（纺织工程专业论文）负离子粉薄荷提取物粘胶纤维素共混成纤及其性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

捅要 本文将具有生发负离子功能的电气石纳米粉和天然抗菌性能的薄荷提取物制成 乳浆添加到粘胶纤维素纺丝液中，三者共混进行纺丝，得到具有抗菌和生发负离子 功能的多功能粘胶纤维。 首先对生发负离子材料和天然抗菌剂进行了研究，首次选择薄荷提取物作为抗 菌剂、选择电气石纳米粉作为生发负离子材料与粘胶纤维素共混以生产多功能粘胶 纤维。 其次，研究了薄荷提取物和电气石纳米粉两种乳浆的添加对纯粘胶纺丝液流变 性能的影响。结果表明添加薄荷提取物乳浆越多，共混溶液粘度越低，而添加负离 子乳浆对提高共混溶液粘度有一定的作用。当添加功能乳浆总量在一定的范围内时， 相同温度条件下加入功能乳浆后的共混溶液粘度低于纯粘胶纺丝液粘度。共混溶液 有随温度升高粘度下降的趋势，添加功能乳浆后的共混溶液属于假塑形流体，通过 对共混溶液的活化能计算分析可知纺丝温度的变化对改变纺丝工艺条件无显著影 响。 再次，对功能添加剂一纤维素共混相容性进行了探讨。将共混溶液以不同方案 制取了纤维素膜，测试分析了其相关性能，对共混溶液的相容性作了评价。通过对 各种添加方案共混溶液流变性和相容性的分析及考虑到产品的性价比，最终确立了 功能乳浆的添加比例。然后对此添加比例制取的共混纤维素膜进行了红外光谱和扫 描电镜分析，从而可知薄荷提取物的有效成分和电气石负离子粉在纤维内部可以共 混存在，并且分布较均匀，颗粒大小满足纺丝要求。 最后，成功纺制了这种多功能粘胶纤维。通过测试纤维的基本性能，并与普通 粘胶纤维基本性能对比可知，该纤维完全可以满足纺织加工的要求。对纤维的抗菌 性和负离子生发性能进行了测试，结果表明，该纤维具有良好的抗菌和负离子生发 功能，是一种新型多功能粘胶纤维，应用前景广阔。 关键词：电气石纳米粉；薄荷提取物；共混；抗菌；负离子；多功能粘 胶纤维 s t u d yo nf i b e rm a d ef r o mt h em i x t u r eo fm e n t h ae x t r a c t s ，n e g a t i v e a n i o np o w d e ra n dr a y o nc e l l u l o s e a b s t r a c t a sh u m a na w a r e n e s so fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n dt h e i ro w nh e a l t h , t h e r e q u i r e m e n tf o rt e x t i l e si sn ol o n g e rl i m i t e dt ot h er e q u i r e m e n t so fp o p u l a rs t y l e sa n d g o o dp e r f o r m a n c e ，a l s or e q u i r e ss u c h 嬲e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，h e a l t hc a r ea n dh e a l t h p e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，d e v e l o p m e n ta n dp r o d u c t i o no fn e wf u n c t i o n a lt e x t i l ef i b e r st o m e e tt h em o r er e q u i r e m e n t st ot e x t i l e si nt h ef u t u r eb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c h d i r e c t i o no ft h et e x t i l e t h i sp a p e ra d d e dt h et w om i x e ds o l u t i o n so fn a n o m e t e rc r y s t a lo ft o u r m a l i n ew i t h t h ef a c u l t yt om a k en e g a t i v ei o na n dm e n t h ae x t r a c t sw i t ht h en a t u r a la n t i b a c t e r i a l c a p a c i t yi n t oc e l l u l o s ev i s c o s es o l u t i o n ，m a k et h et h r e eb l e n d st o g e t h e rt os p i n ，a n dg e t v i s c o s ef i b e rw i t ht h ea n t i b a c t e r i a lf u n c t i o na n dt h ef a c