（纺织材料与纺织品设计专业论文）甲壳素棉混纺织物服用及抗菌性能的测试与分析.pdf

学位论文的主要创新点 fiiiiliiiiirrriir l i i i f 1 i i ii i i l r lrrlt l f i 0 y 17 7 3 2 2 4 一、在实验室纱线设备上纺制六种不同混纺比的甲壳素棉纤维混纺 纱，并对不同混纺比的混纺纱的可纺性和成纱质量进行测试与分析， 混纺纱中甲壳素的含量以不超过3 5 为宜，此时其成纱可满足生产所 需的强力要求。 r 二、利用六种不同混比的纱线做纬纱与同一种规格的纯棉经纱交织， 织造出六种组织、密度相同，纬纱混比不同的织物，并对其服用性能 ( 耐磨性、折皱回复性、悬垂性、刚柔性、透气性等) 进行测试与分 析，在织物的各项单项性能与混纺比之间建立了回归模型，阐明了织 物各项服用性能与混纺比之间具有显著的相关性。 三、根据国标g b t 2 0 9 4 4 3 - 2 0 0 8 ，对混比不同的织物进行抗菌性能 测试，得出织物抗菌性能与混比之间的关系曲线。当纱线中甲壳素含 量为2 5 一3 5 时，织物的抗菌性能( 抑菌率) 已接近或超过7 0 ，可 判定其为抗菌织物。 。 四、根据纱线的可纺性、经济性、织物的服用性、抗菌性等综合因素， 甲壳素棉混纺交织物的混比控制在2 5 - 3 5 较理想。 摘要 随着人们生活水平的提高和卫生保健意识的增强，抗菌纺织品越来越受到消 费者的青睐。但传统的经过抗菌后整理加工得到的抗茵织物，其抗菌效果不稳定， 且耐洗涤性差，抗菌效果不持久。于是，抗菌纺织品的研发重点转移到了对具有 永久抗菌效果的抗茵纤维的开发与应用上，尤其是天然材质的具有抗菌效果的纤 维。 甲壳素纤维是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。甲壳 素纤维具有生物相容性，且可降解无毒，尤其具有良好的抗菌性能。是制作抗菌 织物不可多得的天然抗菌纤维。 本课题利用不同混纺比的甲壳素棉混纺纱与纯棉纱交织，采用平纹组织， 开发出棉型服用交织抗菌产品。为考察混纺比对织物性能尤其是抗菌性能的影 响。课题实验采取五种不同混纺比的甲壳素棉混纺纱作为纬纱与全棉经纱交织 构成相同规格的机织物，对织物的耐久性、保型性、舒适性和织物风格等方面进 行测试研究( 测试项目包括耐磨性、折皱回复性、悬垂性、刚柔性、透气性) ， 重点测试考察了不同混纺比的甲壳素棉交织物的抗菌性能，探讨了交织物中甲 壳素混纺比对织物性能尤其是抗菌性能的影响。为今后甲壳素纤维混纺织物的设 计开发提供参考和理论依据。 关键字：甲壳素纤维，抗菌性能，震荡法，抑菌率，混纺比 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i i l gs t a n d a r d sa n de n h a n c ea w a r e n e s so fh e a l t hc a r e t h ea n t i b a c t e r i a lt e x t i l e sa c c e p t e dc o n s u m e r sm o r ea n dm o r ep r o g a z e h o w e v e r , t h e t r a d i t i o n a la n t i b a c t e r i a lt e x t i l e sw h i c ht h r o u g ht h ea n t i b a c t e r i a lf i n i s h i n g o ff a b r i c s ， t h ea n t i b a c t e r i a le f f e c to fi n s t a b i l i t ya n dp o o rw a s h - r e s i s t a n t , a n t i - b a c t e r i a le f f e c ti s n o tl a s t i n g 可m s a n t i b a c t e r i a lt e x t i l er&df o c u sh a ss h i f t e dt oap e r m a n e n t a n t i b a c t e r i a le f f e c to ft h ea n t i b a c t e r i a lf i b e ra n da p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n t , e s p e c i a l l y w i t l ln a t u r a la n t i b a c t e r i a le f f e c to fm a t e r i a l so ft h ef i b e r c h i t i ni san a t u r a lf i b e rw h i c hw a sf o u n ds of a rt h eo n l ya n i m a l sp o s i t i v e l yc h a r g e d c e l l u l o s e c h i t i nf i b e r sa r eb i o c o m p a t i b l e ，b i o d e g r a r a b l ea n d 。