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纯棉织物抗菌整理及工艺优化2022-04-12王焕敏 天津工业大学 王焕敏 摘要：通过正交试验方法探讨Sanitized T99-19抗菌整理剂用量、处理液pH值、烘干温度对抗菌性能的影响，并优选出最佳工艺，以优选工艺处理纯棉面料，使其具有良好的抗菌性能和服用性能。 关键词：抗菌性能；正交实验；抗菌整理 在人们的日常生活中，不可避免地接触到各种各佯的细菌、真菌等微生物，而纺织品正是这些微生物的良好生存之地，也是疾病的传播源。在一般情况下，我们感觉不到致病菌的危害。但当条件适宜时，我们皮肤上的致病菌就会大量繁殖，并通过皮肤、呼吸道、消化道以及血液对人体造成危害。细菌和真菌等微生物能引起局部化脓性炎症、全身感染、食物中毒、葡萄球菌性肠炎、肠道感染、皮肤粘膜感染、内脏感染、中枢神经系统感染等症状。现今社会随着人们生活水平的提高以及保健意识的增强，人们将越来越重视纺织品的保健、 卫生。而抗菌纺织品的存在，特别是家用抗菌纺织品的开发和应用，不仅对人体健康起到防患于未然的作用， 还能为人类提供优异、卫生和舒适的生活环境。现在市面上，抗菌防螨纺织品品种繁多，但大多存在价格高、耐洗性差等因素，故优选抗菌加工工艺，提高抗菌性、耐洗性和成本显得尤为重要[1] 1实验 1.1试验材料 Sanitized T99-19抗菌整理剂（阳离子有机硅，科莱思国际有限公司生产）：有机硅柔软剂、烧碱、双氧水、精炼剂；纯棉面料(约为120g/mz)等。 1.2实验仪器 DL-101-1电热鼓风干燥箱、G1177-3高温高压染色机、DK-98-II电热恒温水浴锅、YA2003精密电子天平等。 1.3工艺流程 煮练、退浆、漂白→浸轧整理液(带液率为70%～80%)烘干(90～100℃，以面料微潮为准) →拉幅定形(130℃) →轻轧光→成品。 1.4试验因素和实验方法 在实验中，为了选择最佳工艺配方和工艺条件，采用正交试验分析各因素对抗菌性能的影响。抗菌整理剂用量的多少和烘干温度直接影响着抗菌性能和抗菌的耐久性。又因抗菌整理剂为阳离子性， pH值的大小一方面会影响整理剂中硅醇与纤维素纤维中的-OH基反应的稳定性，影响抗菌性能。另一 方面，纯棉面料属于纤维素纤维，纤维素纤维耐碱不耐酸，在酸性条件下，棉纤维发生水解反应，其面料强力降低。经初步分析，选择抗菌整理剂用量、pH值和烘干温度作为3个因子，每个因子根据整理剂性质和面料种类选择三个水平，采用L9 (34)正交试验。 2结果统计分析与讨论 2.1工艺条件的确定 用正交试验方法确定的工艺条件分别处理纯棉面料并测量抗菌性能，经实验可知处理的纯棉面料对大肠杆菌的抑菌率均为100%，所以选择金黄色葡萄球菌的抑菌率作为试验值，又因为对纯棉面料， 其强力的大小易受酸碱度的影响，考虑到纯棉抗菌面料的可加工性，故将强力损失率也作为试验值，以选择既具有抗菌性能，又具有很好的服用性能的面料处理工艺。正交实验安排及实验统计分析见表1。 另外通过方差分析确定各测试指标的影响因子的强弱顺序并优选出最佳工艺‘”，抑菌率和强力损失率方差分析见表2、表3。 给定a =5%，查表得F(2，2)=19.00，这表示整理利用量、PH值和烘干温度对抑菌率无显著影响。 从以下正交实验结果及统计分析可以确定：影响抑菌率和强力的各因子强弱顺序均为B>A>C， 最优方案分别为A2B2C1、A3B2C1。 显然，各因素对抑菌率和强力损失率的影响次序不一致，而且各因素对抑菌率和强力损失率的影响并不显著，相对来说pH值的大小对抑菌率和强力损失率影响最大，其主要原因为棉纤维是纤维素纤维，而抗菌防螨处理液的最佳pH值为2～7，整理溶液显弱酸性，而纤维素纤维遇酸水解使聚合度降低，纤维强力也随之降低。从方差分析表中可看出，抗菌剂的用量对抗菌性能的影响很小，故考虑到成本问题，选择最佳工艺为A1B2C1，即最佳配方为整理剂用量为0.6 g/L，pH值为5，烘干温度为110℃。 表1 L9(34)正交试验表及实验结果分析 表2抑菌率数据方差分析表
表3强力损失率数据方差分析表