u l t yt or e l e a s ea n i o n ni st h ef i r s tt i m et oc h o o s em e n t h ae x t r a c t sa st h ea n t i b a c t e r i a la n dn a n o m e t e r c r y s t a lo ft o u r m a l i n e 嬲t h em a t e r i a lo ft h ef a c u l t yt om a k en e g a t i v ei o na tt h es a m et i m e t om a k eam u l t i f u n c t i o n a lv i s c o s ef i b e r ，n l e r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s o fb l e n dm u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s e s o l u t i o n sw i t h d i f f e r e n tp e r c e n to fm e n t h ae x t r a c t ss o l u t i o na n dt o u r m a l i n en a n o m e t e rc r y s t a ls o l u t i o n a r ei n v e s t i g a t e df o rt h ef i r s tt i m e ：1 a tat e m p e r a t u r e ，v i s c o s i t yi n d e xo ft h eb l e n d m u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s es o l u t i o ni n c r e a s e sw h e nt h ep e r c e n to fm e n t h ae x t r a c t ss o l u t i o n r i s eo rt h ep e r c e n to ft o u r m a l i n en a n o m e t e r c r y s t a ls o l u t i o nl e s s e n 2 w i t h i nac e r t a i nt o t a l a d d i n gr a n g e ，v i s c o s i t yi n d e xo ft h eb l e n dm u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s es o l u t i o ni sl o w e r t h a nt h ev i s c o s i t yi n d e xo ft h ec e l l u l o s ev i s c o s es o l u t i o na tt h es a m et e m p e r a t u r e 3 t h e b l e n dm u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s ev i s c o s es o l u t i o nb e l o n g st op s e u d o l a s t i c ( s h e a r - t h i n n i n g ) f l u i d 。t h ev i s c o s i t yd e c r e a s e sw h e nt e m p e r a t u r er i s e s 4 t h ev i s c o s ef l o wa c t i v ee n e r g yo f t h eb l e n dm u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s es o l u t i o n sa r en o tc h a n g e ds om u c ht h a nt h ec e l l u l o s e v i s c o s es o l u t i o n s oc h a n g i n gt h et e m p e r a t u r et ot h es p i n n i n gh a sn ov i s i b l ee f f e c t a n dt h e n ，t h ec o m p a t i b i l i t yb e t w e e nt h ec e l l u l o s ev i s c o s es o l u t i o na n dt h ef u n c t i o n a l a d d i t i v e sw a si n v e s t i g a t e d e v a l u a t et h ec o m p a t i b i l i t yt h r o u g hm a k i n gd i f f e r e n tp r o