李世超 唐長(zhǎng)波（蘇州市職業(yè)大學(xué)絲綢應(yīng)用技術(shù)研究所 江蘇蘇州215104）

表面工程技術(shù)是通過(guò)在材料表面的涂覆，表面改性以及多種表面技術(shù)的復(fù)合處理來(lái)改變材料表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)或應(yīng)力狀況，以獲得所需材料表面性能的系統(tǒng)工程。其中，被處理的材料以金屬材料為主，同時(shí)也可以是一些非金屬的材料。由于該技術(shù)能不改變材料的整體材質(zhì)而獲得自身所不具備的某些特殊性能，或者對(duì)材料實(shí)施有效的表面防護(hù)，因此，在產(chǎn)品的制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為了一種先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)[1]。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用表面工程技術(shù)原理，在桑蠶錦織物材料上進(jìn)行拓展與實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高檔絲綢裝飾類(lèi)制品的有效保護(hù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

桑蠶錦織物：成份100%桑蠶絲，外購(gòu)。

表面處理劑：水溶性成膜樹(shù)脂乳液，含固量30%，江蘇省絲綢科學(xué)研究所提供?？咕鷦篎M-2598，江蘇省絲綢科學(xué)研究所提供。標(biāo)準(zhǔn)菌株：PS-11標(biāo)準(zhǔn)青霉菌株，蘇州市職業(yè)大學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室提供[2-3]。

查氏培養(yǎng)基:硝酸鈉2g，磷酸氫二鉀1g，氯化鉀0.5g，硫酸鎂0.5g，硫酸亞鐵0.01g，蔗糖30g，瓊脂15-20g，水1000ml，自行配制。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

液槽、軋液滾筒（自制），E5EM型壓燙機(jī)（蘇州遠(yuǎn)東五金電器廠），日立S—4700型掃描電子顯微鏡（日本株式會(huì)社日立制作所），電子織物強(qiáng)力機(jī)，織物懸垂性測(cè)試儀，JB-CJ-1F型超凈工作臺(tái)（蘇州凈化設(shè)備有限公司），AutoclavoES2315型高壓滅菌鍋（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠），ZH?WY22102型恒溫培養(yǎng)箱（長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)設(shè)備有限公司），YG（B）026PC電子織物強(qiáng)力機(jī)（溫州市大榮紡織儀器有限公司），YG811織物懸垂性測(cè)試儀（溫州紡織儀器廠），AP-360織物透氣量測(cè)試儀（日本大榮精器所）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)試件的制作

用水稀釋成膜樹(shù)脂乳液至濃度10%，再加入5%的抗菌劑形成使用液。將桑蠶錦織物小樣均勻地浸入該液中，浸漬時(shí)間共30分鐘，期間經(jīng)浸漬15分鐘后取出，用軋液滾筒在其表面輕微滾軋二次，然后經(jīng)自然干燥，再放入壓燙機(jī)中正反面壓燙各1分鐘，壓燙溫度為75℃。形成本實(shí)驗(yàn)試件，備用。

2.2 電鏡掃描實(shí)驗(yàn)

將桑蠶錦織物和經(jīng)制作的實(shí)驗(yàn)試件分別進(jìn)行噴金處理，用掃描電子顯微鏡觀察并記錄其表面的形態(tài)，掃描電鏡放大倍數(shù)為50倍。

2.3 抗真菌霉變實(shí)驗(yàn)

2.3.1 試樣準(zhǔn)備：將桑蠶錦織物和制作的實(shí)驗(yàn)試件分別剪取直經(jīng)為3.8±0.5cm的圓形試樣，分成兩組備用。2.3.2 菌懸液制作：從成熟的青霉子實(shí)培養(yǎng)菌上刮削下碎屑，加入到50±1ml的無(wú)菌水和放有玻璃珠子的三角燒瓶中用力搖晃，使孢子懸浮于水中制成孢子懸液。

2.3.3 接種：將1.0±0.1ml的孢子懸液均勻地分散于瓊脂表面。

2.3.4 浸潤(rùn)：圓形試樣用溶有0.05%非離子潤(rùn)濕劑的水預(yù)潤(rùn)濕，然后置于瓊脂表面，再用消過(guò)毒的移液管在每只圓形試樣上均勻涂布0.2±0.01ml的菌種懸液。2.3.5 培養(yǎng)與記錄：將園形試樣置于培養(yǎng)皿中，并在28±1℃條件下孵化。經(jīng)6天、9天、12天……直至15天的培養(yǎng)，觀察和記錄圓形試樣表面真菌侵蝕情況[4-5]。

