陳秀苗，沈守兵

（上海水星家用紡織品股份有限公司，上海201401）

0 引言

黏膠纖維憑借自身優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于服裝、家紡、非織造布等領(lǐng)域。隨著人類(lèi)對(duì)健康紡織品越來(lái)越關(guān)注，人們不斷開(kāi)發(fā)出的功能性黏膠纖維拓展了其應(yīng)用市場(chǎng)，但人類(lèi)的需求卻是不斷變化的，這就要求市場(chǎng)提供新型功能性纖維來(lái)持續(xù)滿(mǎn)足不同的客戶(hù)需求。

硅藻土是一種硅藻遺體沉積物，是由生物轉(zhuǎn)化、主要組成物質(zhì)為硅藻的硅質(zhì)沉淀巖，是一種有機(jī)蛋白石礦物成分，因其與一般成因的蛋白石不同，所以稱(chēng)之為硅藻蛋白石。硅藻土作為一種天然礦物質(zhì)材料，無(wú)任何有害的化學(xué)物質(zhì)，不僅具有密度小、防水、不易燃燒等優(yōu)點(diǎn)，還具有除臭、吸濕、吸附室內(nèi)有害氣體等作用。由于硅藻土表面具有大量的超微細(xì)孔，數(shù)量約為木炭的6 000倍，其表面的超微細(xì)孔會(huì)隨著室內(nèi)濕度的提高自動(dòng)吸收空氣中的水分，并儲(chǔ)存于孔內(nèi)；也會(huì)隨著室內(nèi)濕度的降低自動(dòng)釋放儲(chǔ)存在孔內(nèi)的水分，進(jìn)而調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度。除此之外，硅藻土還能有效吸收并分解易使人過(guò)敏的物質(zhì)，可以把水分子分解為正負(fù)離子，從而起到殺菌作用[1]。

目前，硅藻土已成功用于家裝、水系統(tǒng)等很多領(lǐng)域。將硅藻土用于保健纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，尤其用于家紡產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，符合消費(fèi)者對(duì)于功能化、保健化紡織品的需求。此外，隨著人們對(duì)室內(nèi)裝修裝飾越來(lái)越追求時(shí)尚化，但又擔(dān)心裝飾裝修材料中含有甲醛、氨氣、苯等揮發(fā)性有害化學(xué)物質(zhì)[2]，所以希望研究開(kāi)發(fā)出一種能夠吸附和分解有害氣體的紡織品來(lái)滿(mǎn)足健康生活的需求。經(jīng)過(guò)大量的研究，發(fā)現(xiàn)硅藻土能有效吸收有害化學(xué)物質(zhì)，消除異味，將其作為主材之一應(yīng)用到家紡新材料中是一個(gè)值得研究的課題。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，用硅藻土改性的黏膠纖維已經(jīng)被當(dāng)作一種低碳環(huán)保型材料用于不同的領(lǐng)域。試驗(yàn)將研磨成納米級(jí)的硅藻土與黏膠紡絲液進(jìn)行混紡，采用濕法紡絲法成功制得可去除有害氣體的改性黏膠纖維。

1 試驗(yàn)

1.1 硅藻土微粉制備

試驗(yàn)時(shí)先打開(kāi)硅藻，使硅藻殼體中所含的微細(xì)黏土雜質(zhì)與硅藻解離，并通過(guò)離心沉降法去除分離的微細(xì)黏土雜質(zhì)；再對(duì)硅藻精土進(jìn)行濕式球磨超細(xì)粉碎，使平均粒度達(dá)到微米級(jí)，同時(shí)對(duì)漿料進(jìn)行表面改性處理,以防止微細(xì)粒子在干燥中形成難以解聚的硬團(tuán)聚體,確保其良好的分散性；最后，對(duì)濕式球磨后的漿料進(jìn)行干燥，并經(jīng)過(guò)氣流粉碎機(jī)進(jìn)一步篩選出一定細(xì)度的超細(xì)微粉（一般粉體最大粒徑不能超過(guò)2μm）[3]。

1.2 濕法紡絲

1.2.1 硅藻土功能漿料制備

將表面改性后的硅藻土和水按（20～30）∶（70～80）的質(zhì)量比調(diào)成漿料，并用高速攪拌器攪拌，確保溶液混合均勻，從而制備出功能性漿料。

1.2.2 紡絲速度和硅藻土添加量選擇

共混紡絲液中硅藻土的用量會(huì)直接影響紡絲液的黏度，進(jìn)而影響紡絲的狀態(tài)以及成絲后纖維的力學(xué)性能。因此，可以通過(guò)可紡性來(lái)確認(rèn)紡絲速度和硅藻土的添加量。