n o n - t o x i c ，i np a r t i c u l a r , h a sag o o da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s i sar a r ep r o d u c t i o no fn a t u r a la n f i - b a c t e r i a lf a b r i c a n t i b a c t e r i a lf i b e r n es u b j e c to ft h et h o u g h ti st ou s ead i f f e r e n tb l e n dr a t i oo fc h i t i n c o t t o nb l e n d e d y a ma n dp u r e c o t t o ny a mw o v e nu s i n gp l a i no r g a n i z a t i o n s ，d e v e l o p e du s i n g a n t i b a c t e r i a lp r o d u c t sw o v e nc o t t o n t os t u d yt h ep e r f o r m a n c eo ft h eb l e n dr a t i oo n t h ef a b r i c ，e s p e c i a l l yt h ei m p a c to fa n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s e x p e r i m e n t a ls u b j e c tt o t a k ef i v ed i f f e r e n tb l e n dr a t i oo fc h i t i n c o t t o nb l e n d e dy a ma sw e f ta n dc o t t o nw a r p w o v e nw i t ht h es a m es p e c i f i c a t i o n sf o rc o t t o nf a b r i c ，c o m b i n e dw i t ht h ed u r a b i l i t yo f f a b r i c ，t y p eo fs e c u r i t y , c o m f o r ta n ds t y l eo ff a b r i c ，e t c t e s t i n gr e s e a r c h ( t e s ti t e m s ， i n c l u d i n g a b r a s i o nr e s i s t a n c e ，c r e a s er e c o v e r y , a n d d r a p e ，r i g i df l e x i b l e ，a i r p e r m e a b i l i t y ) 、t h ef o c u so fas t u d yt e s t i n gd i f f e r e n tb l e n dr a t i oo fc h i t i n | c o t t o nf a b r i c a n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fc h i t i nf a b r i cb l e n dr a t i op e r f o r m a n c eo ff a b r i c si np a r t i c u l a r , t h ei m p a c to fa n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s c h i t i nf a b r i cf o r t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n tt o p r o v i d er e f e r e n c ea n dt h e o r e t i c a lb a s i s k e yw o r d s ：c h i t i nf i b e r a n t i b a c t e r i a la c t i v e l y , f l a s k w s h a k i n gt e s t ，a n t i b a c t e r i a l r a t e ， 目录 第一章绪论：1 1 1 引言1 1 2 抗菌纺织品的开发与应用现状1 1 2 1 正确认识抗茵纺织品1 1 2 ：2 抗菌纺织品的加工方法和产品分类2 1 2 3 抗菌纺织品的应用现状3 1 3 抗菌纺织品的研发趋势和市场前景。