2.4 強(qiáng)伸性實(shí)驗(yàn)

將桑蠶錦織物和制作的實(shí)驗(yàn)試件剪取寬度為50mm的條型試樣，在織物強(qiáng)力機(jī)上分別測(cè)試其斷裂強(qiáng)力與伸長(zhǎng)。其中，設(shè)置隔距長(zhǎng)度為200mm± 1mm，預(yù)制張力為200CN，拉伸速度為100mm/min[6]。

2.5 懸垂性實(shí)驗(yàn)

將桑蠶錦織物和制作的實(shí)驗(yàn)試件剪取直經(jīng)為240mm的圓型試樣，在織物懸垂性測(cè)試儀上分別進(jìn)行懸垂系數(shù)測(cè)試[7]。

2.6 透氣性實(shí)驗(yàn)

將桑蠶錦織物和制作的實(shí)驗(yàn)試件剪取試驗(yàn)面積為20cm2的試樣，在織物透氣量測(cè)試儀上分別進(jìn)行透氣性測(cè)試，得到經(jīng)表面復(fù)合處理前后材料的透氣率，試驗(yàn)壓降為100Pa[8]。

3 結(jié)果與討論

3.1 桑蠶錦織物材料的特性與表面處理工藝

桑蠶錦是一種用桑蠶纖維經(jīng)緯交織而成的絲綢織物材料，它采用“錦”類(lèi)的組織結(jié)構(gòu)，決定了這種織物材料表面的結(jié)構(gòu)特性相對(duì)較為疏松。錦類(lèi)組織結(jié)構(gòu)是由多組經(jīng)緯絲線重疊在一起通過(guò)相互交叉而形成的一種材料結(jié)構(gòu)，因而在其表面不可避免地存在著一定量的浮長(zhǎng)絲線，以及組織正反面的沉背接結(jié)，桑蠶錦織物的組織截面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 桑蠶錦組織截面結(jié)構(gòu)圖

桑蠶錦表面結(jié)構(gòu)雖然疏松，但由于絲線重疊交叉，材料自身的覆蓋因素并不低，不像有些絲綢織物材料如紗、羅等品種，在結(jié)構(gòu)上存在著較高的開(kāi)放度。另外，桑蠶錦織物材料的表面有著一定量的絲線浮長(zhǎng)，因而在材料的組織上又沒(méi)有像紡、綢類(lèi)絲綢品種那樣，具有著較為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)?？椢镞M(jìn)行表面工程處理其常規(guī)的方法是表面涂覆，即采用刮刀或輥式涂頭將表面處理劑直接在材料表面進(jìn)行刮涂或表面滾涂，通過(guò)外力使處理劑從織物的絲線孔隙中滲透到材料的背面，并充滿材料孔隙，固定住織物中絲線的交織點(diǎn)，從而防止絲線在織物中自由滑移，最終使織物成為一種極為封閉，硬挺與牢固的材料結(jié)構(gòu)。而桑蠶錦鑒于自身材料的表面特性以及表面處理的目的與實(shí)際用途，決定了這種表面處理的方式不能簡(jiǎn)單地延用織物表面涂覆處理的常規(guī)方法，而應(yīng)當(dāng)采用在桑蠶錦織物材料的表面實(shí)現(xiàn)有限度地滲透，以及與其纖維有效的嚙合。也就是說(shuō)在表面工程處理時(shí)，既要考慮處理劑在桑蠶錦表面滲透的有限性和嚙合的有效性，在處理劑不完全滲透到材料背面的情況下，最終在材料中的纖維表面形成良好的成膜保護(hù)，同時(shí)還不能因處理而引起桑蠶錦疏松的表面絲纖維局部滑移錯(cuò)位，以破壞材料表面的結(jié)構(gòu)及原有的特性。況且桑蠶錦的這種表面處理又是在經(jīng)緯向松式的狀態(tài)下進(jìn)行的，刮刀或輥式涂頭對(duì)織物材料進(jìn)行表面刮涂或表面的滾涂處理往往難于實(shí)現(xiàn)。

