班 慎，陳健禹，馬 超，喬 輝，魏取福，劉 科

(1.生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122； 2.湖北文理學(xué)院 低維光電材料與器件湖北省重點實驗室，湖北 襄陽 441053)

羊毛纖維作為一種天然的蛋白質(zhì)纖維[1]，在穿著過程中常受到溫度與濕度等環(huán)境因素的影響，容易寄生和傳播一些細菌和真菌，對人體健康產(chǎn)生一定的威脅，所以需要對毛紡織品進行抗菌整理。Sadeghi等[2]通過合成含銀、銅、鋅微粒的殼聚糖衍生物將其在毛紗上應(yīng)用，提高了羊毛的抗菌活性。近年來國內(nèi)外學(xué)者致力于新型抗菌材料的開發(fā)，如石墨烯、環(huán)糊精等。同時，一些研究表明，某些芳香具有鎮(zhèn)靜和醫(yī)療保健作用[3-4]，但是單純的利用香精把芳香整理到紡織品上存在著許多問題，香精中的有效成分化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，保存和使用受到很大限制[5]。所以，芳香的緩釋長效是芳香整理的主要問題，利用微膠囊技術(shù)制得的芳香微膠囊得到有效開發(fā)和利用。Biswas等[6]制備的茉莉芳香微膠囊在家居裝飾中發(fā)揮了重要作用。同時，多功能紡織品的研發(fā)也是近年來的研究熱點，織物同時具有抗菌芳香2種功能，既滿足人們需求，又提高了紡織品的附加值。

本文采用天然提取的玫瑰芳香微膠囊和抗菌整理劑對羊毛織物進行后整理，使織物具有抗菌性能和芳香效果。探究浸軋芳香整理的最佳工藝條件，并研究芳香整理羊毛織物在靜置和水洗狀態(tài)下的芳香持久性。同時，進一步研究了羊毛織物抗菌整理的最佳工藝條件、抗菌性能和耐水洗效果。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

芳香納米微膠囊(SNC208)、芳香黏合劑(AF6100)、防螨抗菌整理劑(ABM)、交聯(lián)劑(AF97)(上海赫特化工有限公司)；大豆蛋白胨(BR)、胰蛋白胨(BR)、酵母浸膏(BR)、氯化鈉(CP)、氯化鉀(AR)、磷酸氫二鈉(AR)、磷酸二氫鉀(AR)、吐溫80(CP)以及瓊脂(BR)，均為國藥集團化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

GZX-9070MBE型電熱鼓風(fēng)干燥烘箱(上海博訊實業(yè)有限公司)，HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市榮華儀器制造有限公司)，SU-1150型掃描電子顯微鏡(SEM，日立高新技術(shù)有限公司)，Nicolet iS10型傅里葉紅外光譜儀(FT-IR，美國賽默飛世爾科技有限公司)，TA-Q500型熱重分析儀(美國TA儀器公司)，P-A0型立式軋車(佛山市亞諾精密機械制造有限公司)，R-3型定型焙烘機(瑞比染色試機有限公司)。

1.2 芳香抗菌整理工藝

采用二浸二軋法對羊毛織物進行芳香抗菌整理。在常溫下，將羊毛織物放入浴比為1∶10的整理液中浸泡15 min，然后用立式軋車軋1次(軋液率70%)，再在相同條件下浸泡15 min后，在同樣軋液率下用軋車再軋1次，于60 ℃條件下烘干待用。

1.3 芳香抗菌羊毛織物洗滌工藝

經(jīng)過芳香抗菌整理的羊毛織物水洗方法按照GB/T 12490—2014《紡織品 色牢度試驗 耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度》中試驗條件BIS進行洗滌，采用ECE無磷標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑。下面程序相當(dāng)于5次洗滌：水溫50 ℃，洗滌劑質(zhì)量濃度0.4 g/mL，150 mL溶液，洗30 min。洗滌后取出樣品在100 mL去離子水中清洗2次，每次1 min。重復(fù)此程序，直至規(guī)定的洗滌次數(shù)。

1.4 性能測試及表征

1.4.1 抗菌性測試

采用GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分:振蕩法》測試整理后羊毛織物的抗菌性能。測試菌種有大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，通過計算存活菌落數(shù)目來計算抗菌率。羊毛織物對菌種的抑菌率用R(%)表示，計算公式如下式[7]所示：

R=(1-C/F)×100%

式中：C為復(fù)合整理羊毛織物振蕩接觸菌液18 h后的菌液濃度，CFU/mL；F為未經(jīng)整理羊毛織物振蕩接觸菌液18 h后的菌液濃度，CFU/mL。

