摘 要： 針對紡織功能整理劑對環(huán)境產生的負面影響及其安全性問題，開發(fā)了一種健康環(huán)保、多功能的紡織服裝面料。選取桑蠶絲為經紗原料，絹絲與維綸基大豆蛋白纖維為緯紗原料，織造了15組不同規(guī)格的織物，測試織物的抗菌性能和遠紅外性能，并借助回歸方程進行顯著性分析。結果表明：大豆蛋白纖維含量對織物的抗菌和遠紅外性能均具顯著性影響，當緯紗中大豆蛋白纖維的質量分數(shù)為100%時，織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達99%，遠紅外發(fā)射率為0.988，輻射溫升為2.05 ℃，復合功能最優(yōu)。研究結果說明蛋白質纖維在功能性紡織品開發(fā)方面具有巨大的應用潛力。

關鍵詞： 大豆蛋白纖維；絲織物；抑菌；遠紅外；功能紡織品

中圖分類號： TS106""" 文獻標志碼： A""" 文章編號： 1009-265X（2025）01-0036-08

國務院印發(fā)的“2030規(guī)劃綱要”把健康擺在了首要位置，健康是衡量人民生活水平的一項重要指標。紡織品是人生活必需品，但因其大的比表面積和保持水分的能力容易引起細菌和其他微生物附著表面生長，這不僅會導致紡織品出現(xiàn)變色和異味，攜帶的病菌還會對人體健康構成潛在威脅^［1-2］。因此，人們提出了幾種開發(fā)抗菌材料的策略，包括開發(fā)具有天然抗菌特性的纖維、在紡絲過程中加入抗菌材料混紡形成抗菌纖維、在后整理過程中加入抗菌整理劑得到抗菌纖維等^［3-4］。然而，大量研究表明當前抗菌材料存在熱穩(wěn)定性差、時效性短、潛在的毒副作用、使得細菌產生耐藥性以及處理后無法在環(huán)境中徹底消亡等問題^［5-6］。綜合考慮，利用具有天然抗菌成分和親膚特點的纖維開發(fā)抗菌紡織品是健康且環(huán)保的選擇。

大豆蛋白纖維被稱作“第五大天然纖維”，具有良好的舒適性及保健性能，且生產成本相對較低，但其穩(wěn)定性不足，在開發(fā)應用方面受到限制^［7］，因此需要對大豆蛋白纖維改性來改善其應用性能和擴大使用范圍。大豆蛋白改性聚乙烯醇纖維（以下稱改性大豆蛋白纖維）是將提取的大豆蛋白通過酰化、烷基化、羥基化等反應改變球蛋白的空間結構，再與聚乙烯醇共混形成一定濃度的紡絲液，經濕法紡絲制得。經此得到 的改性大豆蛋白纖維在抗菌消炎和遠紅外發(fā)射等方面的性能得到優(yōu)化和穩(wěn)固，因此在功能性紡織品、醫(yī)療健康領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

本文以桑蠶絲為經紗，改性大豆蛋白纖維和絹絲為緯紗，研究當緯紗中改性大豆蛋白纖維質量分數(shù)逐漸增加時，織物的抗菌及遠紅外性能效果的變化。另外，由于織物厚度和表面粗糙程度也會對遠紅外性能產生影響，故在保證經緯紗原料比相同的情況下，本文將織造不同組織結構的織物來分析織物組織結構對織物遠紅外性能的影響。

1 實驗

1.1 紗線原料

本文所用緯紗原料為線密度147.6 dtex的改性大豆蛋白纖維（上海官奇紡織品有限公司）和線密度142.8 dtex的絹絲（中紡面料科技有限公司）。經紗原料為2/22.2/22.4 dtex的桑蠶絲（中紡面料科技有限公司）。

1.2 織物規(guī)格參數(shù)

為探究不同纖維原料、紗線含量、組織結構對織物功能性的影響，通過調整緯紗的投緯比例及織物的結構參數(shù)，以相同密度（1100×430 根/（10 cm）及織造工藝織造15組織物。其中，9組織物組織同為五枚緯緞，以緯紗中改性大豆蛋白纖維與絹絲不同投緯比織造而成，命名為A系列；6組織物緯紗投緯比均為1∶1，采用不同的組織結構織造而成，命名為B系列。A、B系列具體規(guī)格參數(shù)見表1—表2。

