關(guān)立平 和圓圓 董哲英

棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的性能探討

關(guān)立平 和圓圓 董哲英

通過(guò)對(duì)棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維性能的測(cè)試與分析，探討了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的外觀形態(tài)、回潮率、拉伸性能、抗菌性能等性能特點(diǎn)。結(jié)果表明，復(fù)合纖維具有優(yōu)良的吸濕和抗菌性能，拉伸性能在干、濕態(tài)下的性能沒(méi)有顯著差異，能夠滿足基本的紡織品加工的需要。

棉短纖；羧甲基殼聚糖；復(fù)合纖維；性能；抗菌

棉纖維具有良好的抱合性，其廢舊產(chǎn)品在二次加工過(guò)程中極難通過(guò)梳理而達(dá)到完全分散，使得最終產(chǎn)品較新棉加工的產(chǎn)品質(zhì)量有顯著的差距。由于加工成本過(guò)高，致使生產(chǎn)者所獲利益偏低，而消費(fèi)者又無(wú)法獲得更大的實(shí)惠。而棉短絨由于纖維短，難以通過(guò)普通的紡紗工藝獲得條干良好且適于紡織后道生產(chǎn)加工的需求[1]。殼聚糖來(lái)源于甲殼類生物體，具有良好的抗菌性和生物相容性，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與纖維素纖維非常相似，通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚳梢允蛊渑c棉纖維進(jìn)行牢固地粘合。由于羧甲基殼聚糖具有良好的水溶性和其它與殼聚糖相近的性能，使其應(yīng)用范圍更廣。用羧甲基殼聚糖將棉短纖粘結(jié)成結(jié)構(gòu)均勻的類似于亞麻工藝?yán)w維的復(fù)合纖維，使之能夠滿足紡織生產(chǎn)加工工藝的要求，不僅可以擴(kuò)大棉纖維原料的使用范圍，還可以提高廢舊棉纖維的使用價(jià)值，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

羧甲基殼聚糖是一種水溶性殼聚糖衍生物，它是一種兩性聚電解質(zhì)，具備了殼聚糖原有的特性。根據(jù)羧甲基在殼聚糖大分子上取代部位的不同，可以分為O-羧甲基殼聚糖、N-羧甲基殼聚糖和O，N-羧甲基殼聚糖3種[2]。將棉短切纖維均勻分散于O-羧甲基殼聚糖水溶液的混合液為紡絲原液，以檸檬酸水溶液為凝固浴，通過(guò)濕法紡絲工藝可以制得一定線密度的棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維。本文通過(guò)對(duì)棉短纖/羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維性能的測(cè)試與分析，探討了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、吸濕性能、拉伸性能、抗菌性能等與加工和應(yīng)用有關(guān)的性能特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

自制棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維，試樣如表1所示，試樣棉短纖主體長(zhǎng)度均為8mm。

表1 試樣表

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

Motic纖維細(xì)度綜合分析儀、DXS210A掃描電子顯微鏡、電子天平、YG747型快速八籃烘箱、YG021DX型電子單紗強(qiáng)力機(jī)。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

1）形態(tài)結(jié)構(gòu)觀測(cè):復(fù)合纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)試采用顯微鏡觀察法和掃描電鏡（SEM）觀察法進(jìn)行，分別觀察纖維的表面形態(tài)及截面形態(tài)。

2）吸濕性能：纖維的吸濕性能用回潮率來(lái)表征，回潮率采用烘干稱重法[3]進(jìn)行測(cè)試。

3）拉伸性能測(cè)試[4]：復(fù)合纖維的拉伸性能測(cè)試在電子單纖維強(qiáng)力儀上進(jìn)行，測(cè)試條件為溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度65%±3%。在相同條件下測(cè)試復(fù)合纖維分別在干態(tài)和濕態(tài)時(shí)的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、初始模量及斷裂比功。采用GB/T1437（棉）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行纖維性能的測(cè)定。

4）抗菌性能測(cè)試[5]：復(fù)合纖維的抗菌性能測(cè)試菌種采用最常見(jiàn)的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。定性測(cè)試按照AATCC-30標(biāo)準(zhǔn)，用暈圈法進(jìn)行測(cè)試。定量測(cè)試參照衛(wèi)生部消毒技術(shù)規(guī)范1999年第三版、GB15979、美國(guó)AATCC100的抗菌標(biāo)準(zhǔn)，菌種按照AATCC-100標(biāo)準(zhǔn)，采用改良過(guò)的燒瓶振蕩法進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)果與分析