4 1 3 1 抗菌纺织品的研发趋势：4 1 3 2 抗菌纺织品的市场前景5 1 4 本课题研究的内容和意义：6 第二章甲壳素纤维简介7 2 1 甲壳素及甲壳素纤维概况7 2 2 甲壳素纤维的结构及其物理机械性能7 2 3 甲壳素纤维的性能特点j 8 2 4 甲壳素纤维的应用与发展现状：9 第三章甲壳素棉混纺纱的纺纱工艺与成纱质量1 1 3 1 原料规格和纱线设计一j 1 l 、 3 2 甲壳素棉混纺纱纺纱工艺l l 3 2 1 两种混纺工艺流程的对比1 1 3 2 2 本课题所采用的工艺流程，j 1 2 3 3 不同混纺比纱线性能测试研究1 4 3 3 1 纱线线密度测试1 4 3 3 2 纱线捻度测试1 5 3 3 3 纱线强力测试1 5 3 3 4 纱线毛羽测试1 5 3 3 5 纱线性能测试结果综合分析1 6 3 4 甲壳素棉混纺纱的纺纱体会1 9 3 5 甲壳素棉混纺纱线经济效益的探讨1 9 3 6 本章小结2 l 第四章甲壳素棉交织物的设计与服用性能测试2 3 4 1 产品设计思路2 3 4 2 样品的规格设计和上机织造2 3 4 3 甲壳素棉交织物耐久性能的测试与研究2 4 4 4 甲壳素棉交织物保型性能的测试与研究2 6 4 5 甲壳素棉交织物舒适性的测试与研究j 2 8 4 5 1 织物的吸湿性能实验2 8 4 5 2 织物的透气性测试与研究2 9 4 6 甲壳素棉交织物织物风格性能的测试与研究3 1 4 6 1 织物的刚柔性测试分析3 1 4 6 2 织物悬垂性的测试分析3 4 4 7 本章小结3 5 第五章甲壳素棉混纺交织物抗菌性能测试研究3 7 5 1 纺织品抗菌性能的评价试验和标准3 7 5 1 1 织物抗菌试验简介：3 7 5 1 2 我国的纺织品抗菌性能评价体系3 9 5 2 本课题所采用的抗菌试验法一振荡( 烧瓶) 法g b t 2 0 9 4 4 3 - 2 0 0 8 4 0 5 2 1 试验原理4 l 5 2 2 实验器材4 1 5 2 3 实验准备4 1 5 2 4 实验操作：4 3 5 3 抗菌测试结果4 6 5 3 1 平板菌落计数法原理及操作4 6 5 3 2 平板菌落计数结果4 7 5 3 3 实验结果有效的判定5 1 5 3 。4 抗菌测试结果分析。：5 2 5 3 5 测试误差分析5 3 5 4 甲壳素棉混纺比与抗菌效果关系的探讨5 4 5 4 1 甲壳素抗菌机理与甲壳素棉混纺织物抗菌作用原理5 4 5 4 2 甲壳素棉混纺比与抗菌效果分析5 4 5 5 本章小结5 5 第六章总结与展望5 7 6 1 总结5 7 6 2 本课题展望5 8 6 2 1 本课题存在的不足5 8 6 2 2 本课题设计织物的开发应用前景5 9 参考文献j 6 l 致谢_ 6 3 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 近年来，接连爆发的非典，禽流感疫情等公共卫生事件，对人类的健康构成 了极大的威胁。0 9 年春以来，源自南美洲墨西哥的甲型h 1 n 1 型流感( 俗称猪流 感) 肆虐全球，导致了新一轮的全球性公共卫生危机。为扼制疫情的迸一步传播， 人们纷纷通过佩戴口罩等卫生防护措施来进行自我保护。但是，根据相关领域专 家的权威解读，普通的棉纱口罩并不能起到有效的预防作用，般的口罩只能阻 挡病毒、细菌颗粒的通过，真正有效的口罩必须具有杀灭和抑制细菌病毒活性的 效果n 3 。这随即引发了人们对日常流行病的防治及因环境材料引起的微生物危害 的高度重视，一时间抗菌材料及其产品成为了市场的焦点。 其实早在非典期间，为预防非典的扩散，抗菌产业就曾在我国受到了广泛的 关注并得到了迅速的发展。纺织品作为人类接触最多的材料，为衣着和生活的必 需品，同时诸如口罩等卫生防护用品也都是纺织制品。随着人们生活水平的提高， 卫生保健的意识得到加强，消费者对具有抗菌或抑菌功能的纺织品的需求必将与 日俱增。作为长效的预防手段选择抗菌纺织品无论从预防疾病的角度还是倡导健 康的生活方式来看，都不失为一种理想的选择。 众所周知，现实生活中人们不可避免地接触到各种各样的细菌、真菌等微生 物。随着社会的进步，人们社交范围不断扩大。许多细菌引起交叉感染的几率增 加。纺织品是微生物附着、繁殖和传播的良好介质，一些微生物接触人体，并以 汗液、皮脂以及其它各种人体分泌物为其良好的营养源。尤其在高温潮湿条件下， 纺织品由于其多孔式物体几何形状和高分子聚合物的化学结构，为各种微生物繁 殖提供了良好的环境，在致病菌的繁殖和传递过程中，纺织品总是二个重要的媒 体。同时纺织品也常因微生物的侵蚀而受损。因此，赋予纺织品一定的抗菌性能 具有极强的现实意义。