1.3 測試方法

1.3.1 抗菌性能測試

抗菌測試方法為定量檢測中的振蕩法。根據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》對A系列織物進行測試（依據(jù)樣品制備要求，實驗主要測試并分析A系列緯紗中紗線含量對織物抗菌性能的影響，不探討B(tài)系列織物組織結構的相關影響）。實驗菌種選用大腸桿菌（ATCC 8099）和金黃色葡萄球菌（ATCC 6580）。將A系列織物樣品按照家用雙筒洗衣機的洗滌方法洗滌10次，完成洗滌后，將每塊織物樣品與對照樣剪切成約5 mm×5 mm的碎片，從中稱?。?.75±0.05）g作為一份實驗樣本，裝入合適裝置中進行滅菌處理。滅菌后將織物與對照樣分別裝入一定濃度試驗菌液的三角瓶中，在（37±1）℃溫度下振蕩18 h，測定三角瓶瓶內菌液在振蕩前及振蕩后的活菌濃度，計算抑菌率，以此評價織物的抗菌效果。抑菌率計算公式為：

Y/%= Wt-Qt Wt ×100 （1）

式中：Y為織物的抑菌率，%；Wt為18 h振蕩接觸后對照樣燒瓶內的活菌濃度，CFU/mL；Qt為18 h振蕩接觸后織物燒瓶內的活菌濃度，CFU/mL。

1.3.2 遠紅外性能測試

參照GB/T 30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測和評價》，使用EMS 302M遠紅外線放射率測定儀（上海羅中科技發(fā)展有限公司）、FFZ411-Ⅰ紡織品遠紅外溫升速率測試儀（溫州方圓儀器有限公司）對織物進行測試。

遠紅外發(fā)射率測試方法：首先調節(jié)熱板表面溫度，使其穩(wěn)定在（34±0.1）℃，采用5～14 μm波段的遠紅外輻射測量。將標準黑體板與織物（15組織物每組裁剪3塊測量）先后放置到熱板上，分別測定其穩(wěn)定后的輻射強度，通過計算標準黑體板與織物輻射強度的比值，得到織物的遠紅外發(fā)射率。計算公式為：

η/%= I I0 ×100 （2）

式中：η為織物的遠紅外發(fā)射率，%；I為標準黑體板的遠紅外輻射強度，W/m2；I0為織物的遠紅外輻射強度，W/m2。

遠紅外輻射溫升測試方法：測試前，先打開儀器預熱30 min；后將直徑略大于60 mm的圓形織物放置在測試處，以恒定輻射強度輻照織物30 s，記錄所測織物的表面溫度升高值。

1.3.3 厚度測試

參考GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》，使用YG（B）141D數(shù)字式織物厚度儀對織物進行測試。

2 結果與分析

2.1 改性大豆蛋白纖維的結構特性

本文所用改性大豆蛋白纖維線密度為1.67 dtex， 長度為38 mm。纖維的橫向截面為腰圓形，有一層表皮，表皮結構薄而緊密，芯層結構不均勻，含有縫隙和許多孔洞；縱向呈現(xiàn)出明顯的凹槽和不連續(xù)的細小裂紋，裂紋方向與纖維長度方向一致^［3］。改性大豆蛋白纖維的結構特性使其具有較好的氣體通透性、導濕性及保濕性，從而影響遠紅外輻射的透過性和傳播性；另外，纖維的小孔結構也起到了促進細胞的呼吸和阻礙細菌侵入的作用。

2.2 織物抗菌性能測試結果與分析

本文測試了9種不同緯紗含量的織物，測試結果見表3，每次測試的織物與對照樣的菌落繁殖情況如圖1—圖2所示。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)計算A系列織物抑菌率結果可得：9組織物對大腸桿菌的抑制率均在80%以上，對金黃色葡萄球菌的抑制率均在90%以上。參照GB/T 20944.3—2008的評價標準，認為該系列織物具備抗菌性?？椢锞暭喼懈男源蠖沟鞍桌w維質量分數(shù)與抑菌率的關系如圖3—圖4所示。