j e c t b l e n d i n gs o l u t i o nf i l m st ot e s tc o r r e l a t i v ep e r f o r m a n c e a c c o r d i n gc o n s i d e r i n gt ot h e r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s 、c o m p a t i b i l i t ya n dt h ep r i c e ，f i x e do n aa d d i n gp e r c e n tf o r f o u n c t i n a ls o l u t i o n sf i n a l l y f r o mt h es e m p h o t o g r a p h sa n di n f r a r e ds c a n ，i tc a nb ea l s o s e e nt h a tt w o 矗m c t i o n a ls o l u t i o n sa n d c e l l u l o s ev i s c o s es o l u t i o nc a nb ec o m p a t i b l e ，t h e p 枷c l ed i s t r i b u t eu n i f o r m l yi nt h e f i l ma n dt h ep a t t i c l es i z ec a l lm e e t 化s p i n n i n g d e m a n d s f i n a l l y ，t 1 1 eb l e n dm u l t i f u n c t i o n a lc e l l u l o s ev i s c o s ef i b e rw a ss p a n n e ds u c c e s s f u l l y c o m p a r e di t ss o m ep e r f o r m a n c ew i t hc o n v e n t i o n a l v i s c o s ef i b e r sf r o mp e r f o r r n 狃c e t e s t i n g i tc a i lb es e e nt h a tt h en e wm u l t i f u n c t i o n a lv i s c o s ef i b e rh a st h eg o o d 啪a r b e h a v i o lt h eb l e n d i n gf i b e r a n t i b a c t e r i a lp e r f o r m a n c et e s t i n ga n dn e g a t i v e1 0 nr e l e a s l n g p e r f 0 瑚a l l c et e s t i n gs h o w e dt h a tt h e m u l t i f u n c t i o n a lv i s c o s ef i b e ri san w f i b e rw h i c h h a v et w of u n c t i o np e r f o r m a n c ea tt h es a m et i m e 融州。r d s ：n a n o m e t e rc r y s t a i 。ft 。u r m a l i n e ；m e n t h ae x t r a c t s ；b l e n d ；a n t i b a c t e r i a l ： n e g a t i v ei o n ；m u l t i f u n c t i o n a lv i s c o s e f i b e r 学位论文独刨性声明、学位论文知识产权权属卢明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：张鹣玲日期：砌夕年乡月日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本 人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单 位仍然为青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密母厂 ( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：汤民躺玲日期：加7 年多月，日 导师签名：f 1 力性 日期：聊罗年易月1 1 日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 4 9 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论帚一早珀t 匕 随着人民生活水平的提高和社会经济的发展，人们对自身健康和生存环境的卫 生越来越重视，将日用纺织品赋予卫生与保健功能，已逐渐成为纺织品的发展趋势 之一。 