2.2柔软剂用量的确定 在功能后整理的过程中为了增加面料的服用性能，会选择使用某些助剂，考虑到我们的整理剂对面料有很好的相容性，故在加工中只选择一种柔软剂，使面料有柔软舒适的手感。为获得既具有良好的抑菌性又具有良好的白度和透气性，选择几种柔软剂用量，分别测试相应的白度和透气性，以选择最佳工艺配方。 在整理剂用量为0.6g/L，pH值为5，烘干温度为110℃不变的情况下，选择不同柔软剂用量，并测量在不同柔软剂用量下的面料的透气性和白度，柔软剂用量分别为lOg/L、20g/L、30g/L、40g几时反映面料手感的拉伸应变率和白度的数据如图l、图2。
图1不同柔软剂用量对面料透气性的影响
图2不同柔软剂用量对面料白度的影响 从图1看出，随着柔软剂用量的增加，纯棉面料的拉伸应变率增加，增加幅度不大，但柔软剂用量达到20g/L时，面料的拉伸应变率反而降低，主要是因为柔软剂的用量与纤维间的摩擦系数有关，柔软剂的用量直接影响纤维表面润滑油膜的厚度，根据油膜的厚度，润滑性质可分为流体润滑、边界润滑和半流体润滑，边界润滑在低速度时摩擦系数相当大，而流体摩擦在高速度时摩擦系数最大，故只有柔软剂的用量使纤维间的摩擦在流体润滑区或半流体润滑区中摩擦系数较少的区段，则纤维间的摩擦才能达到最低值。柔软剂用量达到20g/L后，纤维间的摩擦系数越来越大，拉伸应变率呈减小趋势。而从图2中看出，柔软剂用量对面料的白度的影响不大，故选择柔软剂用量为20g/L。 经实验分析后，将抗菌整理工艺配方定为：整理剂用量为0.6g/L、pH值为5、烘干温度为110℃、柔软剂用量为20g/L。在此配方下处理面料并依据美国ASTM E2149-2001《测定动态接触条件下固定抗菌剂抗微生物活性的试验方法》标准和日本JIS L1902- 2002《纤维制品抗菌性试验方法、抗菌效果》标准分别检测抗菌纯棉面料上金黄色葡萄球菌AATCC 6538 在一定时间内的减少量”1结果见图3。
图3 抗菌纯棉面料上金黄色葡萄球苗在一定时间内的减少量 从图中可看出，经优选工艺处理纯棉面料， 在10h前细菌减少曲线斜率接近1，细菌数量快速减少，而后渐渐趋于平行。这说明，经优选工艺处理的抗菌面料具有很好的抗菌性能。 2.3纯棉面料前处理对抗菌性能的影响 Saied T919以离子共价键和静电形式在面料表面形成层牢固的高分子膜，面料在前处理中，退浆、 煮练、漂白不均或不充分，其纤维上的浆料和蜡质的存在将会影响抗菌剂在纤维内部的渗透效果[4]，故而影响抗菌性能。因此前处理一定要有合适的工艺，使退浆要净，煮练、漂白要匀，30min毛效在12～13m防止浆料和蜡质影响织物的渗透性。使用烧碱对面料进行丝光处理，在清洗时，若布面清洗不净使布面带碱性，势必破坏抗菌剂工作液（抗菌剂工作液pH值为5），使硅醇与纤维素纤维中的-OH基反应不稳定，降低抗菌效能，因此在丝光处理中，面料水洗要净，以提高抗菌性能。 2.4抗菌性能耐久性测试 利用优选工艺对120g/ma的纯棉织物进行抗菌整理，并对其进行抗菌性能测试。依据国标GB8629- 88，实验布样以1：30的浴比，非离子性流涤剂质最浓度为2/L，在衣机内，于40℃下洗涤30min，脱水，在40'C下烘干，反复洗涤，20次后测试抗菌性能。测试结果见表4。 4抗菌剂抗金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率 由表4可看出，利用优选工艺处理面料，洗涤20 次后，面料仍具有良好的抗菌性能。 3结论 (1)经Sanitized T99-19整理剂用量为0.6g/ L、pH值为5、烘干温度为110℃、柔软剂用量为20g/L 处理后的纯棉织物，具有很好的抗菌性能，且此工艺条件下织物仍具有良好的服用性能。 (2)抗菌处理的织物在前处理时，退浆、煮练、 漂白要充分，前处理工艺要求能达到正常印染半成品质量要求，烧毛效果3～4级，白度在80以上，30min 毛效在12～13cm。 (3)通过正交分析和方差分析，确定各测试指标的影响因子的强弱顺序与最佳工艺参数，但通过方差分析可知抗菌整理剂用量对抗菌性能影响并不是很大，考虑到成本抗菌剂用量选0.6g/L。在选择柔软剂时，应满足在不影响抗菌性能的情况下，尽量保证织物具有良好的服用性能。 |