本實(shí)驗(yàn)采用多浸多軋的方法對(duì)桑蠶錦材料進(jìn)行表面工程處理，也就是在浸漬的過(guò)程中增加多次輕微的滾軋，首次滾軋控制在織物浸漬15分鐘之后，這樣使相對(duì)干燥的材料在處理液中能得以充分的濕潤(rùn)。在有限滲透的同時(shí)，用滾軋來(lái)增加處理劑與桑蠶錦織物材料表面的有效嚙合，以及在凹凸不平的材料表面實(shí)現(xiàn)其表面處理的均勻性。由于桑蠶錦表面工程處理過(guò)程是處于一種相對(duì)無(wú)張力的松式狀態(tài)，因而處理液的粘度應(yīng)控制適當(dāng)，不能因粘度過(guò)高而造成在輕微滾軋時(shí)表面絲纖維的滑移和錯(cuò)位。

圖2為桑蠶錦經(jīng)表面處理后通過(guò)電鏡掃描所得到的表面形態(tài)情況，從SEM照片中可以看到，桑蠶錦織物經(jīng)處理后，其纖維已被處理劑整體包覆，成膜情況良好。

圖2 桑蠶錦表面處理后的成膜情況

3.2 桑蠶錦表面工程處理后抗真菌性能的比較

桑蠶錦織物進(jìn)行表面工程處理，目的是要在桑蠶錦材料的纖維表面形成保護(hù)膜，阻隔真菌類(lèi)微生物對(duì)桑蠶材料的侵蝕。桑蠶纖維是一種有機(jī)質(zhì)地的材料，是微生物生長(zhǎng)所需要的微量營(yíng)養(yǎng)元。所以在環(huán)境條件適宜的情況下，漂浮于空氣中的真菌就會(huì)定殖于桑蠶錦材料表面，通過(guò)吸收氧氣，迅速地生長(zhǎng)繁殖，直到產(chǎn)生孢子與形成菌落。表面工程處理是設(shè)計(jì)了一種成膜樹(shù)脂的表面處理劑作為中間介質(zhì)體在材料表面進(jìn)行處理，通過(guò)該中間介質(zhì)既使桑蠶錦與空氣這兩個(gè)物相空間互相關(guān)聯(lián)，同時(shí)又使之隔開(kāi)，阻礙真菌菌絲深入到桑蠶材料的基質(zhì)內(nèi)部，切斷生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)源，達(dá)到抑制真菌微生物的繁殖。表面工程處理使桑蠶纖維形成了一個(gè)相對(duì)封閉隔氧的小環(huán)境，在起到抵御外界微生物對(duì)內(nèi)部侵入的同時(shí)，還起到了保持內(nèi)部材料環(huán)境不受外部條件如濕度、氧氣、酸堿度等因素的影響。

如將抗菌材料設(shè)計(jì)在該成膜樹(shù)脂處理劑中，在起到阻隔作用的同時(shí)，還將進(jìn)一步地?cái)嚅_(kāi)菌類(lèi)物質(zhì)鍵方式進(jìn)行殺菌，以單一隔絕這種被動(dòng)式的抑菌轉(zhuǎn)變成既隔絕又殺菌的主動(dòng)式抗菌。這時(shí)它以不可逆轉(zhuǎn)式的方式抑制微生物的生長(zhǎng)，消滅其活體，最終導(dǎo)致其菌類(lèi)細(xì)胞的死亡，實(shí)現(xiàn)良好地殺菌抑菌作用[9]。

圖3和圖4分別為未經(jīng)表面工程處理和已經(jīng)表面工程處理的桑蠶錦織物通過(guò)殖菌培養(yǎng)所拍攝的表面真菌生長(zhǎng)圖，培養(yǎng)時(shí)間分別為6天、9天、12天和15天。