经济的高速发展，使大量工业废气、交通工具排放的尾气、粉尘等污染物排向 大气，造成大气污染，使空气质量下降，严重威胁到人类的身体健康和入居环境质 量。人们开始关注空气的质量以及空气中负离子的存在数量与作用。负离子对人体 有保健作用，它能调节人体生理机能，可以消除疲劳、改善睡眠、预防感冒和呼吸道 疾病，能改善心血管功能，提高人体的免疫力“q 1 。但在人们周围的空气中负离子存 在的数量是不均衡的，人们生活的某些局部空间负离子数量极少，不利于人们的身 体健康。 同时，环境污染的加重，微生物对人体健康的影响越来越严重，大自然中的微 生物无处不在，无孔不入。一些对人体有害的细菌，以贴身服饰上的汗水、脂肪质、 皮屑等为营养，在体温和湿润的环境中，繁殖迅速，产生出不良化合物，挥发出难 闻的气味，对人体有害，诱发疾病。这些因素使得人们对于纺织品功能性的要求越 来越高，希望其能同时具备多种功能，如在满足抗菌性的同时也可以生发负离子以 改善周围空气质量。 近年来，粘胶纤维的市场需求量呈持续增长的趋势，棉花、粘胶短纤、涤纶短 纤是国内三大主要棉纺原料，特别是棉花与粘胶短纤，由于同属纤维素纤维，在物 理性能和服用性能上有着极大的相似性，两者有着相互替代性，故粘胶纤维得到了 广泛的应用。粘胶纤维是再生纤维素纤维，吸湿透气性好，有良好的可降解性和可 回收利用性，具有很多化学纤维没有的特点，可以通过改变纺丝液组分和生产工艺， 对普通粘胶纤维进行改性，增加其功能性，如抗菌性、生发负离子性等。 要获得既有抗菌性又有生发负离子功能的粘胶纤维，就需要在粘胶纺丝液中添 加抗菌剂和负离子生发剂，三者共混纺丝成为多功能粘胶纤维。为使两种功能添加 剂共存并发挥作用，添加剂的选择是非常重要的，它必须满足：共存不影响其功能， 在水中、碱和酸中溶解度极低，对强酸、碱、氧化剂化学性和热性能稳定，对纺丝 过程、纤维性能无不良影响，具有可纺性，介质能从纤维内部转移到纤维的表面， 在毒性和生态方面的性能可接受。必须防止纤维有价值的性质受到过多的影响，应 在互相矛盾的效应中求得综合平衡，使纤维材料获得更高的使用价值和更广泛的用 途。 青岛人学硕j j 论文 本文从众多的负离子生发材料中选择了电气石及从多种抗菌剂中选择了天然植 物抗菌剂一薄荷提取物作为多功能粘胶纤维的功能添加剂以研制多功能粘胶纤维。 已有的研究表明，当纤维中混入了电气石纳米粉后，纤维生发负离子的能力与 纤维的吸湿性有很大的关系，相同的情况下，纤维吸湿性越好，生发负离子能力越 好口1 ，因为负离子产生不可缺少的重要条件是能量和气态水，如果没有能量和水， 负离子很难产生。粘胶的吸湿性能非常好，在常规化学纤维中是最好的。粘胶纤维 能更好地吸附环境中的气态水分进入无定形区，为负离子的产生提供水分子，所以 在粘胶中添加电气石粉可以更有利的发挥出电气石的功能。 已有的研究还表明：电气石粉体和负离子都有一定的抗菌作用，但是电气石的 产地不同抗菌性有很大差别。并且电气石粉粒度和负离子浓度对抗菌性影响较大， 浓度越高抗菌性越强。卜钔。负离子织物产生负离子要经过揉搓、摩擦等外界作用下才 会大量生成，负离子气体容易扩散到空气中，不会长期附着在织物的表面起到抑制 或者杀死细菌的作用，在服用时产生的负离子随着身体的运动易散失，在实际情况 下种种穿着条件的限制，抗菌作用很难满足实际要求。 所以有必要在添加负离子粉的同时再添加抗菌剂增强粘胶纤维的抗菌性，开发 具有抗菌和负离子生发功能的多功能粘胶纤维。 对于选择的抗菌添加剂来说，除满足上述要求外还要注意它的安全性、环保性 和可纺丝性。纺织抗菌材料使用的抗菌剂可分为三大类：天然抗菌剂、有机抗菌剂、 无机抗菌剂。天然植物抗菌剂对纺织品和环境无污染，对人畜安全性好，且绿色环 保，但一般在耐热性和化学稳定性方面较差。随着人们环保和保健意识的增强，天 然植物抗菌剂受到人们的广泛欢迎，近年来逐渐得到开发和使用。 薄荷是一种纯天然的芳香类植物，已被广泛种植，它安全无毒，无副作用。这 是薄荷能开发成为天然植物添j n n 的前提。而薄荷提取物就是一种天然的抗菌剂， 在耐热性和化学稳定性方面较其他化合物适合于粘胶的生产，它为开发天然抗菌保 健型纤维提供了新的途径哺3 。 本文选择了电气石纳米粉和薄荷提取物作为功能添加剂，与纺丝液共混制造一 种既可以生发负离子也具有抗菌性能的多功能粘胶纤维，以满足人们的生活需要。 1 2 薄荷提取物 1 2 1 薄荷提取物简介 薄荷为唇型科植物薄荷的干燥地上部分，是一味常用解表中药，具有宣散风热， 清头目，透疹等功能，多用于风热感冒，风温初起，头痛，目赤，喉痹，口疮，风 疹，麻疹，胸胁胀闷砸1 。 2 第一章绪论 本草纲目中指薄荷粉：“利咽喉口齿诸病薄荷有助开胃消化，可缓 和胃痛及头痛，并促进新陈代谢。消除口臭，解酒醒酒，消胃胀气都有效。一 薄荷提取物是由薄荷中提取的一种非挥发性棕色颗粒状固体。薄荷的非挥发性 成分中主要含有九种化合物，分别为大黄素、大黄酚、大黄素甲醚、苯甲酸、反式 桂皮酸、p 一谷甾醇、芦荟大黄素、熊果酸和胡萝卜苷。这些化合物中。4 个葸醌类 物质及熊果酸，桂皮酸有抑菌抗病毒活性，同时还有保肝利胆，进行肝损伤保护的 作用哺1 。现代药理研究发现薄荷的非挥发性成分具有抗炎、抑菌等功效。熊果酸、 桂皮酸、各谷幽醇具有抗炎活性。这些活性成分与薄荷的功效相关n 】。 