1.2.3 紡絲

將制備好的纖維素原液和硅藻土功能漿料同時(shí)輸送至溶解機(jī)中快速攪拌均勻后在室溫下靜置，然后進(jìn)行過(guò)濾、脫泡和熟成加工工序。為了制造出質(zhì)量?jī)?yōu)良的紡絲產(chǎn)品，需去除共混黏膠溶液中未反應(yīng)和未溶解的纖維、不完全溶解的凝膠粒子以及功能乳漿中的較大顆粒等，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，紡絲前要用真空脫泡法去除多功能混合溶液中的氣泡，避免紡絲過(guò)程中發(fā)生斷頭，或引起后續(xù)工序中的纏輥現(xiàn)象。紡絲是將共混紡絲液通過(guò)多孔噴絲頭進(jìn)入凝固浴中將纖維素磺酸酯凝固成絲，再分解為水化纖維素。

1.3 性能測(cè)試

硅藻土改性黏膠纖維是在黏膠纖維生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性而制得的。優(yōu)化工藝生產(chǎn)制得的硅藻土改性黏膠纖維的規(guī)格有1.33 dtex×38 mm和1.67 dtex×38 mm兩種（用纖維線(xiàn)密度和切斷長(zhǎng)度表示）。因此，需對(duì)硅藻土改性黏膠纖維的性能進(jìn)行測(cè)試，并與常規(guī)黏膠纖維的性能進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)還要對(duì)改性纖維的可紡性進(jìn)行評(píng)價(jià)，測(cè)試改性纖維的功能性指標(biāo)。

1.3.1 一般力學(xué)性能測(cè)試

按照GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)規(guī)格為1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏膠纖維的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 甲醛去除率測(cè)試

按照QB/T 2761—2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)試方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，將500g樣品放入1.5 m3的試驗(yàn)艙內(nèi)，在光照條件下進(jìn)行測(cè)試。

1.3.3 抗菌性測(cè)試

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)硅藻土改性黏膠纖維的抗菌性能（對(duì)白念珠菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌的抑制率）進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4 其它性能測(cè)試

按照GB/T 30128—2013《紡織品 負(fù)離子發(fā)生量的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)硅藻土改性黏膠纖維的離子釋放個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)試。

按照FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法第8部分：紅外光譜法》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)硅藻土改性黏膠纖維的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率進(jìn)行測(cè)試。

按照GB/T 24253—2009《紡織品防螨性能的評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)硅藻土改性黏膠纖維防螨效果（驅(qū)避率）進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 分散劑確認(rèn)

為防止堵塞過(guò)濾器、噴絲孔等組件，黏膠濕法紡絲對(duì)硅藻土粒徑的要求很高，需在硅藻精土中加入分散劑進(jìn)行超細(xì)研磨，并通過(guò)靜置沉降所需時(shí)間來(lái)表征其分散效果（沉降時(shí)間越長(zhǎng)，分散效果越好）。試驗(yàn)用六偏磷酸鈉等4種分散劑分別進(jìn)行試驗(yàn)，用沉降時(shí)間來(lái)確認(rèn)分散劑的種類(lèi)，試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 分散劑與分散效果

通過(guò)試驗(yàn)比較，在分散劑用量相同的情況下，用聚羧酸鈉鹽型分散劑SN-5040復(fù)配BYK-198作為分散劑時(shí)沉降時(shí)間最長(zhǎng)。由于沉降所需的時(shí)間越長(zhǎng)，分散效果越好，因而，選擇聚羧酸鈉鹽型分散劑SN-5040復(fù)配BYK-198作為硅藻土漿料的分散劑。

2.2 紡絲速度和硅藻土添加量確認(rèn)

共混紡絲液中硅藻土的含量會(huì)直接影響紡絲液的黏度，從而影響紡絲狀態(tài)以及成絲后纖維的力學(xué)性能。通過(guò)改變紡絲速度和硅藻土的添加量來(lái)確認(rèn)紡絲的穩(wěn)定性、可控性、斷頭及卷繞情況，詳見(jiàn)表2。

表2 硅藻土添加量與可紡性

由表2可知，共混紡絲液中硅藻土的添加量會(huì)直接影響紡絲液的黏度，進(jìn)而影響紡絲的狀態(tài)，甚至所制得的纖維性能。當(dāng)硅藻土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%、紡絲速度為50 m/min時(shí)，纖維的可紡性在可控制范圍內(nèi)。因此，選擇紡絲速度為50 m/min、硅藻土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%進(jìn)行生產(chǎn)。

2.3 硅藻土改性黏膠纖維截面電鏡圖

通過(guò)對(duì)硅藻土改性黏膠纖維的縱、橫截面電鏡圖來(lái)觀(guān)察硅藻土粉體顆粒在纖維表面以及內(nèi)部的分布情況，具體電鏡圖見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 硅藻土改性黏膠纖維橫截面電鏡圖