圖3 未經(jīng)處理的桑蠶錦表面真菌生長(zhǎng)狀況

圖4 已經(jīng)處理的桑蠶錦表面真菌生長(zhǎng)狀況

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，桑蠶錦織物材料在其表面形成了抗菌保護(hù)膜后，真菌無(wú)法對(duì)其進(jìn)行侵蝕，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)經(jīng)殖菌培養(yǎng)15天后，材料表面仍然清晰干凈，真菌無(wú)法在其表面生存。此外，由于保護(hù)膜本身的抗菌作用，真菌不僅在其表面無(wú)法生存，而且還只能遠(yuǎn)離該材料。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)殖菌培養(yǎng)近12天時(shí)，在培養(yǎng)皿內(nèi)邊緣區(qū)域發(fā)現(xiàn)有局部性的菌孢生長(zhǎng)并逐步形成菌落，即圖4中培養(yǎng)皿邊緣的黑色區(qū)域所示，但可以看到這時(shí)桑蠶錦材料表面的狀況仍然是清晰干凈。

而未經(jīng)表面處理的桑蠶錦材料情況就大不相同。如圖3所示，當(dāng)殖菌培養(yǎng)6天后，織物材料表面就逐步產(chǎn)生了真菌孢子，但孢子的分布大小還較為零碎；培養(yǎng)9天后，孢子就明顯地形成了大小不一的菌落，當(dāng)培養(yǎng)到第15天時(shí)，真菌孢子所形成的菌落已幾乎完全復(fù)蓋住了材料的表面。按照《紡織品的抗真菌能力評(píng)估：紡織品抵抗霉變和腐爛能力》AATCC—30標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)已屬于達(dá)到了“宏觀增長(zhǎng)”的狀況，也就是“肉眼范圍內(nèi)觀察已十分明顯”的程度。和經(jīng)處理劑處理后的桑蠶錦材料相比，可以認(rèn)為：處理后的桑蠶錦材料屬于“無(wú)增長(zhǎng)”，其抗菌和抑制微生物生長(zhǎng)的效果十分明顯。

3.3 表面工程處理對(duì)桑蠶錦織物材料性能的影響

桑蠶纖維是由家蠶經(jīng)人工殖養(yǎng)結(jié)繭后繅制而成的天然纖維，具有著良好的強(qiáng)伸性和柔軟性，是一種性能優(yōu)良的纖維材料。用該纖維制作桑蠶錦織物，其織物材料也保持著其相應(yīng)的良好特性。同時(shí)，桑蠶錦織物材料又經(jīng)表面工程處理，在其纖維表面形成了一種抗菌的保護(hù)膜，使材料的抗菌防腐性能大大提高，為桑蠶錦作為一種材料或制品用于各種高檔裝飾用途，在材質(zhì)與功能等方面提供了良好的性能。但是，織物材料表面的處理往往會(huì)使材料因表面處理劑的滲透粘結(jié)，而充滿材料的各種孔隙，固定住材料中絲線的交織點(diǎn)，阻礙織物中絲線的自由滑移，影響材料的伸長(zhǎng)特性和柔軟特性，最終使織物成為一種硬挺、封閉的材料結(jié)構(gòu)，從而使材料原有的良好性能與最終實(shí)現(xiàn)抗菌防腐的功能難于兼顧。

桑蠶錦織物作為一種高檔的絲綢應(yīng)用材料與制品，表面的工程處理應(yīng)以少影響或不影響其原有的優(yōu)良性能為宗旨，特別是它良好的強(qiáng)伸率、柔軟性與透氣性不能因表面材料的處理而受破壞，以致使經(jīng)抗菌防腐處理后的制品失去其材料原有的優(yōu)良性能。本實(shí)驗(yàn)采用處理劑在纖維表面有限度地滲透和有效地嚙合，技術(shù)上兼顧了材料原有的特性與添加的功能，經(jīng)表面工程處理使材料實(shí)現(xiàn)了防腐抗菌的目標(biāo)。

表1 材料表面工程處理前后桑蠶錦織物材料的強(qiáng)伸率、柔軟性與透氣性指標(biāo)的試驗(yàn)情況

從表中看到，桑蠶錦經(jīng)表面工程處理后材料的斷裂強(qiáng)度微量變化，影響不大。而材料的斷裂伸長(zhǎng)率得到了一定量的提高，即從表面工程處理前的16.08%提高到處理后的17.88%。它說(shuō)明處理劑并沒(méi)有從材料組織的孔隙中滲透到織物的背面，固定住織物中絲線的交織點(diǎn)，從而阻止絲線在織物中的自由滑移。恰恰相反，這種有限的滲透與有效的嚙合僅發(fā)生在材料纖維的表面，因而它有效地潤(rùn)滑了材料中的纖維，所以在外力作用下纖維間產(chǎn)生了一定量的位移，導(dǎo)致伸長(zhǎng)率的提高。