1 2 2 薄荷提取物的理化性质及抗菌性 薄荷提取物的理化性质与功能粘胶纤维的抗菌功能是否存在和其功能强弱直接 相关。薄荷提取物主要化合物及其理化性质如下： 蒽醌类：薄荷提取物中有四种物质属于葸醌类，化学结构式如表1 1 ： 表1 1 薄荷提取物葸醌类物质化学结构 物质种类化学结构名称 蒽醌类 大黄素 r。一oh 0 o h r 。 r i = c h 3r 2 = o h 人黄酚 r i = c h 3r 2 = h 人黄素甲醚 r i = c h 3r 2 = o c h 3 芦荟人黄素 r j = hr 2 = c h 2 0 h 葸醌类物质极性较大。醌类化合物多具有酚羟基，故又有一定的酸性，在碱性 水溶液中成盐溶解，加酸酸化后被游离又可重新沉淀析出。葸醌在酸性条件下，生 成葸酚及其互变异构体蒽酮，葸酚或葸酮的衍生物可以慢慢氧化成葸醌类成分。羟 基葸醌类在碱性溶液中发生颜色改变，会使颜色加深，医学上常用此方法鉴定药物 中是否含有葸醌类成分。醌类化合物如果母核上没有酚羟基取代，基本上无色，但 随着酚羟基等助色团的引入则表现有一定颜色，助色的助色团越多颜色就越深胂。 大黄素、大黄酚、大黄素甲醚、芦荟大黄素都具有抗菌作用，特别大黄素甲醚 对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、链球菌和痢疾杆菌等2 6 种细菌均有抑制 作用，芦荟大黄素也有抗菌活性，在1 5 2 5 m g m l 浓度，对葡萄球菌、链球菌、白 青岛人学硕l ：论文 喉杆菌、枯草杆菌、副伤寒杆菌、痢疾杆菌等均有抑制作用。 2 、苯甲酸、反式桂皮酸、一谷甾醇、熊果酸、胡萝卜苷n 们 苯甲酸又名安息香酸，在1 0 0 时迅速升华，微溶于水，苯甲酸是弱酸，比脂肪 酸强，能形成盐、酯、酰卤、酰胺、酸酐等，不易被氧化。苯甲酸的苯环上可发 生亲电取代反应，主要得到间位取代产物。苯甲酸具有抗细菌作用，通常p h 值较低 效果较好，在碱性环境下作用减弱。 反式桂皮酸属“反式脂肪酸”，脂肪酸是一类具有长碳氢链的羧酸，具有脂肪 酸的化学同性，在酸、碱或酶的作用下容易发生水解。 熊果酸是存在于天然植物中的一种五坏三萜类化合物。熊果酸有抗菌、抗炎及 抗病毒的作用，还具有明显的抗氧功能，因而被广泛地用作医药和化妆品原料。萜 类化合物对高热、光和酸碱较为敏感，或氧化，或重排，引起了结构的改变。 一谷甾醇有较强的抗炎作用，属于脂肪烃类化合物，遇酸可产生显色反应，化 学性质与苷类化合物相似，遇酸碱易发生水解反应。 胡萝卜苷属于苷类配糖体。是糖或糖的衍生物与另一类非糖物质通过糖的端基 碳原子连接而成的一类化合物。苷的共性在糖的部分，遇湿气及酶或酸、碱时即能 被分解，生成苷元和糖。 综上所述，薄荷提取物中抗菌的主要成分除反式桂皮酸和胡萝卜苷外，其他物 质都有抗菌性，抗菌范围广。 1 3 负离子纳米材料 要生产可生发负离子的纺织品，需要根据纺织纤维的种类选择合适的负离子添 加剂，目前，已知的负离子发生体有：珊瑚化石，海底沉积物，海藻碳，电气石，奇 冰石，古代海底矿物层、嫩江蛋白石等。在负离子发生材料中，使用较多的是电气 石。电气石作为一种天然矿石，它的成分与结构都极为复杂，热电性和压电性是它 的两个重要特征，在负离子粉体的各项指标中，电气石种类、细度对纤维的负离子 生发功能起主要作用1 钉。 1 3 1 电气石生发负离子的原理 电气石生发负离子主要是源于矿石晶体结构的不对称性，导致两个高电荷的原 子在结晶格架上排列明显错位，使其在机械力的作用和晶体的温度与压力变化的条 件下产生热电效应和压电效应。即当晶体所处环境温度与压力变化时，晶体中带电 粒子之间发生相对位移，负电荷中心发生分离，晶体的总电矩发生变化，从而导致 4 第一章绪论 极化电荷产生。 电气石的电效应主要是由热膨胀和压电效应导致的二次热电效应，电气石也存 在自极化效应n 射。电气石的自极化效应是永久的，与其结构和组分密切相关。 由介电理论可知，在电场作用下，介电质中带有不同电性的电荷间会产生相对 的位移，此一相对位移的存在使介电质内存在有电偶极或双极。这种使物质内存在 有双极的现象，称之为极化。 n a k a m u r a n 砌指出，电荷的产生有两种途径，一种是自发的极化效应，称为初次 压电效应；另一种是由晶体由外部导致的热震动或受应力导致的在一定方向的电极 化现象。 电气石自极化效应表现为周围静电场的存在，就象磁铁的磁极一样，有自发的 磁性存在，自极化产生的原因主要是电气石晶体中组成六连环的硅氧四面体s i0 4 卜角 顶定向所致，电气石的自发电极是永久性电极，不受外界电场的影响。 在某些物质中，可由电场来产生极化，此外，还可以由机械作用或者别的方式 来产生极化现象，使介电物质的两端表面上出现电性相反的束缚电荷。其中由压力 引起的极化效应为压电效应。由温度的变化引起晶体表面带电荷的现象成为热电效 应。 在温度和压力变化的情况下( 即使在微小的变化下) 也能引起电气石晶体之间 的电势差( 电压) ，这种静电压很高，能量足以使空气发生电离。电击出的电子附着 于邻近的分子并使它转化为空气负离子。产生的电场对空气中的带电粒子还有吸附 和中和作用。大气的主要成分为：0 ：、n 。、c o n 、h 2 0 等，电气石产生负离子的反应 式如下： h 2 0 里3 屿0 h 一+ h + 0 盯+ n h 。