海藻纖維混紡紗仿棉織物的性能研究

倪慶美，張 怡，眭建華

[1.東麗纖維研究所(中國)有限公司，江蘇 南通 226009；2.蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021]

海藻纖維是以海藻酸為原料經濕法紡絲制得的一種生物質纖維，而海藻酸是從海洋中的一些褐藻類植物中提取得到的高分子羧酸，其分子式為(C6H8O6)n[1-2]。我國擁有極其豐富的海洋資源，其原料充足，制備過程綠色環保。海藻纖維的回潮率為21.51%[3]，具有高吸濕性、生物相容性和生物可降解性等性能，被廣泛應用于生物醫用領域[4-6]。本文研究了海藻纖維的生物降解性，并利用海藻纖維這一自然可降解特性開發綠色生態紡織品，設計開發海藻纖維混紡紗仿棉織物，進一步研究了織物的拉伸、抗皺、抗起毛起球、通透和熱學等性能。

1 試驗

1.1 試驗材料及其制備

海藻纖維材料：1.5 dtex/38 mm海藻酸纖維(卷曲型)和1.5 dtex/38 mm改性海藻酸纖維(服用型)。

表1 織物規格配置

織物精練：按精練劑質量濃度為2 g/L、碳酸鈉質量濃度為2 g/L、溫度為95 ℃、浴比為1∶40方案配置精練溶液。精練加工線路為精練溶液處理50 min→95 ℃水洗15 min→冷水洗15 min→冷水洗15 min→室溫晾干[8-9]。

1.2 試驗方法

樣品測試前處理：參照GB/T 6529-2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》，將樣品置于溫度(20±2)℃、相對濕度(65±3)%的恒溫恒濕室內平衡24 h[10]。

1.2.1 纖維土埋降解試驗

殼聚糖酶應用廣泛[25]，最為重要的用途是生產殼寡糖。殼聚糖酶水解產生的殼寡糖分子量更易控制且條件溫和，殼聚糖酶水解獲得的殼寡糖分子量一般低于10 kDa，且更易溶于水，優于天然的殼寡糖。殼寡糖比殼聚糖有更好的生物功能，例如在生物醫學領域對人體的免疫調節、抗腫瘤、降血脂、調節血糖、改善肝臟和心肺功能等。此外，殼寡糖在食品行業還具有重要的應用價值，有助于改善腸道，從而促進人體吸收營養物質；可用于生產調味品，代替市場上一些如苯甲酸鈉等化學添加劑；可用于生產飲料，具有減肥、美容養顏、調節免疫功能等作用；可用于蔬菜、水果的保鮮，且具有抗菌防腐的功效。

準備纖維樣本，兩種海藻纖維各15份，每份質量1 g；將樣本置于自然環境下的土壤中，分別在土埋30、60、90 d后各取出5份；用去離子水洗凈、室溫晾干。采用S4800型冷場發射掃描電子顯微鏡攝取纖維縱向SEM圖，采用電子天平稱取纖維質量，采用INSTRON3365型萬能材料試驗機測試斷裂強度、斷裂伸長。計算土埋纖維的質量損失率、斷裂強度下降率和斷裂伸長變化率。

1.2.2 織物精練尺寸變化率試驗

在坯布上沿經緯向20 cm分別做標記，試樣精練后晾干熨平，測量標記點之間的距離，計算織物精練后的經緯向的尺寸變化率，取平均值。

1.2.3 織物服用性能測試

拉伸試驗：使用INSTRON3365萬能材料試驗機。參照標準GB/T 3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》[10]。測試斷裂強力、斷裂伸長率。試驗樣本數經緯向各5個，取平均值。

折皺回復試驗：使用YG541E全自動激光織物折皺彈性測試儀。參照標準GB/T 38l9-1997《紡織品織物折痕回復性的測定回復角法》[10]。測試織物急、緩彈性回復角(°)。試驗樣本數經緯向各5個，取平均值。計算經緯向彈性回復角之和。

起毛起球試驗：使用YG502B型織物起毛起球儀。參照標準GB/T4802.2-2008《紡織品織物起毛起球性能的測定第2部分：改型馬丁代爾法》[10]。選定織物樣品自身為磨料，磨2 000次后在評級箱中與原樣對比評級。試驗樣本數為3，取平均值。

透氣性試驗：使用YG461E-Ⅲ型全自動透氣量儀。參照標準GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》[10]。測試透氣率(mm/s)。試驗樣本數為10，取平均值。

熱學性能試驗：使用KES-F7型精密瞬間熱物性測試儀。測試指標1接觸冷暖感Qmax(W/cm2)、指標2熱傳導率K[W/(cm·℃)]、指標3保溫率(%)。試驗樣本數均為5，取平均值。