3.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

圖1是棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維在光學(xué)顯微鏡下拍攝的截面（a）與縱向外觀（b）圖。圖像顯示，棉短纖在復(fù)合纖維中，其截面形態(tài)基本維持腰圓形的特點(diǎn)，而從其縱向圖像來(lái)看，棉短纖基本上沿復(fù)合纖維的軸向排列。這說(shuō)明，O-羧甲基殼聚糖復(fù)/棉短纖混合液在經(jīng)過(guò)紡絲工藝后，棉短纖的取向已從分散液中的各相同性狀態(tài)發(fā)生了變化，棉短纖在長(zhǎng)度方向更趨向于沿復(fù)合纖維的軸向排列，有利于提高復(fù)合纖維的力學(xué)性能，還能夠保持棉纖維吸濕保暖的特性。

圖2是棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的掃描電鏡照片，圖2（b）可以清楚的看到，棉短纖在復(fù)合纖維中的排列方式略顯混亂，但總體上棉短纖在長(zhǎng)度方向上還是更趨向于沿復(fù)合纖維的軸向排列，這與其在光學(xué)顯微鏡圖片中顯示結(jié)果相近。而從復(fù)合纖維的截面照片來(lái)看，棉纖維的截面形態(tài)沒(méi)明顯變化，仍舊呈現(xiàn)出腰圓形態(tài)，但復(fù)合纖維中含有很多孔洞，這主要是因?yàn)樵诩徑z過(guò)程中，紡絲射流與凝固浴間有一定的距離，在其進(jìn)入凝固浴時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的氣泡，導(dǎo)致復(fù)合纖維中存在一定的氣孔，這也是圖1（b）中復(fù)合纖維在凝固浴中存在著一定氣泡的原因。復(fù)合纖維中存在著氣孔會(huì)對(duì)纖維的力學(xué)性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，但對(duì)纖維的吸濕保濕性的提高卻有很好的促進(jìn)作用。從圖1（b）和圖2（b）中還可以看出，復(fù)合纖維的表面由于有部分棉短纖伸出，加上O-羧甲基殼聚糖在其上的聚合，使得表面不光滑，這將會(huì)影響復(fù)合纖維的應(yīng)用。因此，我們目前正在積極探索，考慮通過(guò)物理牽伸、機(jī)械整理和化學(xué)處理的手段改善纖維的表面光滑度。

圖1 復(fù)合纖維光學(xué)顯微鏡圖

圖2 復(fù)合纖維的SEM照片

圖3 復(fù)合纖維回潮率與棉短纖含量的關(guān)系圖

3.2 吸濕性能

不同棉短纖含量的棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的回潮率如圖3所示。

棉纖維與O-羧甲基殼聚糖大分子都具有大量的親水基團(tuán)，均具有較好的吸濕性能，經(jīng)測(cè)試可知，棉短纖的回潮率為7.73，O-羧甲基殼聚糖的回潮率為10.56。復(fù)合纖維的回潮率并不隨著O-羧甲基殼聚糖含量的增大而增加，反而隨著棉短纖含量的增大而顯著上升。這主要與復(fù)合纖維中存在著大量的孔洞有關(guān)。從圖2（a）中可以看出，復(fù)合纖維中的孔洞主要產(chǎn)生于棉纖維之間，這主要是因?yàn)閺?fù)合紡絲液在聚合凝聚過(guò)程中，O-羧甲基殼聚糖的聚合主要是圍繞著棉纖維而發(fā)生的，在聚合時(shí)產(chǎn)生了多個(gè)聚合體，而由于聚合，O-羧甲基殼聚糖的體積發(fā)生了一定收縮，從而造成了不同聚合體之間出現(xiàn)空隙，而這些間隙則有利于水份的貯存，從而加大了復(fù)合纖維的回潮率。當(dāng)棉短纖含量增大時(shí)，O-羧甲基殼聚糖聚合時(shí)的聚合體數(shù)量增大，從而使孔洞數(shù)量增多，增加纖維的吸濕性。同時(shí)，雖然棉短纖的主體取向是沿著復(fù)合纖維軸向的，但也存在著大量與纖維軸向不平行的纖維分布，這造成了復(fù)合纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)上與水分子的接觸面，從而提高了復(fù)合纖維對(duì)水分子的吸附及轉(zhuǎn)移、貯存，從而增大了其回潮率。

圖4 復(fù)合纖維的全拉伸曲線

3.3 拉伸性能

復(fù)合纖維的全拉伸曲線如圖4所示。從圖中可以看出，復(fù)合纖維的拉伸曲線與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸曲線比較接近。在拉伸初期，復(fù)合纖維中聚O-羧甲基殼聚糖發(fā)生彈性變形，大分子被逐漸拉直，拉伸強(qiáng)力與伸長(zhǎng)率成線性關(guān)系，隨后，棉短纖開(kāi)始伸直，聚O-羧甲基殼聚糖結(jié)晶逐漸被破壞，纖維內(nèi)部產(chǎn)生塑性變形，拉伸出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)。當(dāng)聚O-羧甲基殼聚糖結(jié)晶結(jié)構(gòu)被完全破壞，則復(fù)合纖維主體結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，然后拉伸造成的變形以棉短纖的伸直、斷裂和滑移為主，拉伸力迅速下降，而斷裂伸長(zhǎng)率則為斷增大。

