植物中藥抗菌驅蚊功能棉纖維的制備及性能

宋慎群，田 麗，范甫軍，宋向榮，黃惠標

（江蘇康溢臣生命科技有限公司，江蘇 南通 226300）

目前，隨著人們對綠色安全越來越重視，開發一種綠色環保并且具有保健等多功能的紡織品已經成為越來越多研究者的研發方向[1-9]。植物提取物作為一種天然的材料，對人體無刺激，將其作為改性劑對纖維進行改性，應用在填充材料、服裝面料上，可保留植物的天然成分和功效[10]，也符合人的健康理念。本研究采用植物混合精油微膠囊和尼姆樹果實提取物、綠茶提取物作為功能抗菌驅蚊劑[11-12]，加入棉纖維進行一定的處理，制備抗菌驅蚊功能棉纖維，然后對改性后的棉纖維性能進行測試并進行抗菌效果和驅蚊性能的研究。

1 試驗

1.1 材料與儀器

材料：棉纖維，尼姆樹果實、綠茶提取物，桉葉油、艾蒿、薄荷精油，β-環糊精，無水乙醇，去離子水。

儀器：FE-1050系列掃描電鏡、ZD-85氣浴恒溫振蕩器、YG001B型電子單纖維強力儀、多容量移液槍、KW-1AB電子調溫電爐、恒溫水浴鍋、一定功率的超聲波清洗儀等。

1.2 抗菌驅蚊功能棉纖維的制備

1.2.1 混合精油微膠囊的制備

首先，稱取一定量的β-環糊精，向其中緩慢加入去離子水。其次，分別稱取桉葉油、薄荷、艾蒿精油3種物質，按質量比6∶4∶2進行混合，向混合液中滴加一定量的無水乙醇，放在振蕩器中攪拌均勻，備用。

將上述配好的混合精油溶液與β-環糊精分散液在一定的攪拌速度下按照一定的比例混合，混合后將該溶液放在70 ℃的振蕩器中振蕩2 h左右進行固化，然后將該混合液取出，在4 ℃下固化反應12 h，將混合液抽濾一定時間靜置，最后烘干后處理，得到芯材比為1∶1的混合精油微膠囊。

1.2.2 棉纖維練漂處理

將15.0 g/L雙氧水（30.00%）、5.0 g/L氫氧化鈉、3.0 g/L硅酸鈉、2.5 g/L表面活性劑配制成溶液，將棉纖維放入其中進行練漂處理，浴比為1∶30，放在90 ℃的恒溫水浴鍋中恒溫處理1 h，然后將處理后的棉纖維取出來水洗、烘干。

1.2.3 共混處理液制備

稱取尼姆樹果實提取物、綠茶提取物，按質量比4∶1混合均勻，向上述提取物中逐漸滴入常溫蒸餾水，放在電子攪拌機上溶解，并用濾網過濾，配制成20.00%尼姆樹果實提取物、綠茶提取物混合的植物提取物水溶液，再用滴管緩慢滴加混合精油微膠囊，在此過程中不斷攪拌，攪拌均勻后超聲振蕩20 min。

在處理液中，精油微膠囊以質量計，加入量為棉纖維的3.00%，混合提取物加入量為8.00%，在電子攪拌器上勻速攪拌，將混合液體經過過濾、脫泡靜置。

1.2.4 抗菌驅蚊棉纖維制備

將練漂后的棉纖維放入處理液中，浴比為1∶25；加入交聯劑和柔軟劑，以質量計，加入量分別為棉纖維質量的2.50%和1.00%。在90 ℃下處理1 h，脫水，在100 ℃下烘干，然后在130 ℃下固化交聯劑1～2 min。

1.3 棉纖維相關性能測試

纖維的形態通過FE-1050系列掃描電鏡進行觀察。

回潮率測試標準參照GB/T 6503—2017《化學纖維回潮率試驗方法》。

參照國家標準GB/T 14337—2022《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》，先將待測試樣在恒溫恒濕環境下調試，然后依次測試待測纖維的力學性能。

根據國家標準GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》測試功能棉纖維的抗菌性能。

根據國家標準GB/T 30126—2013《紡織品 防蚊性能的檢測和評價》測試功能棉纖維的驅蚊性能。

2 結果與分析

2.1 纖維形態特征

2.1.1 橫截面形態

抗菌驅蚊棉纖維和普通棉纖維的橫向截面形態掃描電鏡照片如圖1所示。

圖1 掃描電鏡下棉纖維橫向截面

由圖1可以看出，抗菌驅蚊處理前的棉纖維截面上還存在較大的中腔，而處理后的棉纖維也存在中腔，但與處理前的棉纖維相比存在中腔模糊且不太明顯的情況，這可能是抗菌驅蚊處理過程中植物提取物和微膠囊功能劑加入棉纖維中腔造成的。