2 結果與討論

2.1 海藻纖維生物降解性能

圖1(a)、(b)所示為卷曲型和服用型2種海藻纖維在未處理、土埋60 d處理、土埋90 d處理后的纖維表面SEM圖。

(a)卷曲型海藻纖維

(1)卷曲型海藻纖維

未經土埋處理的樣品表面基本光滑，斷裂強度1.63 cN/dtex，斷裂伸長8.55%。土埋處理30 d后，纖維表面無明顯變化，但有2.1%的質量損失率，斷裂強度下降了21.5%，斷裂伸長率下降至4.72%。土埋處理60 d后，纖維表面無明顯變化，質量損失率4.1%，斷裂強度下降率24.5%，斷裂伸長率下降至4.09%。土埋處理90 d后，纖維表面非常粗糙，質量損失率7.1%，斷裂強度下降至0.68 cN/dtex，下降了58.3%，斷裂伸長下率降至2.07%，下降了75.79%。隨著土埋時間的增長，卷曲型海藻纖維的斷裂強度及斷裂伸長率逐漸減小，質量損失率逐漸增大，降解速度也逐漸增加，且土埋90 d后，纖維的力學性能嚴重受損。

(2)服用型海藻纖維

未經土埋處理的樣品表面光滑，斷裂強度2.16 cN/dtex，斷裂伸長率8.94%。土埋處理30 d后，纖維表面無明顯變化，但有4.3%的質量損失率，斷裂強度下降率6.0%，斷裂伸長率下降至7.21%。土埋處理60 d后，纖維表面略微粗糙，部分纖維被降解，質量損失率為5.5%，斷裂強度下降了44.0%，斷裂伸長率下降至3.87%。土埋處理90 d后，纖維表面非常粗糙，纖維降解顯著，質量損失率達到6.3%，斷裂強度下降至0.81 cN/dtex，下降了62.5%，斷裂伸長率下降至1.62%，下降了81.88%。隨著土埋時間的增長，服用型海藻纖維的斷裂強度及斷裂伸長率逐漸減小，纖維土埋30 d的質量損失率較大，之后纖維的質量損失率增長不大，說明纖維的初始降解速度較快，之后降解速度緩慢。

2.2 含海藻纖維混紡紗仿棉織物精練尺寸變化

織物的經向尺寸變化率介于3.23%～8.46%之間，緯向尺寸變化率介于1.24%～6.47%之間?？椢锏慕浘曄虺叽缱兓识驾^小，織物的尺寸穩定性較好。

2.3 含海藻纖維混紡紗仿棉織物服用性能

織物的服用性能試驗結果如表2所示。

表2 含海藻纖維混紡紗織物的性能指標值

(1)織物拉伸性能

織物經向斷裂強力介于303.1～532.2 N之間，緯向斷裂強力介于302.1～403.0 N之間，純棉織物經向斷裂強力為485.2 N，緯向斷裂強力為282.6 N[11]。海藻纖維混紡紗仿棉織物的斷裂強力均遠高于200 N的一般服用織物標準要求，與相近規格的純棉織物相比，其經向斷裂強力相差不大，緯向斷裂強力偏大。

織物的經向斷裂伸長率介于10.58%～24.37%之間，緯向斷裂伸長率介于6.81%～17.20%之間。純棉織物經向斷裂伸長率為9.53%，緯向斷裂伸長率為13.52%[11]。與相近規格的純棉織物相比，海藻纖維混紡紗仿棉織物的經向斷裂伸長率均較大，緯向斷裂伸長率居中。

(2)織物抗折皺性能

織物的急彈性折皺回復角介于152°～217°之間，織物的緩彈性折皺回復角介于199°～257°之間。純棉織物的急彈性折皺回復角為125°，緩彈性折皺回復角為147°[12]。與相近規格的純棉織物相比，海藻纖維混紡紗仿棉織物的急彈性和緩彈性折皺回復角均較大，其抗皺性較好。

(3)織物抗起毛起球性能

織物的起毛起球等級都為4-5，相近規格純棉織物的起毛起球等級為5[11]，織物的抗起毛起球性比純棉織物略差，但達到一般服用織物標準要求。

(4)織物透氣性能

織物的透氣率介于90.4～581.8 mm/s之間，相近規格純棉織物的透氣率為271.3 mm/s[13]，海藻纖維混紡紗仿棉織物的透氣率與純棉織物相差不大，其透氣性較好。

(5)織物透濕性能

織物的透濕量介于1 008.7～1 150.9 g/(m2·d)之間，相近規格純棉織物的透濕量為5 060.0 g/(m2·d)[13]，海藻纖維混紡紗仿棉織物的透濕量明顯較小，其透濕性較差，原因有待進一步研究。

(6)熱學性能

織物的Qmax值介于0.162～0.187 W/cm2之間，相近規格純棉織物的Qmax值為0.130 W/cm2[13]，海藻纖維混紡紗仿棉織物的Qmax值接近于純棉織物，織物的暖感較好。

織物的熱傳導率K值介于22.745×10-4～26.903×10-4W/(cm·℃)之間。

織物的保溫率介于30.7%～37.6%之間，相近規格純棉織物的保溫率為50.0%[14]，與純棉織物相比，海藻纖維混紡紗仿棉織物的保溫率明顯較小，其保溫性較差。

3 結論

(1)海藻纖維土埋30 d時出現質量和強力的下降，持續土埋后纖維進一步降解，至90 d后出現表面破損嚴重、質量與強力下降明顯的現象。

(2)海藻纖維混紡紗仿棉織物的拉伸性能和抗皺性均優于相近規格的純棉織物，織物的透氣性、抗起毛起球性和接觸冷暖感與相近規格的純棉織物相當，織物的透濕性和保溫性不及相近規格的純棉織物。