復(fù)合纖維的拉伸性能如表2所示。初始模量的大小表示纖維受較小拉伸力時(shí)的抵抗變形能力。斷裂比功的大小說(shuō)明纖維的韌性，當(dāng)斷裂比功大，纖維在拉伸時(shí)能吸收較大的能量，要破壞它需作較大的功，也反映纖維的韌性較好，而且耐磨，其制品一般比較堅(jiān)韌。從表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)合纖維由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)有效的牽伸，加上纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著眾多的孔洞，使其拉伸性能相對(duì)較差，斷裂強(qiáng)度偏低，斷裂比功也較小，還需要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的處理才能用于紡織生產(chǎn)加工。但數(shù)據(jù)也表明，復(fù)合纖維在干態(tài)和濕態(tài)時(shí)的拉伸性能比較接近。數(shù)據(jù)還表明，復(fù)合纖維的拉伸性能受各成分含量的影響較小。

3.4 抗菌性能

棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌性能（暈圈法）如圖5所示。圖示說(shuō)明，復(fù)合纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果非常顯著，暈圈明顯且面積較大。由于O-羧甲基殼聚糖自身具有良好的抗菌性，聚合后仍能保持良好的抗菌效果。

表2 復(fù)合纖維的拉伸性能（平均值）

復(fù)合纖維的抑菌率如表3所示。從表中可以看出，復(fù)合纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的抑菌率，而且，抑菌率對(duì)復(fù)合纖維中O-羧甲基殼聚糖含量的變化沒(méi)有明顯影響，說(shuō)明復(fù)合纖維中的O-羧甲基殼聚糖含量超過(guò)20%后就可以使其對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達(dá)到良好的效果，進(jìn)一步提高其含量對(duì)復(fù)合纖維抗菌性沒(méi)有實(shí)際意義。

圖5 復(fù)合纖維的抗菌性能圖

表3 復(fù)合纖維的抑菌率

4 結(jié)論

本研究測(cè)試了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復(fù)合纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、吸濕性能、拉伸性能和抗菌性能，在對(duì)測(cè)試結(jié)果分析的基礎(chǔ)上探討了相應(yīng)的原因，得出了如下結(jié)論：

1）復(fù)合纖維中棉短纖基本按軸向排列，其截面形態(tài)仍維持腰圓形，但復(fù)合纖維中含有大量的孔洞，纖維表面不平滑；

2）復(fù)合纖維的吸濕性能要遠(yuǎn)高于棉纖維和O-羧甲基殼聚糖；

3）復(fù)合纖維在干、濕態(tài)狀況下的拉伸性能沒(méi)有顯著差異，其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率略差，但能滿足基本紡織品生產(chǎn)加工的需求；

4）復(fù)合纖維對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的抗菌性。

[1]莊小蘭.紡織廠廢棉及回絲回收利用的措施[J].棉紡織技術(shù)，2010，38（2）：64.

[2]吳勇，黎碧娜.羧甲基殼聚糖的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].香精化妝品，2001，4（2）：17-18.

[3]朱進(jìn)忠.紡織材料學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京：中國(guó)紡織出版社，1997.

[4]李汝勤.纖維和紡織品的測(cè)試原理與儀器[M].北京：中國(guó)紡織大學(xué)出版社,1999.

[5]羅伯特D布朗.最新儀器分析技術(shù)全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1998.

(責(zé)任編輯：竺小恩)

中科院公開(kāi)創(chuàng)新孕婦防輻射面料技術(shù)

新技術(shù)基礎(chǔ)上制成的新一代孕婦防輻射服由中科院和知名孕婦防輻射服品牌澤嬰孕婦防輻射服聯(lián)合開(kāi)發(fā)。新一代的孕婦防輻射服不僅具備更強(qiáng)的防輻射效能，同時(shí)將是一款安全、可靠的孕婦防輻射產(chǎn)品。此項(xiàng)新技術(shù)在多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)突破，正在申請(qǐng)國(guó)際專利。