DoseResp函數(shù)是對生物體研究的常用函數(shù)，經常通過評估不同含量的物質（本文為改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)）對生物體的作用，確定其含量－反應關系。對兩種細菌的抗菌測試結果分別進行DoseResp擬合，得到緯紗中改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)X對大腸桿菌的抑菌率Y1關系方程、對金黃色葡萄球菌的抑菌率Y2關系方程：

Y1=83.45501+（98.38201-83.45501）/（1+10^{（30.65248-X）·0.11174}） （3）

Y2=-2335.8978+（99.50587+2335.8978）/（1+10^{（-340.0542）·0.00817}） （4）

對A系列織物的抗菌結果進行統(tǒng)計分析，顯著性結果見表4。從表4中數(shù)據(jù)可得，A系列織物對兩種細菌抑制率擬合方程的統(tǒng)計檢驗決定系數(shù)R2均大于0.99，相關概率值P值均小于0.01，進一步說明了自變量對擬合效果的影響達到較高水平，改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)對織物的抗菌性能具有顯著性影響。

由圖3可知，當改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)為0時，織物對大腸桿菌的抑制率最低，在0～20%區(qū)間內對大腸桿菌的抑制率有增加趨勢但無明顯變化，在20%～50%區(qū)間內對大腸桿菌的抑菌率逐漸顯著增強，并在改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)為50%時抑菌率達到較好結果，在50%～100%區(qū)間內對大腸桿菌的抑制率有輕微上下波動，但基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)為100%時抗菌效果最佳，抑菌率達99%。由圖4可知，織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率均達到較高水平，并隨著改性大豆蛋白纖維在緯紗中質量分數(shù)的增加，抑菌效果整體呈現(xiàn)上升趨勢，在緯紗全為改性大豆蛋白纖維時對金黃色葡萄球菌的抑制率最佳，達99%。

從圖3—圖4可以看出當經紗為桑蠶絲，緯紗全為絹絲時，織物對大腸桿菌的抑菌率為83.5%，對金黃色葡萄球菌的抑菌率為95.4%，也具備了良好的抗菌性。這是因為蠶絲的重要組成部分絲素蛋白由大量氨基酸構成^［9］，其分子結構中的-NH2在酸性條件下結合H+形成NH3+，當與帶負電荷的細菌接觸時，會吸附細菌從而抑制細菌的呼吸使其死亡^［10-11］。但蠶絲纖維在紫外光的照射下，多肽鏈間會氧化裂解，分子間作用力減弱，使其強力受損，同時，由于其蛋白質纖維的屬性，在濕熱條件下易滋養(yǎng)細菌，對于后續(xù)抗菌性能的保持存在不穩(wěn)定性。改性大豆蛋白纖維因其自身含有的大豆低聚糖和大豆皂苷，對細菌的生物活性有較強的抑制作用，此外，研究顯示改性大豆蛋白纖維對紫外線的屏蔽率高達99.8%。因此，隨著緯紗中改性大豆蛋白纖維比例的增加，織物對上述兩種菌落展現(xiàn)出更強的抗菌能 力，采取改性大豆蛋白纖維與絲交織的方式，可以使織物在保持良好親膚性的同時，具備顯著且穩(wěn)定的抑菌效果。

2.3 織物遠紅外性能測試結果與分析

現(xiàn)有研究已表明，遠紅外織物具有蓄熱、壓制乳腺癌細胞侵襲和增殖^［12］、衰減神經肌肉疲勞及改善線粒體功能^［13］等作用。本文分別測試了A系列不同緯紗質量分數(shù)、B系列不同織物結構織物的遠紅外發(fā)射率和遠紅外輻射溫升，具體實驗結果和變化趨勢如圖5—圖6所示。按照GB/T 30127—2013標準，若普通樣本的遠紅外發(fā)射率大于0.88，輻射溫升大于1.4 ℃，則評議該樣本具有遠紅外性能。從圖中數(shù)據(jù)可知，A、B系列織物的遠紅外發(fā)射率在0.95以上，輻射溫升在1.65 ℃以上，評定其均具備優(yōu)異的遠紅外性能。