开发优良的抗菌卫生纺织品已引起了全球纺织界的关注。 目前在我国，抗菌纺织品市场方兴为艾，前景广阔。 1 2 抗菌纺织品的开发与应用现状 1 。2 1 正确认识抗菌纺织品 根据中国抗菌材料及制品行业协会的最新定义，抗菌是一个泛指名词，包括 天津工业大学硕士学位论文 一 灭菌、杀菌、消毒、抑菌、防霉、防腐等( 广义抗菌) 。抑菌和杀菌作用的总和 为抗菌( 狭义抗菌) 。抑菌是指防止或抑制微生物生长繁殖的作用，而杀菌则是 杀死微生物营养体和繁殖体的过程。将物体上所有微生物( 包括病原菌和非病原 菌) 的繁殖体和芽孢全部杀灭，叫灭菌。 抗菌纺织品是指人们长期使用的具有抗菌效果的日常用纺织品。目前存在的 一个误区是将抗菌纺织品与医疗用抗菌纺织品相混淆。虽然二者都有抗菌作用， 但使用目的不同，产品范畴不同，因此不能将二者混为一谈。医疗用抗菌纺织品 是在医生指导下以治疗疾病为目的，甚至可忽视某些对人体影响的负作用，在一 定的时间、条件下为满足医疗要求应用的产品。例如某些医用抗菌敷料，可以杀 灭化脓皮肤上的各种微生物达到治病的目的，即使不利于皮肤的菌群平衡也会酌 情使用，但这种作用是短期的，待疾病治愈后即会停用，一段时间后皮肤的菌群 平衡最p - - j - 恢复到安全状态睢1 。 抗菌纺织品即日常用具有抗菌效果的纺织品，消毒和彻底杀死微生物并不是 其理想的目标。其目的在于将对人体有害的细菌抑制，留下对人体有益的细菌， 控制微生物的总量在安全的范围内，维持人体皮肤的菌落平衡，消除不利的影响， 使人生活在一个更安全的环境中。截断纺织品传递致病菌的途径，阻止致病菌在 纺织品上的繁殖以及细菌分解在织物上的污物和产生臭味引发相关疾病。同时避 免纺织品因微生物的侵蚀而受损，产生变色，机械性能下降，甚至出现难闻的臭 味等现象。从而保护纺织品本身及其使用者自身的健康与舒适。这就是抗菌纺织 品抗菌( 或抑菌) 的目的所在。 抗菌纺织品不仅注重纺织品的抗菌效果，更重视抗菌纺织品应用时的安全 性、可靠行和实用性。 1 2 2 抗菌纺织品的加工方法和产品分类 ， ， ， 目前国内外关于抗菌织物的加工主要有以下两种基本方法： 1 先制得抗菌纤维，然后再制成各类抗菌织物，抗菌纤维又分为天然抗菌纤 维、新型开发纤维和人造抗菌纤维羽川司。 ，：。 天然抗菌纤维有诸如甲壳素纤维，竹纤维，蚕丝纤维。新型开发纤维有大豆 蛋白纤维和牛奶蛋白纤维等。而人造抗菌纤维是将原来不具备抗菌功能的纤维通 过加入抗菌剂的方法制备的具有抗菌功能的纤维。其制造方法有填充型和后加工 型两种。 填充型抗菌纤维是将抗菌剂的超细粉末以一定比例加到化学纺丝液中，然后 纺丝。可通过共混纺丝等方法降低抗菌剂用量，节约成本，现有产品像甲壳素抗 菌剂混入粘胶纺丝液中制得的甲壳质粘胶共混纤维。由于抗菌剂进入了纤维内 2 第一章绪论 部，所以用此法制得的抗菌纤维耐水洗，抗茵效果持久。后加工型抗菌纤维又可 以分为物理改性方法和化学改性方法。物理改性方法是通过纤维表面的微孔化、 粗糙化等，使抗菌剂渗入纤维内部；而化学改性方法是将抗菌基团接枝到纤维表 面反应基上。例如在聚丙烯腈上接枝a 、b 两个抗菌基团，所制造的抗菌除臭腈 纶是我国第一种抗菌纤维泐。化学改性方法制得的抗菌纤维，其耐洗性决定于 纤维与抗菌剂之间的结合力】。 2 将织物用抗菌剂进行后处理加工的功能性整理方法以获得抗菌性能。该法 工艺简单，对抗菌剂的要求也相对较少，因此是制备抗菌纤维和抗菌织物最常用 的加工方法之一。用于织物表面处理的抗菌剂种类有很多，但常用的抗菌剂主要 为有机硅季铵盐类、季铵盐类、双胍类、酚类、金属配合物类及天然类等几种。 由于安全及环境问题，许多抗菌剂如有机汞i 有机锡类化合物已被禁止使用哺删。 采用功能性整理的方法尽管方便，但化学整理会影响织物的风格和手感，且 抗菌性能的持久性很难得到保证，而由抗菌纤维制得得抗菌织物抗菌效果持久、 耐洗性好，但抗菌纤维的生产较为不易，通常成本较高。 一 抗菌纺织品根据其抗菌作用机理可分为两类： 。 1 溶出型抗菌纺织品。该类抗菌纺织品都为纤维或织物经过抗菌剂的后整理 加工而获得的抗菌效果。抗菌剂大多用交联树脂的方法固着在纤维表面，其抗菌 性能是通过抗菌剂的逐渐溶出释放而达到的。抗菌物质缓慢释放但不均匀，此类 产品抗菌效果虽好，但会影响到皮肤层的菌类，所以无论从安全性还是从织物抗 菌作用的耐久性考虑，这类抗菌纺织品都不是最佳选择。 2 非溶出型抗菌纺织品。该类抗菌纺织品多为直接采用抗菌纤维制得，其中 人造抗菌纤维是在纤维制备中加入抗菌剂，抗菌剂与纤维上的羟基、氨基起反应 而与纤维结合，稳定性强。故只触及织物纤维被污染的微生物，绝少接触到皮肤 粘膜，相应具有较高的耐久性与安全性。 而天然的抗菌纤维制的的抗菌织物其组成纤维本身就具有可以发挥抗菌作 用的各种基团等：。其抗菌性能是由其纤维本身固有结构和性质决定的。并不是靠 抗菌剂的溶出而达到抗菌效果。一4 1 2 3 抗菌纺织品的应用现状 国外抗菌纺织品市场发展较早，早在上世纪五六十年代美国的卫生整理纺织 品就已实现工业化生产。