竹原纤维产品抗菌整理与性能研究

根据加工工艺不同，竹纤维被分为再生竹纤维和原生竹纤维2种。原生竹纤维与再生竹纤维比，更多地保留了竹子的原有特性。经扫描电子显微镜观察，竹原纤维纵向有横节，粗细分布很不均匀，纤维表面有无数微细凹槽。横向为不规则的椭圆形、腰圆形等，内有中腔，横截面上布满了大大小小的空隙，且边缘有裂纹，与苎麻纤维的截面很相似。竹原纤维的这些空隙、凹槽和裂纹，犹如毛细管，可以在瞬间吸收和蒸发水分，故被誉为 “会呼吸的纤维”，用纯天然竹原纤维纺织加工成的面料及其服饰产品吸湿性强、透气性好，有清凉感。竹原纤维具有较强的抗菌性和杀菌作用，按照AATCC6538对竹原纤维、亚麻纤维、苎麻纤维和棉纤维进行抗菌性测试，结果见表1。

文献表明竹原纤维与亚麻、苎麻均具有较强的抗菌作用，天然、环保、持久、保健等特点是任何人工添加化学物质所无法比拟的，且其抗菌效果具有一定的光谱效应。日本研究人员的实验证实了竹沥有广泛的抗微生物功能，由竹纤维制成的纺织品 24 h抗菌率可以达到71 %，大大高于其他种类的纤维。日本纺织检查协会的检验证实由竹纤维制成的面料及纱线具有天然的抗菌作用。
由于竹原纤维产品的抗菌性在国内的研究还处于探索阶段，竹原纤维产品是否有如文献资料所述具有很高的抗菌性还有待检验，这里仅就竹原纤维产品的抗菌性进行初步的研究。
1 实验条件
1．1 实验材料
(1)织物坯样为了便于分析，选取了由株洲雪松麻业有限责任公司提供的竹原纤维与苎麻纤维2种织物坯布进行对比实验，其规格为：
纯竹(竹原纤维)：41．7texX41．7texX 54×54 160cm平纹
纯麻(苎麻纤维)：41．7texX 41．7texX 54×54 160cm平纹
(2)前处理退煮漂用药品 氢氧化钠、3O 双氧水、双氧水稳定剂、快速渗透剂、煮练剂。
(3)抗菌用药品交联剂EFR一3、柔软剂170、纤维素酶。
(4)HeahhGuard BK抗菌剂HeahhGuard BK是一种浓缩抗菌整理剂，具有广谱抗菌作用(酵母菌、霉菌和藻类等)，广泛应用于各种纺织品，与其他整理剂相容性良好，可与碳氟化合物整理剂、阻燃整理剂、柔软剂等同浴使用。纺织品和聚氨酯泡沫材料经本品整理后具有耐久抗菌性能。本次实验以He alt h— Guard BK抗菌剂为主，该抗菌剂具有以下特点：
①理化性能
外观：黄色透明液体；
pH值：2．O～3．2(1 %溶液)；
相容性：与大多数整理剂相容；
比重：0．92(20℃)；
离子性：阴离子；
生物降解性：95% ～100% OECD 302C;
溶解性：可乳化于水、乙二醇和酯类。
②产品特点对颜色和水洗牢度没有影响；安全、卫生；整理后的产品具有防尘效果；与纺织品整理剂相容；可控制广谱细菌如霉菌、真菌、酵母菌、藻类等的滋生；保持织物达到卫生标准；避免由细菌影响而带来的变色问题。
③ 应用为获得抗菌(细菌、酵母菌、霉菌、藻类等)及防尘效果，本品用量为织物重量的1．0% ，浸轧法或浸渍法均可。本品能与丙烯酸螯合分散剂共用，可渗入聚合物内部。

