植物中药抗菌驱蚊功能棉纤维的制备及性能

宋慎群，田 丽，范甫军，宋向荣，黄惠标

（江苏康溢臣生命科技有限公司，江苏 南通 226300）

目前，随着人们对绿色安全越来越重视，开发一种绿色环保并且具有保健等多功能的纺织品已经成为越来越多研究者的研发方向[1-9]。植物提取物作为一种天然的材料，对人体无刺激，将其作为改性剂对纤维进行改性，应用在填充材料、服装面料上，可保留植物的天然成分和功效[10]，也符合人的健康理念。本研究采用植物混合精油微胶囊和尼姆树果实提取物、绿茶提取物作为功能抗菌驱蚊剂[11-12]，加入棉纤维进行一定的处理，制备抗菌驱蚊功能棉纤维，然后对改性后的棉纤维性能进行测试并进行抗菌效果和驱蚊性能的研究。

1 试验

1.1 材料与仪器

材料：棉纤维，尼姆树果实、绿茶提取物，桉叶油、艾蒿、薄荷精油，β-环糊精，无水乙醇，去离子水。

仪器：FE-1050系列扫描电镜、ZD-85气浴恒温振荡器、YG001B型电子单纤维强力仪、多容量移液枪、KW-1AB电子调温电炉、恒温水浴锅、一定功率的超声波清洗仪等。

1.2 抗菌驱蚊功能棉纤维的制备

1.2.1 混合精油微胶囊的制备

首先，称取一定量的β-环糊精，向其中缓慢加入去离子水。其次，分别称取桉叶油、薄荷、艾蒿精油3种物质，按质量比6∶4∶2进行混合，向混合液中滴加一定量的无水乙醇，放在振荡器中搅拌均匀，备用。

将上述配好的混合精油溶液与β-环糊精分散液在一定的搅拌速度下按照一定的比例混合，混合后将该溶液放在70 ℃的振荡器中振荡2 h左右进行固化，然后将该混合液取出，在4 ℃下固化反应12 h，将混合液抽滤一定时间静置，最后烘干后处理，得到芯材比为1∶1的混合精油微胶囊。

1.2.2 棉纤维练漂处理

将15.0 g/L双氧水（30.00%）、5.0 g/L氢氧化钠、3.0 g/L硅酸钠、2.5 g/L表面活性剂配制成溶液，将棉纤维放入其中进行练漂处理，浴比为1∶30，放在90 ℃的恒温水浴锅中恒温处理1 h，然后将处理后的棉纤维取出来水洗、烘干。

1.2.3 共混处理液制备

称取尼姆树果实提取物、绿茶提取物，按质量比4∶1混合均匀，向上述提取物中逐渐滴入常温蒸馏水，放在电子搅拌机上溶解，并用滤网过滤，配制成20.00%尼姆树果实提取物、绿茶提取物混合的植物提取物水溶液，再用滴管缓慢滴加混合精油微胶囊，在此过程中不断搅拌，搅拌均匀后超声振荡20 min。

在处理液中，精油微胶囊以质量计，加入量为棉纤维的3.00%，混合提取物加入量为8.00%，在电子搅拌器上匀速搅拌，将混合液体经过过滤、脱泡静置。

1.2.4 抗菌驱蚊棉纤维制备

将练漂后的棉纤维放入处理液中，浴比为1∶25；加入交联剂和柔软剂，以质量计，加入量分别为棉纤维质量的2.50%和1.00%。在90 ℃下处理1 h，脱水，在100 ℃下烘干，然后在130 ℃下固化交联剂1～2 min。

1.3 棉纤维相关性能测试

纤维的形态通过FE-1050系列扫描电镜进行观察。

回潮率测试标准参照GB/T 6503—2017《化学纤维回潮率试验方法》。

参照国家标准GB/T 14337—2022《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》，先将待测试样在恒温恒湿环境下调试，然后依次测试待测纤维的力学性能。

根据国家标准GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》测试功能棉纤维的抗菌性能。

根据国家标准GB/T 30126—2013《纺织品 防蚊性能的检测和评价》测试功能棉纤维的驱蚊性能。

2 结果与分析

2.1 纤维形态特征

2.1.1 横截面形态

抗菌驱蚊棉纤维和普通棉纤维的横向截面形态扫描电镜照片如图1所示。

图1 扫描电镜下棉纤维横向截面

由图1可以看出，抗菌驱蚊处理前的棉纤维截面上还存在较大的中腔，而处理后的棉纤维也存在中腔，但与处理前的棉纤维相比存在中腔模糊且不太明显的情况，这可能是抗菌驱蚊处理过程中植物提取物和微胶囊功能剂加入棉纤维中腔造成的。