七十年代中期以后，美日抗菌除臭纺织品市场进入高速 发展时期，到现在在发达国家抗菌卫生纺织品应用已经十分广泛，据资料显示， 仅日本市场2 0 0 0 年的抗菌卫生织物的零售额就达到了6 0 0 0 亿日元。如今抗菌卫 生织物在织物生产中占有了很大的比例，其应用范围更是深入了人们生活的每一 ， 3v 天津工业大学硕士学位论文 个细节。包括家用纺织品，如毛巾、卫生间用品、床上用品和睡衣等；内衣类， 如贴身衣裤、各种袜子和鞋垫等；运动服装，如比赛服、假日服、体育服和运动 杂品等；室内装饰品，如地毯、窗帘和垫子等和汽车内装饰材料等；特殊工作服 和医院、食品和药物工作服、病员服等；杂品，如尿布、过滤器( 家用吸尘器、 空调等) 和包装材料等。但由于缺乏优良的抗菌纤维，且抗菌整理加工工艺简单 成本较低，因此目前市场上的各种抗菌织物中，以后处理加工的居多( 即溶出型 的抗菌纺织品) 。 我国的抗菌纺织品市场启动较晚。目前，在我国抗菌纺织品的应用领域还十 分有限，主要是抗菌纺织品的成本一般都较高，加上抗菌产品近几年才开始升温， 尚处初级发展阶段，市场也存在着良莠不齐、鱼目混珠等现象。现阶段民用领域 抗菌纺织品一般都集中在家纺产品领域。如卫生间用品、床上用品和睡衣等。抗 菌内衣、抗菌内裤、抗菌袜子、抗菌鞋垫等单价较低的抗菌纺织品比较盛行。 1 3 抗菌纺织品的研发趋势和市场前景 1 3 1 抗菌纺织品的研发趋势 抗菌纺织品的生产是- - 1 7 集纺织、化学、生物和高分子材料为一体的综合学 科，而抗菌纺织品的新品研发应充分遵照市场的需求。当下抗菌、健康、安全、 环保已成为人们日益关注的热点。人们对抗菌纺织品的研发提出了新的更高的要 求： i 抗菌效果的高效性。抗菌纺织品不仅应具有广谱抗菌效果即对革兰氏阴性 菌、阳性菌和真菌等具有抑制杀灭能力，还应具有较高的抑菌率。同时这种抗菌 效果要持久，抗菌纺织品的耐洗涤性和耐磨损性要好，能长期杀菌。 2 产品的安全性。要求对人体安全无害，抗菌纺织品与人体组织的亲和性好， 对人体无任何毒副作用，适合长期接触或穿用。 。 。3 结构和功能的多元化。结构的多元化使最终的产品形式多样，适用性广。 要求可根据用户的需要制成多种规格的不同用途的产品。功能的多元化是将抗菌 防臭与防霉、防污、透湿防水或其他功能相结合进一步增加抗菌纺织品的功能提 高其附加值。 4 生产工艺的生态环保。要求抗茵纺织品的获得不应以污染环境和破环资源 为代价。 目前，因抗菌后整理工艺路线简单，适用范围广，已成为开发抗菌织物的主 要工艺路线，但由于其抗菌效果持久性差，抗菌作用机理存在潜在的安全性隐患， 4 第一章绪论 且生产工艺能耗大污染严重，势必将会被逐步淘汰。现在各国科学家都已经将主 要精力集中到开发永久型抗菌纤维上来。从抗菌纺织品的发展趋势来看，抗菌纤 维将是今后重要的开发方向。应用各种抗菌纤维制成的各种抗菌织物将成为未来 市场的主导产品。 围绕各种抗菌纤维的应用与加工技术将成为纺织工程领域研究的重点。 1 3 2 抗菌纺织品的市场前景 随着科技的迅速发展和人民生活水平的提高，抗菌问题越来越引起人们的重 视。因此，抗菌纤维与抗菌纺织品受到世界各国的高度关注，在卫生保健获得重 视和提升生活品质两大前提之下，抗菌纺织品将成为未来开创商机之产品。 消 费者希望纺织品具有抗菌功能，以满足文明舒适的生活需要。未来的发展趋势是 抗菌纺织品将普及到家庭及公用场合的用品中，应用领域也随之不断扩大，将得 到不断的普及，会逐渐深入人们生活的每一个细节。 。“ 而近年来接连爆发的全球性的公共卫生危机，使人们更加关注公共卫生领域 的抗菌卫生措施。从长远预防病菌的角度来看，除了良好的卫生习惯和增强体 质以外，社会公众选择和使用抗菌制品，在全社会营造一个安全、卫生、健康的 生活环境，才是一种防患于未然的有效途径。这必将为抗茵纺织品市场带来前所 未有的机遇，势将推动抗菌纺织品市场的进一步繁荣与发展。 尤其是在我国，经历了“非典 的考验，社会和大众的卫生保健意识大增， 抗菌纺织品市场前景广阔。但由于现阶段成本和价格的普遍偏高，目前想要立即 在国内市场全面推广抗菌纺织品还比较困难。当前主要的市场在于公共领域的抗 菌纺织品应用，而且这一形势已显得十分迫切。 据统计我国目前每年有5 0 0 0 多万人次住院，大约有1 0 的人次于治疗期间 在医院发生感染。医院环境中的病菌，可以使用消毒液等方法将其杀灭，但纺织 产品因为与人体直接接触，滋生和传播的病菌对人体的危害更加直接。院内感染 的主要感染源就是来自床上用品、衣物，仅这一项每年就造成i 0 0 亿元的损失! 如果抗菌纺织品得到普及，这i 0 0 亿元的损失完全可以避免。一些日本、美国、 英国、法国等发达国家已经在医疗卫生机构普及抗菌织物，诸如医护人员的工作 服、病患者的床具( 床单等) ，据报道其应用的结果减少了院内感染率。 目前，我国公共卫生体制不断健全，卫生事业投入逐年增加，为抗菌纺织品 在医院等公共卫生领域的推广起到了积极地作用，该领域市场将成为一段时期内 我国抗菌纺织品普及的主要市场。 