺寸为（300±2） mm×（560±2） mm×（210±2） mm、采用有机玻璃制成并带有换气系统的测试仓中将直径≥100 mm的圆形织物夹紧并固定在上摩擦盘（静摩擦盘）上，将直径≥200 mm的圆形织物夹紧并固定在下摩擦盘（动摩擦盘）上，在未摩擦前关闭测试仓测试空气的负离子浓度1 min，数据稳定后对测试仪数据清零并启动仪器摩擦装置，动摩擦盘转速为92 r/min，摩擦开启后读取30～210 s内5个峰值数据并取平均值，测试完毕后将测试仓打开启动换气装置至少5 min后测试下个试样，直至试样测完。

1.3.3 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A系列样品抗菌性能。使用第2代大肠杆菌和金黄色葡萄球菌制作接种菌液，调整活菌数目。将抗菌织物样品及对照样分别剪成约5 mm×5 mm大小的碎片，称取0.75 g±0.05 g作为一份试样（由于B系列织物皆具有长浮线，根据试样要求剪裁会导致B系列织物丧失原形全部脱散成纱线，故不探究组织对B系列织物的抗菌性能影响）。对样品和工具灭菌处理后，将试样与对照样分别装入一定浓度的试验菌液的锥形瓶中，在24 ℃±1 ℃，以150 r/min振荡18 h后将菌液稀释涂板培养18 h，使用全自动菌落计数仪读取合适浓度的培养基中菌落数，然后计算抑菌率，如下式所示：

Y/%=Wt-QtWt×100（2）

式中：Y为试样的抑菌率;Wt为对照样振荡接触18 h后烧瓶内的活菌浓度;Qt为抗菌织物样品振荡接触18 h后烧瓶内的活菌浓度。

2 结果与分析

2.1 纤维的形态结构

蜂窝負氧离子改性涤纶纤维和抗菌改性涤纶纤维的形态结构如图1所示。

由图1（a）可以看出，蜂窝负离子改性涤纶纤维的横截面为圆形;图1（b）中，纤维纵向表面附着细小颗粒，同时有线形微孔沟槽，沟槽方向与纤维长度方向一致，蜂窝纤维表面的微孔增加了纤维的粗糙度，有利于纤维摩擦时释放更多负氧离子，同时多孔、粗糙的表面可以改善灯光反射对人视觉造成的污染，有柔和灯光的作用。由图1（c）可以看出，抗菌改性涤纶纤维的横截面呈六边形，可使纤维具有柔和的光泽并增加纤维之间的抱合力而改善纤维易起球的不足，适宜用作墙布面料的原料;图1（d）中，纤维纵向表面有细小凸起。

2.2 负氧离子发生量测试结果与分析

A系列9块织物和B系列6块织物释放负氧离子量的测试结果均值分别如图2和图3所示。

参照GB/T 30128—2013对A、B系列样品进行评价，评价依据为当负氧离子发生量＞1 000个/cm-3时，负氧离子发生量较高;当负氧离子发生量介于550～1 000个/cm-3时，负氧离子发生量中等;当负氧离子发生量＜550个/cm-3时，负氧离子发生量偏低。因此，A系列织物中编号为A2、A3、A4的织物负氧离子发生量较高，编号为A1、A5、A6、A7、A8的织物负离子发生量中等，负离子发生量偏低的织物有A9;B系列织物编号为B2、B3、B4、B5、B6的织物负氧离子发生量较高，B1织物的负离子发生量中等。