1.4.2 芳香耐水洗測試

采用主觀法進行評定。主觀法測量是基于路易斯[8]所使用的方法做了一定調(diào)整，對靜置在空氣中一定時間以及經(jīng)過水洗后的復(fù)合織物在24 h內(nèi)經(jīng)20名裁判評價芳香是否存在。

1.4.3 抗菌耐水洗測試

對經(jīng)過復(fù)合整理的羊毛織物進行耐水洗測試，然后對未水洗和水洗后的羊毛織物進行抗菌性能測試，分析抑菌率的變化以及耐水洗性能。

1.4.4 羊毛纖維表面化學(xué)成分分析

測定羊毛織物芳香抗菌整理前后的紅外光譜，光譜波數(shù)范圍在4 000～400 cm-1之間。

1.4.5 表面形貌分析

采用掃描電子顯微鏡(SEM)對羊毛織物芳香抗菌整理前后的表面形貌進行觀察。

1.4.6 熱穩(wěn)定性分析

稱取10 mg左右的芳香整理、抗菌整理、芳香抗菌復(fù)合整理以及未處理羊毛織物，用熱重(TGA)分析儀進行熱穩(wěn)定性分析，測試溫度范圍為25～600 ℃，升溫速率為15 ℃/min，N2條件下進行，所得結(jié)果使用Origin作圖軟件進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 芳香整理工藝分析

在一定溫度下，將羊毛織物在浴比為1∶10的溶液中浸漬一段時間，使二者充分接觸，然后用立式軋車軋1次(軋液率70%)，再在相同溫度下浸漬相同的時間，在相同的軋液率下再軋1次，在60 ℃條件下烘干后，焙烘1 min。采用正交試驗選取芳香納米微膠囊質(zhì)量濃度、黏合劑質(zhì)量濃度、整理溫度、整理時間、焙烘溫度為5個因素，每個因素選取4個水平。按L16(45)正交表進行試驗，正交試驗方案見表1，芳香整理正交試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表1 芳香整理正交試驗因素水平

表2 芳香整理正交試驗結(jié)果

表3 芳香整理方差分析表

由表2、3可知，因素A芳香納米微膠囊質(zhì)量濃度和因素D整理時間對香味等級的影響最大，且微膠囊質(zhì)量濃度在水平4和整理時間在水平3時效果最好；因素B的影響效果較小，并在水平1時效果最佳；因素C和E對芳香效果幾乎無影響，綜合各個因子的影響效果和顯著作用，確定最佳工藝為A4B1C2D3E3，即微膠囊質(zhì)量濃度80 g/L，黏合劑質(zhì)量濃度20 g/L，整理溫度40 ℃，整理時間40 min，焙烘溫度140 ℃。

2.2 抗菌整理工藝分析

在一定溫度下，將羊毛織物在浴比1∶10的溶液中浸漬一段時間，使其充分潤濕，并與整理液充分接觸，并在60 ℃條件下烘干。采用正交試驗，選取影響抗菌效果最大的4個變量，即抗菌劑質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量濃度、整理時間、焙烘溫度為4個因素，每個因素選取3個水平，按L9(34)正交表進行試驗，抗菌整理正交試驗方案見表4，抗菌整理正交試驗結(jié)果見表5。

表4 抗菌整理正交試驗因素水平

2.3 玫瑰芳香耐水洗性能分析

芳香整理耐水洗性能測試結(jié)果見表6。可知，經(jīng)過浸軋法整理的芳香羊毛織物具有良好的牢度，保香性強，留香持久。在空氣中靜置30天后的羊毛織物具有很濃的玫瑰芳香，水洗5次后的織物仍保留較濃的玫瑰芳香。這是因為在高溫焙烘條件下，黏合劑與羊毛纖維上的氨基、羧基等活性基團發(fā)生共價結(jié)合，在羊毛織物表面形成一層薄膜[9]，黏合劑包裹著芳香微膠囊黏附在纖維表面或填充在纖維縫隙中，最終使玫瑰芳香微膠囊均勻地分布在羊毛織物上。并且羊毛織物在浸軋過程中，黏合劑分子和芳香微膠囊分子通過布朗運動擴散到織物間隙中，再在焙烘工藝下使得分子的布朗運動加劇，減小了黏合劑分子與織物表面極性基團之間的距離，使包裹芳香微膠囊粒子的黏合劑與羊毛織物之間形成非常穩(wěn)定的黏接狀態(tài)[10]。經(jīng)浸軋法整理后的玫瑰芳香羊毛織物上的芳香微膠囊不易脫落，在自然靜置狀態(tài)下和水洗5次后仍具有很好的留香效果。