抗菌納米金屬纖維利用獨(dú)有設(shè)備以高級(jí)低碳鋼為原材料，制成粒徑為10納米至50納米的粒子。在特定的環(huán)境下，經(jīng)過(guò)納米技術(shù)的合成工藝，紡織纖維和納米鋼粒子可以形成穩(wěn)固的附合。穿過(guò)金屬纖維防輻射服的人都知道，傳統(tǒng)金屬纖維防輻射服的材質(zhì)較堅(jiān)硬，缺乏舒適度和美感，穿起來(lái)像一件盔甲。納米技術(shù)解決了傳統(tǒng)孕婦防輻射材質(zhì)的“硬傷”，通過(guò)改變鋼粒子在纖維中的存在結(jié)構(gòu)，在保持鋼含量不變的前提下，讓孕婦防輻射服的質(zhì)地更柔軟，穿著更舒適。此項(xiàng)技術(shù)在澤嬰科技實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)論證，目前已成功應(yīng)用于澤嬰科技旗下澤嬰孕婦防輻射裝系列產(chǎn)品。

同時(shí)，金屬納米化后，將會(huì)成為帶正電荷的納米金屬顆粒。當(dāng)它接觸到帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞后便相互吸附，穿刺細(xì)胞外表，使內(nèi)部變性，降低細(xì)菌生成能力，讓細(xì)胞無(wú)法代謝和繁殖，進(jìn)而阻斷細(xì)菌細(xì)胞的呼吸及改變細(xì)菌叢生態(tài)，可預(yù)防細(xì)菌感染。

銀纖維孕婦防輻射服以貴金屬銀作為原材料，銀是很好的導(dǎo)電材料，用來(lái)做孕婦防輻射服是最好不過(guò)的選擇。但是銀纖維孕婦防輻射服同樣有不利的一面：銀的性能極其活潑，很容易和其他物質(zhì)反應(yīng)，難以保存，因此，難以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)銀纖維。傳統(tǒng)的銀纖維采用的是納米銀附著技術(shù)，很難保證銀顆粒的穩(wěn)定性和均勻度，穿著時(shí)間長(zhǎng)了銀含量會(huì)掉落、氧化。

脫敏納米銀銀纖維最大的特是穩(wěn)定性強(qiáng)，面料經(jīng)過(guò)50次水洗試驗(yàn)后，銀的流失率小于2.3%。中科院的科學(xué)家在世界領(lǐng)先的納米實(shí)驗(yàn)室的幫助下，經(jīng)過(guò)多年的研究、實(shí)驗(yàn)，攻克了銀的不穩(wěn)定性這一難題，通過(guò)環(huán)境、溫度的控制，讓銀以離子狀態(tài)聚合，實(shí)現(xiàn)了銀離子的穩(wěn)定附著。脫敏處理后的銀離子可以更牢固的和纖維質(zhì)結(jié)合，而且不易被氧化。優(yōu)化了穩(wěn)定性的銀纖維面料不僅具備的長(zhǎng)期的輻射保護(hù)能力，更重要的目的還在于更適合人體貼身穿著。目前，澤嬰科技已應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)獨(dú)家制成新一代孕婦防輻射面料。

記者了解到，在納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，中國(guó)的技術(shù)是領(lǐng)先于世界的。近年來(lái)，國(guó)家逐步開(kāi)放了民營(yíng)資本與權(quán)威機(jī)構(gòu)的合作權(quán)限，這讓更多的“高精尖”技術(shù)在民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)化運(yùn)作在發(fā)展上是相互推動(dòng)的，也是未來(lái)的趨勢(shì)，民族品牌華為和聯(lián)想為我們做了很好的榜樣。中國(guó)人的智慧在全世界倍受認(rèn)可，相信隨著市場(chǎng)化的深入，未來(lái)會(huì)有更多的中國(guó)品牌得到本國(guó)消費(fèi)者以及全球消費(fèi)者的認(rèn)可。(摘自中國(guó)紡織經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)2014-12-13)

Discussion on the Properties of Cotton Linter/O-Carbohydrate Chitosan Composite Fiber

GUAN Li-ping HE Yuan-yuan DONG Zhe-ying

By testing and analyzing the properties of the cotton linter/O-carbohydrate chitosan(O-CMCS) compositefiber,thispaperdiscussestheextrinsicfeature,themoistureregain,thedrawingandtheantibacterial characteristics.The result shows that the composite fiber has good hygroscopicity and antibacterial property and its drawing characteristics make little difference in dry or hygrometric state,which can meet the basic demands of textile processing.

cotton linter;carbohydrate chitosan;composite fiber;property;antibacterial

TB332

B

1674-2346(2014)04-0006-05

10.3969/j.issn.1674-2346.2014.04.002

2014－06－14

寧波市科技局項(xiàng)目《生物質(zhì)殼聚糖基共混紡絲纖維的研究與應(yīng)用》[編號(hào)2012B82014]

關(guān)立平，男，浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，副教授，博士。研究方向：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)（浙江 寧波 315211）