A系列织物中，负氧离子发生量基本随着织物纬纱中蜂窝负氧离子涤纶纤维含量的增加而增加，而A2织物（纬纱中蜂窝负氧离子涤纶纤维含量为77.98%）的负氧离子发生量为1 720个/cm3;A1织物（纬纱中蜂窝负氧离子涤纶纤维含量为100%）负氧离子发生量为992个/cm3，A1织物的负氧离子发生量小于A2织物，与图2中蜂窝负氧离子涤纶纤维含量对织物负氧离子发生量的整体影响趋势不同。这是由于本文所采用的蜂窝负离子纤维是将天然矿石超微化制成纳米级超微粉体后通过共混纺丝法制成，因为一些天然矿石晶体结构不对称导致两个高电荷的原子在结晶格架上排列明显错位，使其在机械力的作用和晶体的温度与压力变化的条件下产生热电效应和压电效应，机械力越大，极化电荷产生越多，织物表面的粗糙度越大则在测试过程中就会增加上下摩擦盘织物的摩擦力，即机械力增加，使负氧离子的发生量增加［13］。蜂窝负氧离子涤纶纱线线密度为14.76 tex，抗菌涤纶纱线线密度为8.33 tex×2，两种纬纱的线密度不相等，即纬纱粗细不同，当两种粗细不同的纬纱交织会增加织物的表面粗糙度，而只有一种纬纱交织所制成的织物表面平整、粗糙度低，A2织物表面粗糙度大于A1织物。在试验过程中，蜂窝负氧离子涤纶纤维的含量对负氧离子发射量的影响与织物表面的粗糙度对负氧离子发射量的影响产生协同作用，因此A2织物负氧离子发生量远大于A1织物负氧离子发生量。

由图3可知，B系列织物负氧离子发生量随着组织系数的增大而增加，平纹组织的负氧离子发生量最少，八枚缎纹的负氧离子发生量最多。B系列织物的甲乙纬交织比皆为1︰1，但6组织物的组织不同（组织系数不同），组织系数越大则浮长线越长，从而导致B系列织物之间的松紧程度不同、露地面积不同。织物结构越松弛，在试验过程中上下摩擦盘两织物试样接触的比表面积越大，织物中的蜂窝负离子涤纶纤维受到更充分的摩擦，释放更多的负氧离子［14］。此外随着织物系数变大，织物厚度随之增长，厚度增加可以长时间有效保持织物摩擦产生的热量，负氧离子的热电效应离子粉末增加，有利于释放负氧离子［15］。

2.3 抗菌性能测试结果与分析

本文采用振荡法测试A系列织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌繁殖的抑制情况，含9块织物试样的大肠杆菌菌液锥形瓶恒温振荡培养18 h稀释4次后细菌的繁殖情况和金黄色葡萄球菌菌液锥形瓶恒温振荡培养18 h稀释2次后细菌的繁殖情况，如图4所示;织物纬纱中抗菌涤纶纤维含量与抑菌率关系如图5所示。

参照GB/T 20944.3—2008中的评价方法，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率≥70%可评定为样品具有抗菌效果。抗菌试验结果表明，A系列样品抑菌率皆大于70%，因此A系列9组织物可评定为全部具有抗菌效果。

由图5可知，A系列中对大肠杆菌抗菌效果最差的是织物A1（织物纬纱中不含抗菌涤纶纤维），对大肠杆菌抑菌效果最好的是织物A9（织物纬纱中抗菌涤纶纤维含量为100%），A系列织物对大肠杆菌的抗菌效果随着抗菌涤纶纤维含量的增加有明显的上升趋势，纬纱中抗菌涤纶纤维含量对大肠杆菌的抑菌效果很显著。A系列所有织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率皆达99%以上，织物对金黄色葡萄球菌的抑菌效果随织物纬纱中抗菌涤纶纤维含量增加之间的关系不显著。因为A系列织物的经纱为桑蚕丝，蚕丝蛋白为大量的氨基酸所组成，分子中存在大量的—NH2及酰胺键，能够抑制细菌的生长［16-17］。同时，桑蚕丝含有铜元素，当微生物转移或着陆在铜元素表面时，释放出的离子会阻止细胞呼吸，破坏病毒外壳，具有一定的抗菌功能［18］。在织物A1不添加抗菌涤纶纤维的情况下，织物也能对金黄色葡萄球菌体现出优异的抗菌性能。对大肠杆菌发挥抗菌作用的主要是织物纬纱中的抗菌涤纶纤维，对金黄色葡萄球菌发挥抗菌作用的主要是织物经纱中的桑蚕丝。

2.4 线性回归分析

线性回归分析是根据一个或一组自变量的变动情况预测与其相关关系的某随机变量未来的一种方法，可以用来研究自变量X对因变量Y的影响关系，使用建立的线性回归模型去利用已经知道的自变量来预测未知的因变量。本文所开发的抗菌负离子真丝交织墙布面料的负氧离子释放功能和抗菌