④ 释放机理经过整理的织物在足够的湿度下能有控制地释放出抗菌剂，其质量分数足以杀死或抑制细菌和真菌的生长。
⑤DM一3010抗菌剂 目前对DM一3010抗菌剂的抗菌机理没有相关资料。
1．2 实验方案
1．2．1 工艺流程
(1)退煮漂一浴工艺
二浸二轧(温度6O℃ 、煮练时间30 min、轧液率75 )一水洗一皂洗(15 g／L)一烘干(8O℃)
(2)抗菌整理工艺浸轧法(浴比1：50)
二浸二轧(室温、处理时间20 min、轧液率75% )一水洗一烘干(80℃)一烘焙(120℃)一水洗一皂洗(15 g／L洗衣粉)一烘干(80℃)
1 2 2 药品用量
(1)抗菌剂用量为布重的1% (浴比1：50)，在室温下对织物进行整理。
(2)交联剂与抗菌剂一浴对织物处理，用量分别为：0 g／L、1g／l、 2 g／L、3 g／L。
(3)柔软剂和纤维素酶不与抗菌剂一浴处理，用量为布重4% (浴比1：50)。柔软剂17O在室温下对织物进行30 min整理。纤维素酶在6O℃条件下对织物进行30 min整理。
1．3 性能测定
1．3．1 抗菌率
测试方法：采用“振荡瓶法”测试，将抗菌织物和试样菌加到盛有缓冲液的烧瓶中用振荡器在25℃ 以下以320～340 r／min的速度振荡1 h后，分别计算振荡前后的活菌数，按下式计算抗菌率。
抗菌率=(A—B)／A×100 %
式中A为振荡前的活菌数；B为振荡后的活菌数。
试验菌种：金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。
菌种浓度：6 h培养液稀释10 000倍加0．1 ml。
药物浓度：1 g×8 ml(生理盐水)。
测试地点：湖南中医学院。
1．3．2 白度
在温州仪器厂生产的ZBD型白度仪上测试。
1．3．3 耐磨性
评定方法：织物经规定条件的磨损后，测试其重量变化。
实验仪器：常州第二纺织机械厂生产的Y522织物耐磨试验机。
实验温湿度：干球21℃ 、湿球2O℃ 、相对湿度89% 。
实验砂轮磨料的型号为：A一150型砂轮。
实验加压：250 g。
摩擦次数：5O和100次。
测试指标：摩擦后的损失率(% )一(△G／磨前重量)×100
△G——磨前与磨后重量差值。
1．3．4 透气性
实验方法：参考GB／T 5453—1997中压透气性测量方法。
实验仪器：宁波纺织仪器厂生产的YG461A型织物中低压透气量仪。
实验温湿度：干球21℃ 、湿球2O℃ 、相对湿度89% 。
实验参数：低压，压差13 mmHzO。
实验条件：试样面积20 cm2。
实验喷嘴口径：6 mm。
测试指标：透气率R(rnm／s)=qv／A×167
qv— 平均气流dm3／min(L／min)；A——试样面积。
1．3．5 透湿性
实验方法：参照Q／FZJO5—0034织物透湿量测定方法、透气杯法》来测定织物的透气量。

实验仪器：Y802型恒温烘箱、透湿杯、干燥皿。
实验条件：透气面积为直径60 rllYrl的圆形试样。
实验温湿度：干球22．5℃、湿球21℃ 、相对湿度85% 。
实验时间：60、120、180 min。
测试指标：透湿量一(24·△m )／s·t，单位g／(m2·d)。
△m—— 同一实验组合两次称量之差(g)；s——试样实验面积(m2)；t——试验时间。s一0．011304 m2 ,t=1 h
1．3．6 强力
测试指标：断裂强力。
实验方法：剪切条样法。
实验仪器：南通宏大实验仪器有限公司生产的HD026N型电子织物强力仪。
实验条件：试样长3O cm、宽5 cm。
实验温湿度：干球24℃、湿球22．5℃ 、相对湿度85% 。
实验参数：拉伸速度20 mm／min，试样夹距200 mm。
1．3．7 耐洗性
将试样放在洗涤剂5 g／L(浴比1：50)的溶液中，于4O℃下洗涤10 min，然后用清水冲洗干净，甩干，反复洗涤10次后，在8O℃ 条件下烘干，测试织物的抗菌性能。
1．3．8 耐洗磨性
将试样放在洗涤剂5 g／L(浴比1：50)的溶液中，于4O℃下洗涤10 min，然后用清水冲洗干净，甩干，反复洗涤1O次后，在8O℃ 条件下烘干，再在Y522织物耐磨试验机上磨2O次，测试织物的抗菌性能。
1．3．9 耐磨洗性
先在Y522织物耐磨试验机上磨2O次，再将试样放在洗涤剂5 g／L(浴比1：50)的溶液中，于4O℃下洗涤10 min，然后用清水冲洗干净，甩干，反复洗涤1O次后在8O℃ 条件下烘干，测试织物的抗菌性能。
2 实验结果与讨论
2．1 未经抗菌整理的纯竹原纤维织物与纯苎麻织物性能比较经过前处理但未经抗菌整理的相同规格纯竹原纤维织物与纯苎麻织物的性能比较见表2。