2.1.2 纵向表面形态

抗菌驱蚊棉纤维和普通棉纤维在扫描电镜下的纵向表面形态如图2所示。

图2 扫描电镜下棉纤维纵向表面形态（2 000倍）

由图2可以看出，普通棉纤维表面较平整光滑，而抗菌驱蚊棉纤维的表面比较粗糙且有较多小的凸起颗粒，这是由于功能棉纤维中混合精油微胶囊和植物提取物的介入影响了棉纤维的表面光洁度，有微胶囊附着在纤维表面，说明纤维表面存在微胶囊。

2.2 纤维力学性能

抗菌驱蚊棉纤维和普通棉纤维的基本力学性能如表1所示。

表1 普通棉纤维和抗菌驱蚊棉纤维的力学性能测试结果

从表1的试验数据可以看出，与普通棉纤维的断裂强度相比，抗菌驱蚊棉纤维的断裂强度有所降低，而其断裂伸长率提高了1.04%，这是由于抗菌驱蚊功能剂的添加，特别是植物提取物的加入以及微胶囊的添加，使驱蚊抗菌功能棉纤维大分子聚集态发生了一定的变化，无定型区有所增加，导致功能棉纤维大分子间的作用力有所降低，从而使功能棉纤维的断裂强度降低，棉纤维的断裂伸长率有所提高。

2.3 纤维吸湿性能

抗菌驱蚊棉纤维和普通棉纤维的回潮率如表2所示。

表2 抗菌驱蚊处理前后棉纤维的回潮率

由表2可知，因为功能剂的添加，尤其是植物提取物的添加，引入了部分亲水基团，也改变了大分子的聚集态结构，所以抗菌驱蚊棉纤维的回潮率提高了1.51%。

2.4 纤维抗菌性

抗菌驱蚊棉纤维抗菌性能测试结果如表3所示。由表3可以看出，抗菌驱蚊棉纤维水洗0次和水洗20次对金黄色葡萄球菌的抑制率分别为98.60%和95.42%，对大肠埃希菌的抑制率分别为97.22%和93.51%，对白色念珠菌的抑制率达到了95.34%和90.46%，显示了良好的抑菌活性和耐水洗性。这是由于抗菌驱蚊棉纤维中或表面含有尼姆树果实、绿茶提取物和混合精油。该功能纤维具有较强的抗菌功能，表现出对细菌的较强抑制作用，且由于绿茶中鞣酸以及交联剂的共同作用，抗菌驱蚊棉纤维的耐水洗性良好。

表3 抗菌驱蚊棉纤维的抗菌性能测试结果

2.5 纤维驱蚊性

测试结果表明，抗菌驱蚊棉纤维水洗0次对蚊子的驱避率为78.80%，具有极强的驱避效果；水洗20次后，驱避率为47.80%，仍具有驱避效果。这是因为混合精油和尼姆树果实提取物都有良好的驱蚊功效，所以抗菌驱蚊棉纤维水洗前具有极强的驱蚊效果；水洗20次后，虽然混合精油和尼姆树果实提取物有较大的“损耗”，但是对蚊子仍然具有驱避效果。

3 结论

（1）由植物混合精油微胶囊和尼姆树果实、绿茶提取物制得一定浓度的混合液，再放入经过预处理的棉纤维进行特殊处理，可制得抗菌驱蚊棉纤维。

（2）对抗菌驱蚊棉纤维的横向截面和纵向表面进行观察可知：与普通棉纤维相比，抗菌驱蚊棉纤维的横向截面中腔模糊且不明显；纵向表面较粗糙且有较多小的凸起颗粒，即有微胶囊附着在纤维表面。

（3）与普通棉纤维相比，抗菌驱蚊棉纤维断裂强度降低了0.33 cN/dtex，断裂伸长率提高了1.04%，回潮率提高了1.51%。

（4）对比分析抗菌驱蚊棉纤维水洗0次和水洗20次的抗菌效果可知，对3种菌的抑制率分别可以达到98.60%、97.22%、95.34%和95.42%、93.51%、90.46%，超过了国家标准的相关规定，显示出良好的抑菌活性和耐水洗性。水洗0次对蚊子的驱避率为78.80%，具有极强的驱避效果；水洗20次后，驱避率为47.80%，仍具有驱避效果。