性能与织物中功能性纬纱含量、组织系数有密切的联系。根据试验数据建立A、B系列织物负氧离子发生量与纬纱中蜂窝负氧离子纤维含量之间的关系和A系列织物大肠杆菌抑菌率、金黄色葡萄球菌抑菌率与纬纱中抗菌涤纶长丝含量之间的关系。在建立线性回归方程时，设织物的结构参数为自变量X，织物的功能性试验数值为因变量Y，织物功能性对织物结构参数间关系的拟合曲线如图6所示。

由图4中各拟合系数R2可知，B系列织物负氧离子发生量和A系列织物大肠杆菌抑菌率拟合程度好，R2皆大于0.9;由线性回归方程可知，B系列织物的负氧离子发生量与组织系数呈正相关，A系列织物的抗菌效果与纬纱中抗菌涤纶长丝含量呈正相关。而A系列织物负氧离子发生量和A系列织物金黄色葡萄球菌抑菌率的拟合系数R2大幅偏离1.0，说明与A系列织物负氧离子发生量与纬纱中蜂窝负离子纤维含量之间不呈线性关系;A系列织物金黄色葡萄球菌抑菌率与纬纱中抗菌涤纶长丝含量之间亦不呈线性关系。

3 结 论

本文以桑蚕丝为经纱，蜂窝负氧离子涤纶纱线和抗菌涤纶

纱线为纬纱，经过规格设计试制不同投纬比的A系列9组织物样品和不同组织结构的B系列6组织物样品，以此探究功能性纤维含量和组织系数对织物功能性的影响。主要结论如下：

1） 一般随着蜂窝负氧离子纤维含量的增加，负氧离子释放量增多，但由于纤维含量与织物表面粗糙度产生协同影响作用，致蜂窝负氧离子含量为100%的织物A1负氧离子发生量远小于蜂窝负氧离子纤维含量为77.98%的织物A2，因此在后续墙布窗帘织物的研发中可增加织物表面的粗糙度来提高负氧离子发生量。B系列织物负氧离子发生量与织物的组织系数呈現出明显的正相关性，故增大组织系数有利于负氧离子的释放。

2） 抗菌纤维含量对大肠杆菌的抑菌率体现出明显的正线性相关性，对金黄色葡萄球菌几乎无抑菌效果;A系列织物皆具有抗菌效果，对金黄色葡萄球菌的抑菌效果普遍优于对

大肠杆菌的抑菌效果。

参考文献：

［1］李露露， 谢光银， 周朝钢. 竹炭再生纤维多功能墙布的设计与开发［J］. 产业用纺织品， 2019， 37（5）： 12-16.

LI Lulu， XIE Guangyin， ZHOU Chaogang. Design and development of multifunctional wall coverings with bamboo charcoal regenerated fiber［J］. Technical Textiles， 2019， 37（5）： 12-16.

［2］RIVERO P J， URRUTIA A， GOICOECHEA J， et al. Nanomaterials for functional textiles and fibers［J］. Nanoscale Research Letters， 2015， 10（1）： 1-22.

［3］陈佳. 功能性家用纺织品的创新开发与发展趋势［J］. 纺织导报， 2020（8）： 28-35.

CHEN Jia. Innovative development and future trend of functional home textiles［J］. China Textile Leader， 2020（8）： 28-35.

［4］包钰婷. 抗菌纺织品的发展现状［J］. 纺织报告， 2020， 39（8）： 12-13.

BAO Yuting. Development status of antibacterial textiles［J］. Textile Reports， 2020， 39（8）： 12-13.

［5］杨宏珊. 无机纳米材料在纺织品抗菌性能中的应用［J］. 中国纤检， 2021（1）： 127-128.

YANG Hongshan. The application of inorganic nanomaterials on antibacterial properties of textiles［J］. China Fiber Inspection， 2021（1）： 127-128.

［6］吴双全， 张鑫. 抗菌抗病毒纺织品研发现状及其汽车内饰面料开发思路［J］. 产业用纺织品， 2020， 38（7）： 1-5.