2．1．1 抗菌性
由表2可知，经过前处理但未经抗菌整理的竹原纤维织物和苎麻织物的抗菌性都不好。竹原纤维织物对金黄色葡萄球菌的抗菌性比苎麻织物差，但对大肠杆菌的抗菌性好。
2．1．2 物理性能
经过前处理的竹原纤维织物耐磨性和强力要比苎麻纤维织物好，而透气性和透湿性较差。影响织物耐磨性和强力的主要因素是纤维或纱线的断裂强力和断裂伸长率。从测试数据看，竹原纤维或纱线要比苎麻纤维及其纱线的断裂强和断裂伸长率差，但从表2数据看，竹原纤维织物的耐磨性和强力却比苎麻纤维织物好，可能是由于前处理所用药品对苎麻纤维的损伤较大所至。竹原纤维织物的透气性比苎麻纤维织物差，可能与竹原纤维织物表面毛羽比苎麻纤维织物多有关，而且前处理药品对苎麻纤维织物的损伤，使得织物变薄、紧度变小，也可能使苎麻织物比竹原纤维织物的透气性好。竹原纤维织物的透湿性比苎麻纤维织物差，可能是由于竹原纤维比苎麻的回潮率小的原因。由于透湿量随织物的厚度、克重、织物紧度的增加而下降，经过前处理后的苎麻织物的厚度、克重、织物紧度都比竹原纤维小，也是使得竹原纤维织物透湿性比苎麻纤维织物差的原因。

2．2 不同交联剂EFR一3用量试验比较
2．2．1 实验结果
表3为BK抗菌剂用量为纯竹原纤维(或苎麻纤维)布重的1 %，其他工艺条件相同的情况下，不同交联剂用量的试验结果。

2．2．2 实验结果分析
图1和图2分别是经抗菌整理后的竹原纤维和苎麻纤维织物各种性能曲线图。由图1和图2分析可见，在对竹原纤维织物进行抗菌整理时，交联剂用量在2～2．5 g／L之间和2 g／L时效果最好。
通过以上对竹原纤维织物和苎麻织物通过不同量交联剂整理后的性能情况数据分析，竹原纤维织物经过抗菌剂和交联剂整理以后，其织物性能如白度、耐磨性、透湿量和强力要比苎麻织物好。这可能是，抗菌剂和交联剂对竹原纤维的损伤程度要比苎麻小有关。