圖2 硅藻土改性黏膠纖維縱截面電鏡圖

2.4 性能測(cè)試

2.4.1 力學(xué)性能

按照GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》方法要求對(duì)規(guī)格為1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏膠纖維的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得纖維纖度為1.62 dtex，長(zhǎng)度為38 mm，干斷裂強(qiáng)度為2.1 cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度為1.19 cN/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率為19%，超長(zhǎng)纖維率為0.1%，白度為85.5%，回潮率為12.5%，含油率為0.28%，殘硫量為4.9 mg/100 g，均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求。

2.4.2 功能性指標(biāo)

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評(píng)價(jià)第3部分：振蕩法》方法標(biāo)準(zhǔn)，由專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)（廣州微生物分析檢測(cè)中心）檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，硅藻土改性黏膠纖維對(duì)白念球菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌具有較好的抑菌性，其抑菌率均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求（見(jiàn)表3），說(shuō)明硅藻土改性黏膠纖維具有抗菌性。

按照QB/T 2761—2006《室內(nèi)空氣凈化產(chǎn)品凈化效果測(cè)試方法》方法標(biāo)準(zhǔn)，由上述檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)硅藻土改性黏膠纖維對(duì)含有甲醛的空氣進(jìn)行凈化的效果，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

此外，所測(cè)的硅藻土改性黏膠纖維離子釋放個(gè)數(shù)為500～1 000個(gè)/cm3，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為83%～90%、防螨驅(qū)避率為60%～80%，均達(dá)到國(guó)家或者行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

與GB/T 14463—2008《黏膠短纖維》中5.2.1條款的要求相比，綜合上述結(jié)果可知，硅藻土改性黏膠纖維的主要性能指標(biāo)均達(dá)到常規(guī)黏膠短纖維的要求，具有良好的可紡性，可進(jìn)一步進(jìn)行紡紗和織造，開(kāi)發(fā)出更多種類(lèi)的家紡面料產(chǎn)品。

2.5 應(yīng)用

硅藻土改性黏膠纖維可以與聚酯纖維按一定比例搭配做家紡芯被類(lèi)產(chǎn)品的被胎，產(chǎn)品吸濕透氣性好，親膚性高；硅藻土改性黏膠纖維與其它化纖長(zhǎng)絲、短纖（如牛奶纖維、莫代爾纖維、丙綸等）混紡可以開(kāi)發(fā)各類(lèi)高檔女士服裝，其吸濕透氣性好，柔軟性佳，具有抗菌防臭功能；硅藻土改性黏膠纖維可與普通人造長(zhǎng)絲或者滌綸長(zhǎng)絲進(jìn)行交織做家紡大提花面料產(chǎn)品，具有獨(dú)特的仿絲綢風(fēng)格，紋路清晰，光澤典雅靚麗，手感滑爽；硅藻土改性黏膠纖維與棉混紡做成粗支紗，合股加捻，利用特殊的組織結(jié)構(gòu)所制得的夏令軟席產(chǎn)品，風(fēng)格粗獷，涼而不冰，健康環(huán)保。

3 結(jié)論

改性后的黏膠纖維不僅保持了黏膠纖維原有的良好服用性能，同時(shí)還賦予纖維新的功能。對(duì)白念珠菌、大腸埃希菌和金黃葡萄球菌具有抑制作用，抑制率分別達(dá)到94%、87%、90%［遠(yuǎn)超具有抗菌性能產(chǎn)品的抗菌要求（抑菌率≥70%）］，對(duì)甲醛的去除率＞85%。此種功能性纖維具有良好的可紡性，可廣泛用于家紡面料產(chǎn)品和裝飾紡織品的開(kāi)發(fā)，具有良好的應(yīng)用和市場(chǎng)前景。

然而，當(dāng)前功能性抗菌黏膠纖維，特別是紡織用抗菌黏膠纖維產(chǎn)品的性能與國(guó)際產(chǎn)品存有較大的差距，無(wú)法完全替代進(jìn)口?？咕つz纖維雖然具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)，除Lenzing公司外，國(guó)內(nèi)對(duì)它的開(kāi)發(fā)研究仍處于小試階段。未來(lái)對(duì)于功能性黏膠纖維的開(kāi)發(fā)應(yīng)著重從以下3個(gè)方面進(jìn)行研究：①對(duì)功能性材料的品質(zhì)研究，如粒徑、分布、分散性、與黏膠的相容性等；②功能性材料與黏膠纖維準(zhǔn)確、均勻共混的研究；③對(duì)功能性材料與黏膠纖維結(jié)合牢度的研究。此外，如何解決有機(jī)類(lèi)功能性材料與黏膠本體的結(jié)合也是許多功能性黏膠纖維開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)[4]。

表3 硅藻土黏膠纖維的抗菌性能測(cè)試結(jié)果

表4 硅藻土改性黏膠纖維去除甲醛測(cè)試結(jié)果