棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維的性能探討

關立平 和圓圓 董哲英

棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維的性能探討

關立平 和圓圓 董哲英

通過對棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維性能的測試與分析，探討了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維的外觀形態、回潮率、拉伸性能、抗菌性能等性能特點。結果表明，復合纖維具有優良的吸濕和抗菌性能，拉伸性能在干、濕態下的性能沒有顯著差異，能夠滿足基本的紡織品加工的需要。

棉短纖；羧甲基殼聚糖；復合纖維；性能；抗菌

棉纖維具有良好的抱合性，其廢舊產品在二次加工過程中極難通過梳理而達到完全分散，使得最終產品較新棉加工的產品質量有顯著的差距。由于加工成本過高，致使生產者所獲利益偏低，而消費者又無法獲得更大的實惠。而棉短絨由于纖維短，難以通過普通的紡紗工藝獲得條干良好且適于紡織后道生產加工的需求[1]。殼聚糖來源于甲殼類生物體，具有良好的抗菌性和生物相容性，其化學結構與纖維素纖維非常相似，通過適當的工藝可以使其與棉纖維進行牢固地粘合。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，使其應用范圍更廣。用羧甲基殼聚糖將棉短纖粘結成結構均勻的類似于亞麻工藝纖維的復合纖維，使之能夠滿足紡織生產加工工藝的要求，不僅可以擴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值，具有很高的實用價值。

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，具備了殼聚糖原有的特性。根據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-羧甲基殼聚糖復合纖維。本文通過對棉短纖/羧甲基殼聚糖復合纖維性能的測試與分析，探討了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維的形態結構、吸濕性能、拉伸性能、抗菌性能等與加工和應用有關的性能特點。

1 實驗材料

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

表1 試樣表

2 實驗設備與方法

2.1 實驗設備

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

2.2 實驗內容及方法

1）形態結構觀測:復合纖維的形態結構測試采用顯微鏡觀察法和掃描電鏡（SEM）觀察法進行，分別觀察纖維的表面形態及截面形態。

2）吸濕性能：纖維的吸濕性能用回潮率來表征，回潮率采用烘干稱重法[3]進行測試。

3）拉伸性能測試[4]：復合纖維的拉伸性能測試在電子單纖維強力儀上進行，測試條件為溫度20℃±2℃，相對濕度65%±3%。在相同條件下測試復合纖維分別在干態和濕態時的斷裂強度、斷裂伸長率、初始模量及斷裂比功。采用GB/T1437（棉）標準進行纖維性能的測定。

4）抗菌性能測試[5]：復合纖維的抗菌性能測試菌種采用最常見的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。定性測試按照AATCC-30標準，用暈圈法進行測試。定量測試參照衛生部消毒技術規范1999年第三版、GB15979、美國AATCC100的抗菌標準，菌種按照AATCC-100標準，采用改良過的燒瓶振蕩法進行測試。

3 結果與分析

3.1 形態結構

圖1是棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維在光學顯微鏡下拍攝的截面（a）與縱向外觀（b）圖。圖像顯示，棉短纖在復合纖維中，其截面形態基本維持腰圓形的特點，而從其縱向圖像來看，棉短纖基本上沿復合纖維的軸向排列。這說明，O-羧甲基殼聚糖復/棉短纖混合液在經過紡絲工藝后，棉短纖的取向已從分散液中的各相同性狀態發生了變化，棉短纖在長度方向更趨向于沿復合纖維的軸向排列，有利于提高復合纖維的力學性能，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，棉短纖在復合纖維中的排列方式略顯混亂，但總體上棉短纖在長度方向上還是更趨向于沿復合纖維的軸向排列，這與其在光學顯微鏡圖片中顯示結果相近。而從復合纖維的截面照片來看，棉纖維的截面形態沒明顯變化，仍舊呈現出腰圓形態，但復合纖維中含有很多孔洞，這主要是因為在紡絲過程中，紡絲射流與凝固浴間有一定的距離，在其進入凝固浴時，會產生一定的氣泡，導致復合纖維中存在一定的氣孔，這也是圖1（b）中復合纖維在凝固浴中存在著一定氣泡的原因。復合纖維中存在著氣孔會對纖維的力學性能產生一定的負面影響，但對纖維的吸濕保濕性的提高卻有很好的促進作用。從圖1（b）和圖2（b）中還可以看出，復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，這將會影響復合纖維的應用。因此，我們目前正在積極探索，考慮通過物理牽伸、機械整理和化學處理的手段改善纖維的表面光滑度。

圖1 復合纖維光學顯微鏡圖

圖2 復合纖維的SEM照片

圖3 復合纖維回潮率與棉短纖含量的關系圖

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，均具有較好的吸濕性能，經測試可知，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。這主要與復合纖維中存在著大量的孔洞有關。從圖2（a）中可以看出，復合纖維中的孔洞主要產生于棉纖維之間，這主要是因為復合紡絲液在聚合凝聚過程中，O-羧甲基殼聚糖的聚合主要是圍繞著棉纖維而發生的，在聚合時產生了多個聚合體，而由于聚合，O-羧甲基殼聚糖的體積發生了一定收縮，從而造成了不同聚合體之間出現空隙，而這些間隙則有利于水份的貯存，從而加大了復合纖維的回潮率。當棉短纖含量增大時，O-羧甲基殼聚糖聚合時的聚合體數量增大，從而使孔洞數量增多，增加纖維的吸濕性。同時，雖然棉短纖的主體取向是沿著復合纖維軸向的，但也存在著大量與纖維軸向不平行的纖維分布，這造成了復合纖維內部結構上與水分子的接觸面，從而提高了復合纖維對水分子的吸附及轉移、貯存，從而增大了其回潮率。