2．3 柔软剂170与纤维素酶试验

2．3．1 试验结果
在BK抗菌剂用量为纯竹原纤维或苎麻纤维布重1% ，交联剂用量2 g／L时，再分别用柔软剂170和纤维素酶进行试验，结果见表4。

2．3．2 实验结果分析
(1)竹原纤维织物在相同工艺条件下，经过柔软剂170整理的织物性能如抗菌性、白度、耐磨性、强力等比经纤维素酶整理的好，而透气率和透湿量比纤维素酶整理的差。这是由于纤维素酶整理对竹原纤维织物的损伤程度较大，使织物的厚度、克重、紧度减少造成的，故用柔软剂170整理织物比纤维素酶整理的好。但经柔软剂整理后织物的透气率、透湿量和强力变差。
(2)苎麻纤维织物在相同工艺条件下，经柔软剂170整理的织物性能如抗菌性、白度、强力等比纤维素酶整理的好，而透气率和透湿量要比纤维素酶整理的织物差。这是由于纤维素酶整理对苎麻纤维织物的损伤程度较大，使织物的厚度、克重、紧度减少造成的，故用柔软剂170整理织物要比纤维素酶整理好。但经柔软剂整理后织物的透气率、透湿量和强力变差。
无论采用何种柔软剂整理，织物的抗菌率都不高，竹原纤维织物用柔软剂170整理后的抗菌率要比用纤维素酶整理的高，对金黄色葡萄球菌的抗菌率要好于大肠杆菌。但用纤维素酶整理的竹原纤维织物对金黄色葡萄球菌基本失去抗菌性能，同时，透气和透湿性明显下降。这是由于经过柔软剂整理后，柔软剂在纤维表面形成了疏水基面向外排列的定向吸附层，从而降低了织物透气透湿性。从表5中还可以看出，使用酶处理后，强力明显下降。原因可能有：一是竹纤维属于纤维素纤维，其化学成分由纤维素、半纤维素、木质素、果胶及少量的脂蜡质组成，而纤维素是一种多糖物质，主要有很多葡萄糖剩基联结起来的线型大分子，是 B—a一葡萄糖剩基彼此以1、4甙键联结而成的大分子，酶助剂的加入破坏了部分大分子的1、4甙键联结使部分纤维素大分子分解l二是因为竹原纤维的单纤维度很短，长宽比为100，单纤维平均长度为1．5～2．0 cm，必须依靠自身的果胶质将短的单纤维粘连起来，以保证一定的纤维长度。而酶助剂除可改善织物的手感外，还具有脱胶的功能，故使得部分竹纤维分解，使织物强力降低，故竹原纤维宜采用普通柔软剂进行整理。

2．4 不同抗菌剂比较
在交联剂用量为2 g／I ，柔软剂170用量为布重的4% 条件下，分别用BK抗菌剂和DM一3010抗菌剂对纯竹原纤维织物进行整理，结果见表5。

从表5看出，BK抗菌剂整理的织物对金黄色葡萄球菌的抗菌性要比用DM-3010抗菌剂整理的织物差，而对与大肠杆菌来说，两种抗菌剂整理的织物的抗菌性能差不多。BK抗菌剂整理的织物其耐磨性、透气率和强力要比DM-3010抗菌剂的好，而透湿量则小一些。这可能由于BK抗菌剂对竹原纤维织物的损伤要小一些，使织物的厚度、克重、紧度的减少小一些所造成。故选择BK抗菌剂来整理织物为佳。
2．5 耐洗性、耐洗磨性和耐磨洗性
在BK抗菌剂用量为纯竹原纤维布重1% ，交联剂用量2 g／ L，柔软剂170用量为布重4% ，浴比1：5O的条件下对竹原纤维织物进行抗菌整理。经过洗涤、摩擦后测试耐洗性、耐洗磨性和耐磨洗性，结果见表6。

从表6看，竹原纤维织物抗菌整理后耐洗性、耐洗磨性和耐磨洗性都不好。对于金黄色葡萄球菌，抗菌整理后的竹原纤维织物经洗磨或磨洗后已基本失去了抗菌的性能。可能是BK抗菌剂用于竹原纤维织物整理时只覆盖于纤维表面没能渗透到纤维内部，导致耐洗、耐磨性不好。
3 结语
(1)就竹原纤维结构特点看应具有较好的抑菌性，但实验结果表明其抗菌性并不显著，但经抗菌整理后，抗菌率明显提高。整理后竹原纤维织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率比大肠杆菌的高，其抗菌性可达到国外文献中所述的抗菌效果(71% )。
(2)经过抗菌整理后，会使竹原纤维织物性能如抗菌率、耐磨性变好，而透气率、透湿量和强力降低。纤维素酶整理对竹原纤维织物的白度、重量、强力等物理性能影响较大。
(3)竹原纤维织物经BK抗菌剂抗菌整理后，再经过洗涤、洗磨、磨洗处理，抗菌率明显下降，甚至基本上没有了抗菌性能，说明BK抗菌剂对于竹原纤维的渗透性不好，在整理时最好要加入鳌合剂。
(4)竹原纤维的抗菌肌理与抗菌剂选择有待进一步研究。

作者：周衡书，邓力斌