ExpGro1模型通常用于表征生物、含量或其他領域中自變量呈現(xiàn)指數(shù)型增長趨勢的數(shù)據(jù)集。對A系列織物的遠紅外測試結果進行ExpGro1擬合，得到緯紗中改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)X對織物遠紅外發(fā)射率Y3關系方程、遠紅外輻射溫升Y4關系方程：

Y3=-0.069e^{（X/120.03224）}+1.01924 （5）

Y4=-0.14385e^{（X/77.66924）}+1.51949 （6）

針對A系列織物的遠紅外性能進行統(tǒng)計分析，顯著性結果見表5。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，統(tǒng)計檢驗決定系數(shù)R2均超過0.99，且相關概率值P值均低于0.01。這一結果表明，ExpGro1模型具有高度的解釋力，能夠有效地擬合和解釋觀測數(shù)據(jù)中的指數(shù)型增長趨勢，并進一步揭示改性大豆蛋白纖維的質

量分數(shù)對A系列織物的遠紅外性能具有統(tǒng)計學上的顯著影響。

如圖5所示，A系列織物的遠紅外發(fā)射率和遠紅外輻射溫升都隨著緯紗中改性大豆蛋白纖維質量分數(shù)的上升而不同程度地增加。當緯紗中改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)為75%時，織物的遠紅外發(fā)射率達到0.983，并在超過75%后增長趨勢減緩，質量分數(shù)達100%時，遠紅外發(fā)射率最佳，為0.988。遠紅外輻射溫升則在織物緯紗中改性大豆蛋白纖維的質量分數(shù)超過33%后增長趨勢變快，直至質量分數(shù)達100%時溫升最高，為2.05 ℃。這是因為改性大豆蛋白纖維能夠發(fā)射與人體波譜相同的遠紅外線，經研究檢測，在人體溫度為35 ℃時，改性大豆蛋白纖維就能夠受到熱量激發(fā)，發(fā)射遠紅外線，與皮膚形成遠紅外照射效應，這種效應可以引起人體細胞的共振，進而促進血液循環(huán)，提高人體免疫力^［14］。

如圖6所示，原料比相同、組織結構不同的B系列織物，遠紅外性能存在較大差異。從圖中可以看出，B6蜂巢組織織物的遠紅外性能最好，B5八枚緞紋的遠紅外發(fā)射率最差，B4五枚緞紋的輻射溫升最低。造成此差異性結果的原因是織物的遠紅外性能會受織物厚度、織物表面粗糙度的影響，經實驗測得B1－B6織物的厚度分別為0.404、0.432、0.454、0.470、0.554、0.852 mm。蜂巢組織織物具有明顯的網(wǎng)眼結構，表面平整度最低且凹凸感強烈，這些結構特點使得織物能夠吸收并轉化更多的遠紅外輻射，故其遠紅外性能最好。緞紋組織織物雖然在厚度上比重組織和斜紋組織厚，但其表面光滑度和平整度最高，對遠紅外輻射的反射性最強，這意味著輻射沒有被有效利用，因此緞紋組織的遠紅外性能最差。綜上可得，織物的遠紅外性能受表面粗糙程度的影響更大。

3 結論

以桑蠶絲為經紗，改性大豆蛋白纖維和絹絲為緯紗，本文制備了一種具有抗菌遠紅外性能的綠色紡織品，并分析了改性大豆蛋白纖維含量及組織結構對織物抗菌和遠紅外性能的影響，得出以下結論：

a）在抗菌性能方面，A系列9組織物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌率均高于80%。隨著緯紗中改性大豆蛋白纖維質量分數(shù)的增加，織物的抗菌效果也隨之增強。在改性大豆蛋白纖維質量分數(shù)為100%時，織物的抗菌效果最佳，對兩種菌落的抑菌率均高達99%。相比之下，改性大豆蛋白纖維對大腸桿菌的抑制效果改善更加明顯。

b）在遠紅外性能方面，隨著改性大豆蛋白纖維在緯紗中占比的增加，A系列織物的遠紅外發(fā)射率及遠紅外輻射溫升逐漸變好。B系列織物由于組織結構不同，織物厚度和表面粗糙程度存在差異，織物表面粗糙程度對遠紅外性能的影響高于織物厚度的影響。

c）當緯紗全為改性大豆蛋白纖維時，交織物的抗菌與遠紅外性能最佳。從市場開發(fā)角度考慮，由于改性大豆蛋白纖維的來源相對豐富，生產成本比絲低很多，這種高性能、高性價比的織物設計方案具備巨大的市場潛力。