5 天津工业大学硕士学位论文 1 4 本课题研究的内容和意义 开发高效，生态，环保，安全的抗菌纺织品的先进思路是直接使用具有抗菌 功能的纤维生产抗菌纺织品。因此，围绕各种抗菌纤维的应用与加工技术生产具 有抗菌性能的功能纺织品已经成为纺织工程领域研究的重点之一。 甲壳素纤维是自然界中迄今为止被发现的唯一带正电荷的动物纤维素。甲壳 素纤维具有生物相容性，可降解无毒，吸湿保湿性能好，尤其具有良好的抗菌性 能。是制作抗菌纺织品不可多得的天然抗菌纤维。由其制成的抗菌纺织品不仅具 有良好的抗菌功能，还具有突出的生物活性功能，大大增加了产品的附加值。1 但由于甲壳素纤维的结构性质决定了其纯纺的难度较大，同时由于价格昂 贵，给其在市场的推广带来了困难。因此目前大多采用混纺工艺路线。将甲壳素 短纤维与其它天然或再生短纤维进行混纺：在棉纤维中混入一定比例的甲壳素纤 维，即可提高甲壳素纤维的可纺性，降低甲壳素纤维的成本，又可改善棉织物的 性能，增加抑菌、防臭等保健性能。 。 本课题围绕甲壳素纤维的应用与加工技术。利用不同混纺比的甲壳素棉混 纺纱与纯棉纱交织，采用平纹组织，开发出服用棉型交织产品作为抗菌卫生织物。 希望该类产品能应用于公共卫生领域如医护人员的工作服、病患者的床具( 床单 等) ，减少院内病菌感染的发生。课题在对不同甲壳素含量的织物的服用性能进 行综合比较分析的基础上，重点对不同甲壳素含量织物抗菌性能进行测试，探讨 了甲壳素棉纤维混纺比与抗菌效果的关系。为今后开发类似混纺抗菌织物选择 合理的纤维组成和结构提供借鉴和参考。 6 第二章甲壳素纤维简介 第二章甲壳素纤维简介 2 1 甲壳素及甲壳素纤维概况 甲壳素( c h i t i n ) 是甲壳质和壳聚糖的统称，是一种带正电荷的天然多糖高 聚物，它的化学名称为( 1 ，4 ) - 2 - 乙酸氨基一2 一脱氧一b d 一葡萄糖，简称聚乙酰 氨基葡萄糖。它广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、茵 类及藻类细胞壁内，原料来源十分丰富。 甲壳质是一种无毒无味的白色或灰白色的半透明的固体，难溶于水、稀碱、 稀酸以及一般的有机溶剂中，因而限制了它的应用和发展。只有在合适的溶剂中， 甲壳质才会被溶解为具有一定浓度、一定黏度和良好稳定性的溶液，这样的溶液 具有一定的可纺性。 一 壳聚糖是甲壳质经浓碱处理脱去其中的乙酰基，变成了可溶性的甲壳素j 称 为甲壳胺或壳聚糖，它的化学名称是( 1 ，4 ) 一2 一脱氧一b - d 一葡萄糖，或简称聚胺 基葡萄糖。这种壳聚糖由于它的大分子结构中有大量的氨基，从而大大改善了甲 壳素的溶解性和化学活性。 甲壳素纤维是以甲壳素或壳聚糖为原料在适当的溶剂中溶解制成纺丝原液， 经抽丝，。凝固，拉伸，洗涤，干燥等工艺处理而得到的纤维。甲壳素纤维是一种 类似于纤维素的多糖生物高聚物。 2 2 甲壳素纤维的结构及其物理机械性能 甲壳素纤维是一种天然直链状酰胺类多糖物质。甲壳素纤维呈深黄色。外观 近似粘胶。其纤维截面形态边缘为不规则的锯齿形或呈皮芯结构。图2 - 1 为其横 截面电镜图。， 7 天津工业大学硕士学位论文 芯层有较多细小的空隙，纵向表面有很多细小的沟槽。图2 - 2 为其纵向形态 电镜图。 图2 - 2 电镜( l o o o ) 甲壳素纤维纵向形态 甲壳素纤维具有微细的小孔结构，可以促进毛细管效应。能使吸收的汗液迅 速的散发出去，细菌不易滋生，这样可以增强抗菌效果。但是，因为小孔的存在 使甲壳素纤维的强力比较低。 甲壳素纤维的摩擦系数较小，纤维比较光滑，纤维的动、静态磨擦系数相差 0 0 2 7 ，表明纤维脆性大、纤维之间抱和力差、回弹性差、可纺性差、纯纺比较 困难1 。 表2 1甲壳素纤维与棉纤维的物理指标 澈黻断搿一(cn燃dte量x)(cndtex)警回茅 纤维翮队 ( ) ：- 一。 ( ) 甲壳素纤维2 2 7 棉纤维 3 4 4 5 1 7 9 9 5 25 6 1 5 3 6 56 4 。8 5 表2 - i 为甲壳素纤维与棉纤维的物理指标，通过比较可看出：甲壳素纤维的 力学性能比较差，拉伸强力最低，同时由于甲壳素纤维的结晶度高，其初始模量 比棉纤维高，但取向度低因而伸长率较低。 2 3 甲壳素纤维的性能特点 甲壳素纤维作为一种性能优良的新型纺织材料，主要有以下几方面的特性： 1 生物活性优异尤其具有天然的抗菌性能：甲壳素及其衍生物因本身所含 有的复杂空间结构，而表现出许多生物活性，其制品具有抗菌、抑菌、防臭、抑 8 第二章甲壳素纤维简介 制纤维细胞生长、直接抑制肿瘤细胞及其促进上皮细胞生长，促进体液免疫和细 胞免疫等作用。 2 生物相容性好：甲壳素及其衍生物是无毒、无副作用的天然高分子材料， 其化学性质和生物性质与人体的组织相近，因此甲壳素纺织品与人体不存在排斥 性问题。 3 生物降解性能良好：甲壳素及衍生物在酶的作用下会分解为低分子物质， 其制品用于一般的有机组织均能被生物降解而被机体组织完全吸收。 