表5 抗菌整理正交試驗結(jié)果

表6 芳香整理耐水洗性能測試 級

2.4 抗菌耐水洗性能分析

用抗菌劑質(zhì)量濃度為70 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為60 g/L，整理時間為20 min，焙烘溫度為150 ℃的抗菌整理工藝對羊毛織物進行整理。整理后織物的耐水洗性能測試結(jié)果見表7?？芍捎媒埛咕砗蟮难蛎椢飳瘘S色葡萄球菌、大腸桿菌具有高效的抗菌效果和持久耐洗滌性。未洗滌時對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均達到99.99%，洗滌20次后對金黃色葡萄球菌抑菌率仍達到99.99%，對大腸桿菌的抑菌率也有著很強的抗菌性能，達98.80%。這是因為羊毛織物在軋焙烘的過程中，抗菌劑和交聯(lián)劑分子運動加劇，有利于向纖維內(nèi)部滲透、擴散[11]，使得交聯(lián)劑與抗菌劑上的羥基和羊毛纖維上的羥基交聯(lián)反應(yīng)更充分。從而使抗菌劑與羊毛織物之間形成了牢固的連接[12]。另一方面，經(jīng)過第2次浸漬和軋焙烘工藝后，使足夠多的抗菌劑牢固地整理到羊毛織物表面和內(nèi)部，為再一次的交聯(lián)反應(yīng)做準(zhǔn)備[13]。因此大量的抗菌劑被牢固黏結(jié)在羊毛織物上，多次水洗后依然附著在羊毛表面，維持高效的抗菌性能。

表7 抗菌整理耐水洗性能測試 %

2.5 芳香抗菌羊毛織物性能分析

2.5.1 紅外化學(xué)結(jié)構(gòu)(FT-IR)分析

圖1 整理前后羊毛織物的紅外圖譜

2.5.2 形貌分析(SEM)

圖2為整理前后的羊毛織物SEM圖。由圖可知，處理前的羊毛纖維表面較光滑，鱗片較規(guī)整。而經(jīng)抗菌整理及復(fù)合整理后的羊毛纖維表面變得不平整，且有一些附著物[13]，說明在軋、焙、烘條件下，抗菌劑與羊毛纖維發(fā)生了有效交聯(lián)，并附著在羊毛織物表面及縫隙中。對比圖2(a) (c)和 (d)可以看出，纖維鱗片表面被均勻覆蓋了一層薄膜[11]，表面還有顆粒狀分布。表明玫瑰芳香微膠囊通過黏合劑在纖維表面成膜并黏附在羊毛織物上。

圖2 整理前后羊毛織物的SEM圖(×1 000)

2.5.3 熱穩(wěn)定性(TGA)分析

圖3為羊毛織物及整理后羊毛織物熱穩(wěn)定性分析曲線?？芍刺幚硌蛎w維的初始裂解階段為110～215 ℃，質(zhì)量損失率約為0.8%；主要裂解階段為215～458 ℃，質(zhì)量損失率約為62.4%；殘渣裂解階段為458～605 ℃，固體殘渣剩余率為5.5%。經(jīng)過抗菌整理后羊毛纖維的初始裂解溫度上升5 ℃，固體殘渣剩余率略微減少，可能因為經(jīng)抗菌整理后的羊毛織物引入了較強的化學(xué)鍵，使得羊毛纖維的大分子鏈不易斷裂，從而使得抗菌整理后羊毛織物的主要裂解溫度升高，熱穩(wěn)定性有所提高。圖中玫瑰芳香整理后羊毛織物的初始裂解階段為110～222 ℃，質(zhì)量損失率約為1.6%；主要裂解階段為220～440 ℃，質(zhì)量損失率約為61%；殘渣裂解階段為440～605 ℃，固體殘渣剩余率為6.6%。經(jīng)復(fù)合整理后羊毛織物主要裂解溫度和固體殘渣剩余率變化趨勢與芳香整理相同，芳香整理后羊毛織物的固體殘渣剩余率升高，說明芳香微膠囊成功整理到羊毛織物上，并發(fā)生了化學(xué)交聯(lián)[18]。

圖3 羊毛織物及整理后羊毛織物的熱穩(wěn)定性曲線

3 結(jié) 論

①浸軋法對羊毛織物芳香整理的最佳工藝為：微膠囊質(zhì)量濃度80 g/L，黏合劑質(zhì)量濃度20 g/L，整理溫度40 ℃，整理時間40 min，焙烘溫度140 ℃；抗菌整理的最佳工藝為：抗菌劑質(zhì)量濃度70 g/L，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度60 g/L，整理時間20 min，焙烘溫度150 ℃。

②經(jīng)過芳香整理的羊毛織物在靜置30天內(nèi)沒有明顯變化，具有良好的靜置持久性，但水洗5次后芳香濃度開始下降。經(jīng)過抗菌整理的羊毛織物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌率高達99.99%，水洗20次后抑菌率仍然分別高達99.99%、98.80%，具有優(yōu)良的抗菌和耐水洗性能。