2.1.2 縱向表面形態

抗菌驅蚊棉纖維和普通棉纖維在掃描電鏡下的縱向表面形態如圖2所示。

圖2 掃描電鏡下棉纖維縱向表面形態（2 000倍）

由圖2可以看出，普通棉纖維表面較平整光滑，而抗菌驅蚊棉纖維的表面比較粗糙且有較多小的凸起顆粒，這是由于功能棉纖維中混合精油微膠囊和植物提取物的介入影響了棉纖維的表面光潔度，有微膠囊附著在纖維表面，說明纖維表面存在微膠囊。

2.2 纖維力學性能

抗菌驅蚊棉纖維和普通棉纖維的基本力學性能如表1所示。

表1 普通棉纖維和抗菌驅蚊棉纖維的力學性能測試結果

從表1的試驗數據可以看出，與普通棉纖維的斷裂強度相比，抗菌驅蚊棉纖維的斷裂強度有所降低，而其斷裂伸長率提高了1.04%，這是由于抗菌驅蚊功能劑的添加，特別是植物提取物的加入以及微膠囊的添加，使驅蚊抗菌功能棉纖維大分子聚集態發生了一定的變化，無定型區有所增加，導致功能棉纖維大分子間的作用力有所降低，從而使功能棉纖維的斷裂強度降低，棉纖維的斷裂伸長率有所提高。

2.3 纖維吸濕性能

抗菌驅蚊棉纖維和普通棉纖維的回潮率如表2所示。

表2 抗菌驅蚊處理前后棉纖維的回潮率

由表2可知，因為功能劑的添加，尤其是植物提取物的添加，引入了部分親水基團，也改變了大分子的聚集態結構，所以抗菌驅蚊棉纖維的回潮率提高了1.51%。

2.4 纖維抗菌性

抗菌驅蚊棉纖維抗菌性能測試結果如表3所示。由表3可以看出，抗菌驅蚊棉纖維水洗0次和水洗20次對金黃色葡萄球菌的抑制率分別為98.60%和95.42%，對大腸埃希菌的抑制率分別為97.22%和93.51%，對白色念珠菌的抑制率達到了95.34%和90.46%，顯示了良好的抑菌活性和耐水洗性。這是由于抗菌驅蚊棉纖維中或表面含有尼姆樹果實、綠茶提取物和混合精油。該功能纖維具有較強的抗菌功能，表現出對細菌的較強抑制作用，且由于綠茶中鞣酸以及交聯劑的共同作用，抗菌驅蚊棉纖維的耐水洗性良好。

表3 抗菌驅蚊棉纖維的抗菌性能測試結果

2.5 纖維驅蚊性

測試結果表明，抗菌驅蚊棉纖維水洗0次對蚊子的驅避率為78.80%，具有極強的驅避效果；水洗20次后，驅避率為47.80%，仍具有驅避效果。這是因為混合精油和尼姆樹果實提取物都有良好的驅蚊功效，所以抗菌驅蚊棉纖維水洗前具有極強的驅蚊效果；水洗20次后，雖然混合精油和尼姆樹果實提取物有較大的“損耗”，但是對蚊子仍然具有驅避效果。

3 結論

（1）由植物混合精油微膠囊和尼姆樹果實、綠茶提取物制得一定濃度的混合液，再放入經過預處理的棉纖維進行特殊處理，可制得抗菌驅蚊棉纖維。

（2）對抗菌驅蚊棉纖維的橫向截面和縱向表面進行觀察可知：與普通棉纖維相比，抗菌驅蚊棉纖維的橫向截面中腔模糊且不明顯；縱向表面較粗糙且有較多小的凸起顆粒，即有微膠囊附著在纖維表面。

（3）與普通棉纖維相比，抗菌驅蚊棉纖維斷裂強度降低了0.33 cN/dtex，斷裂伸長率提高了1.04%，回潮率提高了1.51%。

（4）對比分析抗菌驅蚊棉纖維水洗0次和水洗20次的抗菌效果可知，對3種菌的抑制率分別可以達到98.60%、97.22%、95.34%和95.42%、93.51%、90.46%，超過了國家標準的相關規定，顯示出良好的抑菌活性和耐水洗性。水洗0次對蚊子的驅避率為78.80%，具有極強的驅避效果；水洗20次后，驅避率為47.80%，仍具有驅避效果。