4 吸湿和保湿性佳：甲壳素的氨基和羟基具有很高的亲水性，由于其单位化 学基团的电荷、极性基密度大，因此保湿率很高。 5 染色性能高：甲壳素纤维对反应性染料和直接染料的亲和性较好。 6 纤维光泽自然、柔和，因而甲壳素纤维的用途十分广泛n 钉。 2 4 甲壳素纤维的应用与发展现状 甲壳素广泛存在于海洋甲壳动物外壳、软体动物内骨骼、昆虫翅膀、菌类及 藻类细胞壁内。自然界年产量达i o o x1 0 8 吨，其中海洋生物生成量达1 0 x1 0 8 吨 以上。这些虾蟹壳原本是废弃物，几乎成为环境污染源，经过近4 0 多年国内外学 者研究变废为宝，一跃成为跨世纪的引人瞩目的全球性热门科研课题，并竞相开 发出一系列的甲壳素类高科技产品。应用于工业、农业、国防、化工、环保、医 药、保健、美容、纺织诸多领域n 朝。而甲壳素纤维的生产工艺的发明与不断完 善和发展更是大大拓宽了甲壳素优良性能在纺织领域的应用。 现阶段甲壳素纤维作主要应用领域是医疗卫生领域n 们；甲壳素纤维相容性 好i 无毒性，具有生物可降解性，生物活性，生物相容性。有加速伤口愈合及较 好的螯合能力。它不仅有很强的反应性能，而且它与人体有很好的生物相容性。 可被生物体内的溶菌酶分解而吸收。其化学和生物性质与人的组织相近，与人体 接触不存在排斥问题。因此，甲壳素及其衍生物在医疗卫生系统中已得到广泛的 应用，主要用它们作原料做成生物医学功能材料，如手术缝合线、人工韧带、防止 组织粘连材料、人造皮肤、人造骨及多种医用药用敷料等。而甲壳素纤维大多是 加工成非织造布或直接以长丝形式应用于医疗卫生领域。 目前，甲壳素纤维还没有广泛应用于日常生活中的服用织物，主要是甲壳素 纤维价格较高，消费者的购买能力受n l j 艮带f j 。同时。甲壳素纤维可纺性差，其应 用加工工艺也限制了部分产品的开发n 朝。但是，甲壳素纤维作为一种新型纤维素 纤维，它具有独特的性能，优良的抗菌抑菌和防臭功效，生物降解性好，吸湿和 透气性好。随着对甲壳素纤维研究不断深入，相信它的产品开发会变得丰富多彩。 其应用将更为广泛，作为一种新型纤维本身有其优缺点，通过对其进行更深入的 ， 9 天塑三些奎堂堡主堂垡垒奎 一 f 一 研究 其应 工技 1 0 品用产匣 新觏 然咒馓唬榭 维快硷纤删隘该嗽 现所馁慧 出环b觥翻形朴微 别旷脯制浸赧雕域有豁颅呶 刑m 不 韪发 ， 第三章甲壳素，棉混纺纱的纺纱工艺与成纱质量 第三章甲壳素棉混纺纱的纺纱工艺与成纱质量 3 1 原料规格和纱线设计 在甲壳素纤维中混入一定比例的棉纤维，一方面可提高甲壳素纤维的可纺性， 降低甲壳素纤维的生产成本，赋予混纺织物以良好抗菌和保健功能：另一方面甲 壳素纤维和棉纤维均属天然素材，对人体肌肤都有很好的亲和性，且能生物降解， 不会对环境造成污染。如此一来，即解决了甲壳素纤维在推广中遇到的价格普遍 偏高而使应用范围受限，不能大规模应用于日常生活中纺织品的问题，又解决了 甲壳素纤维的成纱困难，混纺纱线不仅充分发挥了甲壳素的优良性质还弥补了甲 壳素自身可纺性差的不足。混纺纱线的应用将使甲壳素的优良生物和化学性能应 用到更多的产品中，产品形式和结构也将更加多元化和丰富n 呱埔3 n 钉。 原料选配：采用细绒棉，纤维细度为1 7 4 d t e x ，主体长度为3 0 r a m ；品质长 度为3 3 5 m m ；甲壳素纤维细度为2 4 9 d t e x ，切断长度约为4 0i n m 。设计纱线的 规格为：纺纱线密度1 8 2 t e x ；单纱捻度9 2 捻l o a m ，捻向z 捻。 试验中选择了五种甲壳素含量的混纺比，同时还附加了相同规格的1 0 0 纯 棉纱线对照样。 表3 - 1纱线混纺比编号 3 2 甲壳素：l = g , g 纺纱纺纱工艺 3 2 1 两种混纺工艺流程的对比 目前，关于甲壳素棉混纺纱的纺纱工艺的研讨，形成的混纺工艺流程共有 两种，主要区别在于对原料的混合方法的不同。一种应用比较广泛的方法是采用 半纤维制品即条子混并的方式将甲壳素纤维条子与精梳棉条混并，另一种方法是 直接利用散纤维混合啪1 。 对比两种方法，各有利弊：将甲壳素纤维和棉纤维分别经开松，梳理制成条 子，能保证不因甲壳素纤维和棉纤维的性质差异而使两种纤维分别得到充分梳理 天津工业大学硕士学位论文 和开松。但是，采用条子混并的混纺比受到限制。并条工艺道数必须受混纺比的 限制，且一般情况下并和道数较多。当并条道数和混合次数较少时，不同纤维不 可能均匀分布在输出产品的横截面中，而是各自集成一股，形成所谓“条花”。 但纤维条的牵伸并和作用次数越多，制品的条干均匀度就越差，直接影响后道工 序及最后的成纱质量。而且，因为每根条子的定量不可能设计成不同，所以有些 配比的混纺比用条子混合根本没有合适的并和道数能够满足。另外，甲壳素纤维 的成网，成条也比较困难。 用散纤维直接混合，大多利用现有的混棉机械。但是，由于甲壳素纤维和棉 纤维的性质差异较大，甲壳素纤维强力相对较低，纤维间抱合性能差，脆性大。 