0 - 一o h 一( h ：0 ) n( n = 8 - - 一1 0 ) 上式中o h 一( h 。0 ) n 为水合羟基负离子。 负离子的产生必须具备两个条件：一是能量来源；二是空气中存在的气态水分 子。电气石粉体起到了促进空气分子电离或者电子转移的作用，纤维素纤维具有亲 水集团，吸湿性能强，因此，应用电气石微粉开发的负离子功能粘胶纤维比合成纤 维产生负离子的效果要明显。 1 3 2 负离子的保健功能 一般来说，城市房间内的负离子浓度仅为4 0 - 5 0 个c m 3 ，而负离子纺织品可以自 动、长期地释放负离子，其浓度可达4 0 0 0 个c m 3 以上，超过了城市公园内的负离子浓 度n ，对人类的身心健康大有益处，有研究表明，人体的健康状况与空气中负离子的 5 青岛火学硕i ：论文 含量呈正比例关系n 引。 最早有关负离子功能性的见解的是在1 9 3 0 年由美国的d e s s a u e r 等人提出的，通 过近几十年来的实验研究，得出负离子的生物学效应有3 个主要方面：减少自由基， 使液体呈弱碱性，使空气质量得到改善“引。 负离子具有降低大脑和血液中五羟色胺( 5 h $ ) 的作用，经研究表明负离子主要是 通过肺部呼吸进入体内加速呼吸道上皮纤毛运动，通过体液进入血液后，放出电荷， 作用于细胞、蛋白质，进而氧化、抑制血液中的五羟色胺，五羟色胺是一种神经激 素，亦称血清素，具有影响神经血管、内分泌和新陈代谢作用。在脑丘下部五羟色 胺参与睡眠、神经刺激和情绪变化的转化过程。研究发现j 下离子提高血液中的五羟 色胺水平，而负离子则相反：大脑中自由的五羟色胺的含量与空气中的离子浓度相应 【1 3 】 0 除此之外，负离子还可调节人体中枢神经系统的兴奋和抑制状况，改善大脑皮层 的功能：增加氧气吸收量和二氧化碳排放量，促进机体的新陈代谢，加速组织的氧化 还原过程，增加机体的免疫力。德国在1 9 6 2 年利用负离子治疗了呼吸病和肺病，取得 了一定的疗效。所以，营造富含负离子的环境非常重要引。 负离子对空气质量的改善作用主要有： ( 1 ) 、负离子可与空气中的细菌、微生物结合，对其有一定的杀灭作用。 ( 2 ) 、负离子能中和空气中的正离子、灰尘、微粒杂质等，有净化空气的作用。 ( 3 ) 、负离子可以有效消除空气中的烟味、异昧和恶臭。 ( 4 ) 、负离子可以中和仪器或设备上过多的正离子产生的静电。 负离子对人体的保健功能主要有： ( 1 ) 、有提神醒脑的作用。负离子可加强脑组织的氧化过程力度，使脑组织获得更多 的氧，有助于大脑皮层功能及脑力活动加强，改善睡眠质量。 ( 2 ) 、负离子有明显扩张血管的作用，可以提高血液循环、改善心脏功能，对高血压 和心脑血管疾患病人改善病情大有帮助。 ( 3 ) 、负离子可以提高人的肺活量，有改善和增加肺功能的作用。 1 4 负离子、抗菌多功能粘胶纤维国内外研究动态 负离子生发材料受到关注是在上个世纪9 0 年代，对负离子纺织品开发较多的是 日本，在国际上，具有环保、健康和节能的材料研究和开发成为热点之一。但是还 未见到关于生发负离子和具备薄荷抗菌功能的粘胶纤维的专利和报道。用薄荷提取 物作为抗菌剂本文属于首创。 盛虹集团有限公司的郑凤莲于2 0 0 8 年发明公开了一种具有长效抗菌并能发射负 离子的粘胶纤维及生产方法，申请了国家专利堙。此项发明的特征在于：把由低密 6 第一章绪论 度聚乙烯蜡、抗氧化剂、偶联剂进行改性过的电气石微粒与活化剂、纳米抗菌剂( 主 要是纳米银) 和分散助剂等均匀配制成的乳浆料加入到普通粘胶原液中，按一般的 常规纺丝方法，生产出可以产生负离子及抗菌效果的粘胶纤维。本文与此专利最大 的不同在于抗菌剂的选择不同，由于天然提取物的医学作用，开发薄荷提取物为纺 织品的抗菌剂，为研制多功能保健纤维提供了新的开发思路和方向。 新乡白鹭化纤集团有限责任公司首先开发成功负离子粘胶纤维，并开始在国内 外市场销售负离子功能粘胶长丝、短纤两大系列产品。该公司技术中心研发的“电 气石法负离子粘胶功能纤维生产技术”，已获得国家发明专利疆引。其工艺主要是采 用纳米级的超细混合粉末，将该粉末添加到粘胶纺丝液中，经挤压、纺丝等工序， 制成负离子粘胶纤维。也有的方法是按一定比例把负离子混入水中，添加分散剂高 速搅拌后，再把负离子功能水乳浆体添加到纤维素溶液中搅拌均匀后共混纺丝。负 离子粘胶纤维的功能改性主要是纤维素与共混纳米粉体的共混反应，在粘胶纤维的 纺丝过程中，按照一定比例掺混入的负离子粉体极性分子能充分渗透到粘胶纤维的 晶格组织中，与粘胶纤维的非极性分子集团形成均匀的海岛结构。 李新娥、谢跃亭发表的负离子功能粘胶纤维的开发及应用前景一文中列 出了获得国家专利的负离子功能纤维物理指标，对负离子粘胶纤维的经济效益进行 了分析，发展前景广阔，经济效益极为乐观。 崔元凯和李义有口钉在负离子粘胶纤维的功能作用与应用一文中介绍了负离 子粘胶纤维的特殊功能，并对纤维性能进行了测试，可纺的纤维种类做了概述，负 离子粘胶纤维的织物比负离子涂层整理的织物手感柔软透气性好。 李新娥、钱丽丹心神在负离子粘胶纤维的性能研究及其应用一文中介绍了负 离子粘胶纤维的生产工艺流程及其功能作用，对负离子粘胶纤维的质量比电阻和力 学性质进行了测试，发现负离子会使纤维的质量比电阻降低，负离子粘胶纤维的细 度c v 值较大并针对负离子粘胶纤维进行了织物设计。 