WU Shuangquan， ZHANG Xin. Research and development status of antibacterial and antiviral textiles and the ideas of developing automotive interior fabrics［J］. Technical Textiles， 2020， 38（7）： 1-5.

［7］El-BENDARY M A， AFIFI S S， MOHARAM M E， et al. Biosynthesis of silver nanoparticles using isolated bacillus subtilis： Characterization， antimicrobial activity， cytotoxicity， and their performance as antimicrobial agent for textile materials［J］. Preparative Biochemistry & Biotechnology， 2021， 51（1）： 54-68.

［8］高志強， 尹秀玲， 丁艳梅. 负离子涤纶/竹原纤维混纺功能性面料的开发［J］. 毛纺科技， 2016， 44（11）： 15-17.

GAO Zhiqiang， YIN Xiuling， DING Yanmei. Development of functional fabric with anion polyester/bamboo blended yarn［J］. Wool Textile Journal， 2016， 44（11）： 15-17.

［9］张凯军， 李青山， 洪伟， 等. 负离子功能纤维及其纺织品的研究进展［J］. 材料导报， 2017， 31（增1）： 360-362.

ZHANG Kaijun， LI Qingshan， HONG Wei， et al. Research progress in anion functional fiber and textile［J］. Materials Reports， 2017， 31（S1）： 360-362.

［10］郑雪莹， 张红霞， 黄锦波， 等. 负氧离子和阻燃复合功能窗帘交织物的性能研究［J］. 丝绸， 2018， 55（1）： 56-61.

ZHENG Xueying， ZHANG Hongxia， HUANG Jinbo， et al. Study on the properties of curtain intertexture with negative oxygen ions and flame-retardant complex function［J］. Journal of Silk， 2018， 55（1）： 56-61.

［11］吴汉金， 郑佩芳. 关于织物组织松紧程度的探讨［J］. 中国纺织大学学报， 1987， 13（1）： 58-62.

WU Hanjin， ZHENG Peifang. Investigation on the design of tightness of weave［J］. Journal of China Textile University， 1987， 13（1）： 58-62.

［12］周惊鸿， 张红霞， 祝成炎， 等. 大豆蛋白纤维交织物的保健性能研究［J］. 丝绸， 2022， 59（3）： 33-39.

ZHOU Jinghong， ZHANG Hongxia， ZHU Chengyan， et al. Research on the health care property of soybean fiber intertexture［J］. Journal of Silk， 2022， 59（3）： 33-39.

［13］李新娥， 谢跃亭. 负离子功能粘胶纤维的开发及应用前景［J］. 棉纺织技术， 2003（12）： 759-760.

LI Xin’e， XIE Yueting. Development and application prospect of anion functional viscose fiber［J］. Cotton Textile Technology， 2003（12）： 759-760.

［14］崔元凯， 李义有. 影响织物负离子产生因素的研究［J］. 上海纺织科技， 2005（7）： 11-12.

CUI Yuankai， LI Yiyou. Factors influencing the creation of anion of anionic fabric［J］. Shanghai Textile Science & Technology， 2005（7）： 11-12.

［15］ZHANG H X， WU X X， TAO R， et al. Study on release of anion concentration about negative oxygen ions fabric［J］. Advanced Materials Research， 2012， 535-537（1896）： 1393-1396.

［16］伊智峰. 天然橡胶/桑蚕丝丝素蛋白抗菌复合材料的制备、结构与性能［D］. 海口： 海南大学， 2010.

YIN Zhifeng. Antibacterial Composite of Natural Rubber/Bombyx Mori Silk Fibroin： Preparation and Properties［D］. Haikou： Hainan University， 2010.

［17］朱良均， 闵思佳， 杨明英， 等. 丝绸抗菌性的研究［J］. 纺织学报， 2002， 23（2）： 136-138.

ZHU Liangyun， MIN Sijia， YANG Mingying， et al. Study on antibacterial property of silk［J］. Journal of Textile Research， 2002， 23（2）： 136-138.

［18］PARLIN A F， STRATTON S M， CULLEY T M， et al. A laboratory-based study examining the properties of silk fabric to evaluate its potential as a protective barrier for personal protective equipment and as a functional material for face coverings during the COVID-19 pandemic［J］. Plos One， 2020， 15（9）： e0239531.