圖4 復合纖維的全拉伸曲線

3.3 拉伸性能

復合纖維的全拉伸曲線如圖4所示。從圖中可以看出，復合纖維的拉伸曲線與纖維增強復合材料的拉伸曲線比較接近。在拉伸初期，復合纖維中聚O-羧甲基殼聚糖發生彈性變形，大分子被逐漸拉直，拉伸強力與伸長率成線性關系，隨后，棉短纖開始伸直，聚O-羧甲基殼聚糖結晶逐漸被破壞，纖維內部產生塑性變形，拉伸出現明顯的拐點。當聚O-羧甲基殼聚糖結晶結構被完全破壞，則復合纖維主體結構發生斷裂，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，而斷裂伸長率則為斷增大。

復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的抵抗變形能力。斷裂比功的大小說明纖維的韌性，當斷裂比功大，纖維在拉伸時能吸收較大的能量，要破壞它需作較大的功，也反映纖維的韌性較好，而且耐磨，其制品一般比較堅韌。從表2數據可以發現，復合纖維由于沒有經過有效的牽伸，加上纖維結構內部存在著眾多的孔洞，使其拉伸性能相對較差，斷裂強度偏低，斷裂比功也較小，還需要經過進一步的處理才能用于紡織生產加工。但數據也表明，復合纖維在干態和濕態時的拉伸性能比較接近。數據還表明，復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-羧甲基殼聚糖復合纖維對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。圖示說明，復合纖維對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 復合纖維的拉伸性能（平均值）

復合纖維的抑菌率如表3所示。從表中可以看出，復合纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有良好的抑菌率，而且，抑菌率對復合纖維中O-羧甲基殼聚糖含量的變化沒有明顯影響，說明復合纖維中的O-羧甲基殼聚糖含量超過20%后就可以使其對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌效果達到良好的效果，進一步提高其含量對復合纖維抗菌性沒有實際意義。

圖5 復合纖維的抗菌性能圖

表3 復合纖維的抑菌率

4 結論

本研究測試了棉短纖/O-羧甲基殼聚糖復合纖維的形態結構、吸濕性能、拉伸性能和抗菌性能，在對測試結果分析的基礎上探討了相應的原因，得出了如下結論：

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

2）復合纖維的吸濕性能要遠高于棉纖維和O-羧甲基殼聚糖；

3）復合纖維在干、濕態狀況下的拉伸性能沒有顯著差異，其拉伸強度和斷裂伸長率略差，但能滿足基本紡織品生產加工的需求；

4）復合纖維對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，2010，38（2）：64.

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

[3]朱進忠.紡織材料學實驗[M].北京：中國紡織出版社，1997.

[4]李汝勤.纖維和紡織品的測試原理與儀器[M].北京：中國紡織大學出版社,1999.

[5]羅伯特D布朗.最新儀器分析技術全書[M].北京：化學工業出版社,1998.

(責任編輯：竺小恩)

中科院公開創新孕婦防輻射面料技術

新技術基礎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合開發。新一代的孕婦防輻射服不僅具備更強的防輻射效能，同時將是一款安全、可靠的孕婦防輻射產品。此項新技術在多個專業領域實現了技術突破，正在申請國際專利。

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同時，金屬納米化后，將會成為帶正電荷的納米金屬顆粒。當它接觸到帶負電荷的微生物細胞后便相互吸附，穿刺細胞外表，使內部變性，降低細菌生成能力，讓細胞無法代謝和繁殖，進而阻斷細菌細胞的呼吸及改變細菌叢生態，可預防細菌感染。

銀纖維孕婦防輻射服以貴金屬銀作為原材料，銀是很好的導電材料，用來做孕婦防輻射服是最好不過的選擇。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，很容易和其他物質反應，難以保存，因此，難以應用于工業生產銀纖維。傳統的銀纖維采用的是納米銀附著技術，很難保證銀顆粒的穩定性和均勻度，穿著時間長了銀含量會掉落、氧化。

脫敏納米銀銀纖維最大的特是穩定性強，面料經過50次水洗試驗后，銀的流失率小于2.3%。中科院的科學家在世界領先的納米實驗室的幫助下，經過多年的研究、實驗，攻克了銀的不穩定性這一難題，通過環境、溫度的控制，讓銀以離子狀態聚合，實現了銀離子的穩定附著。脫敏處理后的銀離子可以更牢固的和纖維質結合，而且不易被氧化。優化了穩定性的銀纖維面料不僅具備的長期的輻射保護能力，更重要的目的還在于更適合人體貼身穿著。目前，澤嬰科技已應用此項技術獨家制成新一代孕婦防輻射面料。

記者了解到，在納米技術應用領域，中國的技術是領先于世界的。近年來，國家逐步開放了民營資本與權威機構的合作權限，這讓更多的“高精尖”技術在民用領域得到了廣泛的應用。技術研發和市場化運作在發展上是相互推動的，也是未來的趨勢，民族品牌華為和聯想為我們做了很好的榜樣。中國人的智慧在全世界倍受認可，相信隨著市場化的深入，未來會有更多的中國品牌得到本國消費者以及全球消費者的認可。(摘自中國紡織經濟信息網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

寧波市科技局項目《生物質殼聚糖基共混紡絲纖維的研究與應用》[編號2012B82014]

關立平，男，浙江紡織服裝職業技術學院，副教授，博士。研究方向：紡織材料與紡織品設計（浙江 寧波 315211）