盡管改性大豆蛋白纖維具有良好的親膚性及抗菌遠紅外等性能，但其織物經長期使用和多次洗滌后，抗菌效果的耐久性還未進行實驗研究。另外，由于生產技術門檻較高、耐熱性和染色牢度不足等原因，改性大豆蛋白纖維在實際應用中的推廣程度并不高。未來可以考慮在強化大豆改性植物蛋白纖維功能性、改善其強度和耐久性及生產工藝方面進行技術改進和創(chuàng)新，使其得到更加精細化、規(guī)模化的發(fā)展，廣泛應用于紡織服裝與醫(yī)療衛(wèi)生領域。

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Antimicrobial and far-infrared properties of interwoven silk/soybean protein fiber fabrics

ZHENG Mengyu1，" ZHANG" Jinzhen2，" DING" Yuanyuan2，" LEI" Bin2，" ZHU Chengyan1，" ZHANG Hongxia1

（1a. Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology， Ministry of Education，

Zhejiang Sci-Tech University; 1b. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Fiber Materials and Manufacturing

Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China;

2.Daly silk （Zhejiang） Co.， Ltd.， Shaoxing 312000， China）

Abstract：

With the global advancement of environmental protection awareness， the textile industry is facing significant challenges. Traditional textile functional finishing agents are under strict regulation due to their negative impact on the environment. At the same time， consumers '"" demand for healthy textiles is also increasing， gradually relying on scientific research to bring functionality， health， and applicability to textile and apparel products.

The study aimed to develop a healthy， environmentally friendly and multifunctional textile fabric. Mulberry silk was chosen as the warp material， with silk and modified soy protein fiber being used as weft materials. To deeply investigate the impact of different mass fractions of fibers and fabric structures on the performance of the fabric， 15 groups of fabrics with different specifications were woven for trial. Among them， nine groups of fabrics were woven with different weft insertion ratios of the two types of weft yarns with the weft insertion ratios of the soy protein fiber to silk being： 0∶1， 1∶4， 1∶2， 1∶1， 2∶1， 3∶1， 4∶1 and 1∶0. Six groups were woven with different fabric structures， namely weft backed weave， twill weave， broken twill weave， five-heddle satin， eight-heddle satin， and honeycomb. The fabrics underwent tests for antibacterial properties and far-infrared emission performance， and regression equations were used to analyze the experimental data to reveal the relationship between various parameters and performance. The results show that as the mass fraction of modified soy protein fiber in the weft increases， the antibacterial properties of the fabric gradually enhance. This is mainly attributed to the natural antibacterial components in modified soy protein fibers， oligosaccharides， and saponins. Similarly， as the mass fraction of modified soy protein fibers in the weft increases， the far-infrared emission properties of the fabric also improve. This characteristic helps to improve human microcirculation and increase wearing comfort. Compared with previous literature and research， the conclusions drawn from this study are consistent with previous results and further verify the potential of protein fibers in environmentally friendly and multifunctional textile fabrics.

The study has successfully developed a healthy， environmentally friendly， and multifunctional textile fabric. Experimental results indicate that protein fibers， especially plant-based protein fibers， have great potential in functional development. Future research can further explore the application of different types of protein fibers and their combinations in textile fabrics， aiming to develop more diverse and superior-performing eco-friendly fabrics.

Keywords：

soybean protein fibers; silk fabric; antibacterial; far-infrared; functional textiles

基金項目： 2022年中央外經貿發(fā)展專項資金（繭絲綢）項目（浙財建〔2022〕95號）

作者簡介： 鄭夢雨（1986—），女，山東人，碩士研究生，主要從事功能性紡織品方面的研究

通信作者： 張紅霞，E-mail：hongxiazhang8@126.com