材料的懸垂性是指材料因自重而自由下垂的性能，在一定的程度上反映了材料的柔軟程度，而懸垂系數(shù)是材料試樣在實(shí)驗(yàn)中下垂部分的投影面積與其原面積之比的百分率，因此，懸垂系數(shù)越小，反映其材料越柔軟。桑蠶錦由于其自身纖維材料的柔軟，因而制成的織物也極為柔軟。從懸垂實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)看，材料下垂部分的投影面積與其原面積之比為24.5%，小于了一般紡織織物材料30%的懸垂系數(shù)量。而經(jīng)表面工程處理后的桑蠶錦織物材料其懸垂系數(shù)實(shí)測(cè)值為24.8%，僅大于處理前的0.3%，大大地小于材料懸垂性試驗(yàn)方法±2%的誤差范圍。可以認(rèn)為成膜樹(shù)脂乳液對(duì)桑蠶錦織物的表面處理沒(méi)有破壞整個(gè)材料的疏松結(jié)構(gòu)，整個(gè)織物材料仍然保持著良好的柔軟性能。

綜合材料的強(qiáng)伸性與柔軟性，可以反映出表面工程處理在增加防腐抗菌特性的前提下基本上沒(méi)有改變和破壞材料的原有功能與結(jié)構(gòu)，這在透氣性試驗(yàn)上再次得到了驗(yàn)證。由于常規(guī)表面處理往往會(huì)使材料變硬，透氣性大幅下降，而本實(shí)驗(yàn)經(jīng)表面處理后的材料經(jīng)透氣率測(cè)試，其值僅微量下降了5.4%，理論上可以認(rèn)為織物材料中纖維之間的孔隙仍然通暢，該表面處理技術(shù)對(duì)桑蠶錦材料原有的性能影響較小。

4 結(jié)語(yǔ)

表面工程技術(shù)通過(guò)在材料表面的涂覆可以改變材料的表面性能以及對(duì)材料實(shí)施有效的表面防護(hù)，它不僅在金屬材料上使用，而且在非金屬材料包括紡織材料表面也可大量地應(yīng)用。由于該技術(shù)能不改變材料的整體材質(zhì)而獲得自身所不具備的某些特殊性能，因此，在產(chǎn)品的制造領(lǐng)域或產(chǎn)品的使用領(lǐng)域都是一種先進(jìn)的生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)，前景良好。

運(yùn)用表面工程技術(shù)原理在桑蠶錦織物材料上進(jìn)行拓展與實(shí)驗(yàn)，不僅增加了材料原有不具備的某些特性，而且合理的工藝研究和應(yīng)用，可以兼顧材料原有良好性能的持續(xù)。特別是在纖維表面采用了有限地滲透和有效地嚙合，在獲得良好抗菌防腐性能的同時(shí)，可以提高織物材料的斷裂伸長(zhǎng)率，穩(wěn)定織物材料的強(qiáng)力和懸垂系數(shù)，使織物材料繼續(xù)保持良好的透氣性。

表面工程技術(shù)在桑蠶錦織物上的運(yùn)用，可以通過(guò)設(shè)計(jì)中間介質(zhì)體使桑蠶材料與空氣這兩個(gè)物相空間既關(guān)聯(lián)又隔開(kāi)，阻礙真菌菌絲深入桑蠶材料基質(zhì)內(nèi)部，切斷其生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)源，緩和微生物對(duì)桑蠶有機(jī)材料的侵蝕和污染。同時(shí)，將抗菌材料組合到處理劑中，在阻隔的同時(shí)進(jìn)一步地殺滅菌體，從單一的被動(dòng)隔絕到既隔絕又殺菌的主動(dòng)式抗菌。這種方法可應(yīng)用至桑蠶材料的裝飾制品、工藝制品、桑蠶家紡以及桑蠶工業(yè)用品等領(lǐng)域，滿足這類(lèi)產(chǎn)品不洗滌或不能洗滌的使用特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高檔桑蠶裝飾類(lèi)產(chǎn)品的有效保護(hù)。

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