在混棉机械较强的机械力作用下极易受损。同时因为两种纤维的差异，导致制成 率不同，造成对最后实际混纺比与设计混纺比有定差距。 3 2 2 本课题所采用的工艺流程 本课题因为所用纤维量较少，选择采用散纤维直接混和，工艺流程如图 一 图3 - 1 纺纱工艺流程简图 、 1 投料比计算。 甲壳素纤维的标准回潮率为1 5 3 ，棉纤维的标准回潮率为8 5 。在试验室 条件下，实际回潮率按照标准条件下两种纤维的回潮率计算干湿定重。 墨：鱼生丝 ( 3 二1 ) 如如l + 鸩 式中： m ，m 2 一两种纤维的回潮率( 棉纤维m l _ 8 5 ，甲壳素纤维 v 1 2 = 1 5 3 ) k bk ：一两种纤维的实际湿重混合比( k 。，甲壳素纤维，k ：棉纤维) k 。，k ：一两种纤维的设计干重混合比( k 。，甲壳素纤维，k z 棉纤维) 每一混纺比例的纱线定量为1 5 0 9 ，考虑到开松梳理混合过程中的纤维消耗投 第三章甲壳素棉混纺纱的纺纱工艺与成纱质量 料时适当增大，定量稍大于1 5 0 9 取1 6 0 9 。两种纤维投料量按照湿重混纺比计算。 结果如表3 - 2 。 2 混合纤维梳理、并条 把6 组不同投料比的混合纤维分别喂入( x f h 型小型和毛机) 进行开松。再 把每组开松后的混合纤维用天平准确称量每2 5 克为一份每组6 份。然后在每组 中把每份试样喂入( a s l 8 1 a ) 型梳棉试验机进行梳理成卷，由于定量较小，采用 人工铺网。纤维网长度为1 米，然后分别将每组6 块纤维网通过6 倍牵伸的并条 机，使其成条。 表3 - 2 实际投料计算结果 然后将生条对折两次，通过加压牵伸倍数为6 倍的并条机，得到了二道并条 的半熟条，最后再对折两次，经过第三道并条，并条机的牵伸倍数依旧是6 倍。 于是得到熟条，称重得到熟条定量。 表3 - 3 熟条称重定量 3 粗纱、细纱工序 表3 4 粗纱工艺参数 项目参数 总牵伸倍数 4 9 1 后区牵伸倍数 1 7 罗拉隔距( 前后) ( c m ) 65 5 粗纱捻系数 1 0 8 5 锭速( r r a i n ) 7 6 9 粗纱工序是纺制细纱前的准备工作，目前除了超大牵伸细纱机及转杯纺纱机 1 3 天津工业大学硕士学位论文 在纺中粗特纱时，可将熟条喂入外，而一般环锭细纱机的牵伸能力限制在3 0 5 0 倍，在并条与细纱之间必须有粗纱工序，其主要任务为牵伸、加捻、卷绕与成形。 本实验是采用f a 4 0 1 型粗纱机。主要工艺参数见表3 4 不同混纺比粗纱每米克重见表3 - 5 表3 - 5 粗纱每米克重 细纱工序是纺纱生产的最后一道工序，细纱机的主要任务是牵伸、加捻、卷 绕成形。细纱工序中应采用合理的后区牵伸倍数、纤维浮游区长度、钳口隔距、 罗拉加压，并使用软弹性皮辊和纺纱集合器，保证成纱条干优良。为使纱线抗起 毛起球性能好，应尽量减少成纱毛羽。为此，在细纱工序采用了大捻度，加强对 浮游纤维的控制。保证钢领、钢丝圈状态完好。同时采用大隔距、小后区牵伸工 艺，有利于提高成纱条干，减少粗节，降低细纱断头。 表3 - 6 细纱工艺参数 项目参数 细纱捻系数 锭速( r r a i n ) 牵伸机构 罗拉隔距 3 9 2 1 0 2 6 8 双胶圈牵伸 3 5 ，2 7 每一混纺比的纱线经过细纱工序时，根据该组分粗纱定量计算理论牵伸倍 数。选择合适的牵伸齿轮组合。为了及时控制纱线纺出线密度，试纺时可测试纺 出的纱线线密度是否符合要求，即要使纱线线密度控制在1 8 2 r e x 左右，如果超 出了允许范围应及时调整机器的牵伸倍数即调换牵伸变换齿轮。同时，单纱捻度 设计为9 2 捻1 0 c m 。经计算选择合适的捻度齿轮组合。 3 3 不同混纺比纱线性能测试研究 3 3 1 纱线线密度测试 ， 测试仪器为y 0 0 8 6 型纱框测长机，千分之一或百分之天平，试样为五种不 同混比的甲壳素纤维与棉混纺纱线加上对照样纯棉纱。每种各取样5 个。 试验步骤：( 1 ) 在y g 0 8 6 型纱框测长机上设置有关参数，即缕纱长度与卷绕 1 4 第三章甲壳索棉混纺纱的纺纱工艺与成纱质量 张力，缕纱长度为i 0 0 米，卷绕张力为0 5 - - + 0 1 ( c n t e x ) 。( 2 ) y g 0 8 6 型纱框 测长机上绕取试样缕纱即每个试样一缕，把每缕纱的头尾接好，并从缕纱测长机 框取下试样缕纱。( 3 ) 称重，用千分之一或百分之一天平对试样逐个称重并做记 录。 纱线线密度( t e x ) = 缕纱重量( g ) x1 0 0 0 缕纱长度 3 3 2 纱线捻度测试 测试仪器为y 3 3 1 型a 型捻度机，试样为五种不同混比的甲壳素纤维与棉混 纺纱线及对照样纯棉纱线。 试验步骤为：( 1 ) 检验捻度机各项是否正常。( 2 ) 适当选用转速，按纱线的标 准本试验的转速为1 5 0 0 转m i n ，按规定调节好夹钳距离、限位、预加张力。本 试验中限位为4 m m ，预加张力为7 2 8 。( 3 ) 夹持