一 在赵博2 0 0 6 年发表的永久性负离子粘胶纤维性能及产品开发一文中，介 绍了永久负离子粘胶纤维的性能特点，不但保留粘胶纤维的优良吸湿透气和染色性， 还具有恒久的负离子发生性和保健性。该纤维强力大，比电阻较低，可纺性好，具 有广阔的市场前景。 在2 0 0 7 年赵博发表的永久性负离子粘胶纤维纱产品的开发一文中，介绍 了永久性负离子粘胶纤维的性能和特点，通过工艺试验，分析了纤维性能、纺纱工 艺等因素对永久性负离子粘胶纤维混纺纱质量的影响，探讨了提高成纱质量的技术 措施。文章详细介绍了纺纱的各个工序。 黄凤萍、雷建、李缨1 在负离子抗菌复合陶瓷研究中通过测试得出电气石、 t i o ：和载银抗菌剂中的a g 在杀菌过程中，能相互影响，加快了h + 的转移，使抗菌速度 7 青岛人学硕二i ：论文 得到提高。单纯使用电气石，虽然能释放负离子，对人体有保健作用，但它的抗菌 效果很小，无法在湿润的适合细菌繁殖的环境中使用。陈春云，姚尧，吴永伟，孙 锦榕嘲3 在环境功能负离子涂料的制备及抗菌性能研究一文中通过实验证明粒度 小于1 o 舯的电气石粉料具有较好的抗菌作用，粒度达到2 o p m 以上时抗菌作用微弱。 并且证明空气中负离子浓度越高，抑制细菌生长的能力越强，空气中的微生物含量 也就越低。在洪贤良，陈胜发，戚志浩，马海有。州电气石空气过滤网的抗菌除臭 负离子效果研究一文中可知电气石含量增加负离子放射量增加。 戴晋明，张蕊萍嵋在抗菌材料在纺织品中的应用一文中对天然抗菌剂、有 机抗菌剂、无机抗菌剂的抗菌性能做了对比，以及对抗菌纤维制备的主要方法做了 介绍。天然抗菌剂在抗菌效果、抗菌能力、对纺织品无污染、对人畜毒性影响低方 面有优势，在耐热性和化学稳定性方面的性能较差。 l e n z i n g 公司选择了在纺丝溶液中加入抗菌添加剂的掺入技术。其选用是一种在 肥皂、化妆品等商业化产品中使用的抗菌剂，它能有效抑制皮肤上常见的细菌，添 加剂的颗粒很小且在水、碱和酸中的溶解性非常小和具有热稳定性，因此纺丝工艺 不会受到影响。 张裕n 2 1 的新型抗菌的纤维素纤维一文中，介绍了现今国内外已经成功研制 出的纤维素抗菌纤维，主要有两种，s e a c e l l 活性纤维，m o d a lf r e e s h 纤维，分别介 绍了他们的抗菌机理。代表的是德国z i m m e r 公司的全资子公司a l c e r u 一一s c h w a r z a 公司生产的s e a c e l l 活性纤维。在纺织领域的应用较广的是银抗菌剂，以粘胶纤维为 载体，利用粘胶纤维上的羟基和铜离子进行络合，在纤维中引入无机的抗菌离子， 银、锌、铜等灭菌金属被完全成形的纤维素纤维吸收，永久嵌入纤维的芯部。 吴大维口3 3 在硕士论文植物多酚与粘胶纤维素共混成纤及其性能的研究中研 究了在粘胶纺丝液中添加茶的提取物作为粘胶纤维抗菌添加剂，抗菌效果显著。 张彩玲、迟德玲、于湖生阳1 在苦参提取物用于制造抗菌粘胶纤维的初探一 文中测定了苦参提取物溶液和按粘胶成纤工艺制得的苦参纤维素共混膜的抗菌性， 结果表明在粘胶纺丝液中添加苦参提取物溶液可以制造抗菌粘胶纤维。 1 5 开发负离子、抗菌多功能粘胶纤维的目的和意义 负离子、抗菌多功能纤维可以用来制作抗菌纺织品或健康纺织品，是服用和生 活用纺织产品升级的重要方向。除了可做保健内衣、休闲装外，还能做窗帘、地毯、 车内装饰布以及床单、被子等寝室用品。 本纤维以天然薄荷提取物为抗菌剂和生发负离子电气石纳米粉与粘胶纺丝液共 混纺丝，功能添加剂都可均匀分布在纤维的内部，使该纤维抗菌功能和生发负离子 功能都能持久保持，且由于薄荷提取物是从植物中提取的天然物质，对人体无副作 r 第一章绪论 用。随着薄荷提取物从少到多的加入量，可得到从淡黄到深咖啡色等不同颜色的有 色纤维。这些有色纤维在制作某些纺织品时可以不需染色，直接使用，避免了合成 染料染色对环境的污染和对人体潜在的不良副作用，具有独特的优势。具有薄荷抗 菌和负离子生发功能的粘胶纤维，既有抗菌和对人体某些慢性疾病有预防和一定的 辅助治疗及其保健的功效，又有粘胶纤维吸湿透气、服用舒适的特性。这种纤维适 合于制作服装和床上用纺织品，应用面广，有很大的经济和社会效益。 1 6 主要研究内容和主要解决的问题 负离子材料和抗菌材料有很多种，怎样选取合适的添加材料，满足纺丝要求， 使纤维同时具有负离子和抗菌的功能是本课题的关键，分析添加剂在纤维结构内部 存在形式和作用的机理，并使纺制的多功能新型粘胶纤维具有可纺性，性价比达到 最佳。 ( 一) 主要研究内容 ( 1 ) 负离子材料和抗菌剂的选择以及它们的最佳添加比例。 ( 2 ) 混合溶液流变性能的研究和测试。 ( 3 ) 纤维中功能材料的存在形式分析及其分布情况分析。 ( 4 ) 纺丝工艺的确定。 ( 5 ) 多功能粘胶纤维的性能测试。 1 ) 多功能粘胶纤维基本性能的测试。 2 ) 纤维负离子、抗菌功能的测试。 ( 二) 主要解决的问题： ( 1 ) 选择添加剂 ( 2 ) 两种材料的最佳组合比例 ( 3 ) 制备满足纺丝要求的共混纺丝液 ( 4 ) 添加剂在纤维中的存在形式与作用机理及表征 ( 5 ) 提高新型多功能粘胶纤维的可纺性 9 青岛人学顾i ：论文 第二章功能添加剂一纤维素共混溶液流变性的研究 随着社会的发展以及生活水平的提高，人们对纺织品的性能要求越来越高。通 过采用对现有高聚物和添加物质进行共混的方法，可以开发出性能优良的产品，当 两种不同的物质进行共混时，通常会产生一种非均相体系，对所生成的混合物性能 有一定的协同影响效应，完全有可能综合多种材料的优点，取长补短，制造出新型 性能优良的“合金”材料，而不单纯为两者性能的加和出5 1 。本文需要添加的功能材 料，对粘胶原液的可纺性有一定的影响，在一定范围内，可以满足纺丝的要求。 纺丝液可纺性是表征纤维纺丝的一个重要参数，实验表明，材料的可纺性与材 料的实际拉伸粘度及材料的分子结构参数有关嘶3 。研究可纺性需要对各种配比方案 的流变性进行分析。 流变学是研究纺丝流体的流动和变形的基本规律以及造成流体流变的各种因素 之间关系的- 1 7 学科，通过分析材料相关流变性能，可以较为全面的反映出材料的 可纺性。本章通过测试分析纺丝主要影响因素与粘度的关系，以及各个方案对分子 内部结构的影响，为下一步的纺丝工艺提供数据，并指导工业生产。 2 1 实验 2 1 1 原材料 ( 1 ) 、分散剂m f ：阴离子型，青岛双桃染料厂。 分散剂分为阴离子型和非离子型两种。分散剂m f 易溶于水，耐酸、碱及硬水， 具有良好的扩散性能，并具有分散力强、热稳定性优良等特点。 ( 2 ) 、纤维素原液：纤维素含量8 9 ，山东海龙股份有限公司。 ( 3 ) 、负离子粉：杭州万景新材料公司。其主要技术指标如表2 1 ： 表2 1 负离子产品的各项主要技术指标 ( 4 ) 、薄荷提取物：陕西康威生物工程有限公司。其主要技术指标如表2 2 ： 1 0 第二章功能添加剂一纤维素共混溶液流变性的研究 2 1 2 实验仪器 ( 1 ) 、d v i i + p r o 型旋转粘度计。 ( 2 ) 、m c r3 0 1 型流变仪。 ( 3 ) 、h s - 4 ( b ) 型恒温水浴槽。 ( 4 ) 、j b 9 0 - d 型搅拌器，转速范围在5 0 - 1 4 0 0 转分。 2 1 3 实验准备 ( 1 ) 、多功能乳液制备 因为负离子功能粉体和薄荷提取物都属于固体粉粒，直接加入粘胶中难于分散 均匀，必须在加入粘胶中之前把它们制作成水乳浆体。 1 ) 、负离子功能粉体在粘胶中的分散由于负离子功能超细微粉比表面积大，且 具有一定的电负性，在粘胶中负离子粉体小颗粒极容易碰撞产生团聚效应，在纺丝 过程中出现喷丝孔堵塞，使纤维产生毛丝甚至断头现象，可纺性降低。因此，添加 该功能粉体首先要考虑其在粘胶中的分散问题。本文选用了添加分散性功能材料与 机械作用结合的手段使负离子功能微粉均匀分散在粘胶中，纤维可纺性得到提高。 首先要在配制容器内加入一定量的水以及非离子型与阴离子型分散剂，是按负 离子粉体与水呈l 5 比例混合n 引，加入分散剂质量是负离子粉体质量的5 ，用高速 搅拌器搅拌五分钟，搅拌速度在4 0 0 - 5 0 0 转分之间，制得的负离子功能水乳浆体， 备用。 由于表面活性剂分散作用，使负离子粉体表面水化浸润。负离子功能微小粉体 颗粒与粘胶内纤维素黄酸酯紧密结合，减少其在粘胶中的泳移现象，减少颗粒之间 的碰撞几率，大大提高粘胶可纺性能。 2 ) 、在另一配置容器内按薄荷提取物与水1 5 的比例混合后，在高速搅拌器中 搅拌五分钟，搅拌速度在2 0 0 - 3 0 0 转分之间。此为乳浆，备用。薄荷提取物的分 散性很好。 ( 2 ) 、添加比例 在容器中一定体积的纺丝液，按表2 3 中的体积比例添加号和号浆体。 青岛人学硕l ：论文 ( 3 ) 、溶液共混 分别按方案i 、i i 、i i i 、的比例添加薄荷取物乳浆、电气石乳浆与纤维素充 分混合搅拌后，得到i 、i i 、i i i 、四种混合溶液后，再经过过滤、脱泡。 2 1 4 实验方法 使用d v - i i + p r o 型旋转粘度计对四种混合溶液在2 0 c 3 0 c 之间每摄氏度时的 粘度进行测量。转速选择6 转分钟，转子是6 2 号。 使用m c r3 0 1 型流变仪测量四种混合溶液在2 5 时的粘度与剪切速率。剪切速率 y 范围为0 1 - - 一l o o s 。 2 2 实验结果与讨论 2 2 1 共混溶液组成与粘度的关系 由d v i i + p r o 型旋转粘度计测试得出2 0 3 0 。c 时纯粘胶纺丝液和各方案混合溶 液温度变化与粘度的关系分别如图2 1 所示： 1 2 第二章功能添加剂一纤维素共混溶液流变性的研究 u s d d l l o o 1 2 a 口 l o o n 3 b o o c l 足3 0 0 挫噬a 啪 樊琵 3 0 0 0 硼a 口 一纯粘胶纺丝液 z 口墨矾墨墨田 温度 图2 1 溶液粘度温度曲线 由图2 1 可以看出，加入功能乳浆之后，相同温度下，各方案粘度都比纯粘胶纺 丝液的粘度降低了，只是降低的程度不同，图2 1 温度一粘度曲线中i i 号方案最接近 纯粘胶纺丝液，其次是i 号方案，i i i 号和号方案相差不大。 在相同温度时，添加比例为5 薄荷提取物乳浆的i 号i i 号方案比添加量为6 的 i i i 、号方案的粘度高，说明添加薄荷提取物乳浆越多，粘度降低越大。