驱蚊粘胶纤维的制备及其性能研究1

林燕萍， 杨 陈， 李永贵*

（1. 江西服装学院，江西 南昌 330201；2. 闽江学院，福建 福州 350108）

雌蚊以其他生物血液为食，是丝虫病、疟疾、登革热等病原传播的中间寄主，列为“四害之一”，被世界卫生组织视为卫生安全重点防治对象[1]。自然界中很多植物所提取的精油，虽不具杀灭蚊虫的效果，但驱蚊效果明显，且对人体无害，是较为理想的防蚊材料[2-3]。粘胶纤维是人类开发较早、性能较好的再生纤维素纤维，不仅具有良好的抗静电、吸湿透气、光滑凉爽的特性，还具有染色色谱齐全、染色色牢度较好的特点[4-5]。随着纺丝工艺的进步，不少学者不断尝试在粘胶纺丝液中加入其它物质使其所纺制的粘胶纤维具有一定的功能，基于此思路，本文利用提取的青蒿精油加入到粘胶纺丝液进行纺丝，纺制具有驱蚊效果的粘胶纤维，为新型功能性粘胶织物的开发提供一定的参考依据。

1 实验

1.1 材料与试剂

α-纤维素粘胶纤维纺丝原液（聚合度为 520，新乡化纤股份有限公司）、青蒿（市场购置）；丙酮（东莞市天瑞化工有限公司）、溴化钾（寿光市元光化工有限公司）。

1.2 仪器与设备

DZF-6020D-电热恒温真空干燥箱（上海东麓仪器设备有限公司）、DB-TH-S-800D小型恒温恒湿箱（嘉兴市鼎宝检测仪器有限公司）、MSE324S-000-DU赛多利斯天平（德国汉堡的赛多利斯茵泰科公司）、DHG-9240A高温烘箱（上海览浩仪器设备有限公司）、YG606D型平板式织物保温仪（宁波纺织仪器厂）、Y151纤维摩擦因数测定仪（南通三思机电科技有限公司）、SFE-2000-2超临界萃取仪（美国应用分离公司）、INSTRON5590万能材料试验机（美国英斯特朗公司）、Nicolet is5傅里叶变换红外光谱仪（赛默飞世尔科技(中国)有限公司）、XRD-6100型X-射线衍射仪（岛津企业管理（中国）有限公司）。

1.3 试样制备

青蒿植物清洗、晾干、斩碎后，利用超临界萃取仪在温度60℃、压力30 MPa条件下，在二氧化碳中超临界萃取2 h，并将萃取的精油在65℃的条件下浓缩至0.2 g/mL[6]。将青蒿精油按照5%、10%、15%、20%的比例加入到粘胶纺丝原液中，并利用湿法纺丝工艺对混合液进行纺丝，制备青蒿精油含量分别为 0（不加入青蒿精油，即为下文所述的普通粘胶纤维）、5%、10%、15%、20%的复合粘胶纤维。

1.4 纤维性能测试

1.4.1 纤维力学性能

将所纺复合粘胶纤维与普通粘胶纤维在丙酮溶液浸泡清洗后使用蒸馏水冲洗干净，在通风阴凉处晾干后置于105℃烘箱中干燥至恒重；将干燥后的粘胶纤维置于标准环境（20℃、65%相对湿度）中调湿24 h待用。将调湿后的复合粘胶纤维与普通粘胶纤维均在蒸馏水浸泡3 min后待用；使用INSTRON5590万能材料试验机测试复合粘胶纤维与普通粘胶纤维干态与湿态的力学性能。测试参数设置：等速伸长拉伸，纤维夹持长度为20 mm，拉伸速度为20 mm/min，每组纤维测试30根，取测试结果的平均值。

1.4.2 纤维摩擦因数

按上述调湿方法将所纺复合粘胶纤维与普通粘胶纤维调湿后，使用Y151纤维摩擦因数测定仪对调湿后复合粘胶纤维与普通粘胶纤维进行纤维摩擦因素测试。测试条件：所测纤维两断各夹持质量为 100 mg的张力夹，在0.9 r/min与30 r/min的转速下测试粘胶纤维的静态与动态摩擦因素，每组纤维测试30根，取测试结果的平均值。

1.4.3 红外光谱测试

将青篙精油含量为20%的复合粘胶纤维与普通粘胶纤维在105℃的烘箱中干燥至恒重，剪碎后，与溴化钾充分碾磨混合后制成溴化钾压片。使用Nicolet is 5傅里叶变换红外光谱仪对压片试样进行红外光谱测试。测试参数设置：红外光谱扫描分辩率0.5 cm-1，扫描波长范围为4000～400 cm-1，压片试样扫描次数为42次。

1.4.4 X-衍射测试

将所纺复合粘胶纤维与普通粘胶纤维在105℃的烘箱中干燥至恒重，剪碎后，制成纤维碎末压片。使用XRD-6100型X-射线衍射仪测试纤维碎末压片试样的X-衍射曲线。测试参数设置：电流50 mA，电压40 kV，Cu靶，扫描速度5°/min；对所测X-衍射曲线进行分峰处理，利用结晶区分峰积分面积与结晶区与无定形区分峰积分面积之和的比值计算结晶度。

其他测试条件不变，见电流设置为200 mA，测定纤维晶体取向度。

1.4.5 驱蚊效果测试

复合粘胶纤维驱蚊效果测试借鉴蒋月亚[7]驱蚊效果测试实验方法，将复合粘胶纤维与普通粘胶纤维分别置于图1装置的A腔与C腔，在B腔中投放50只雌性伊蚊后抽取A～B、B～C之间的隔板，观察A腔与C腔中蚊子数量，参照式1计算复合粘胶纤维的驱蚊率，测试5次取驱蚊率测试结果的平均值。

式中：NA为A腔驱蚊测试后雌性伊蚊数量，只；NC为C腔驱蚊测试后雌性伊蚊数量，只。

图1 驱蚊率测试装置示意图

2 结果与讨论

2.1 力学性能分析

力学性能测试结果如表1所示，从表1可以看出，复合粘胶纤维的干态与湿态断裂强度均低于普通粘胶纤维（青蒿精油含量为0的粘胶纤维即为普通粘胶纤维），干态与湿态断裂伸长率均高于普通粘胶纤维，由此说明青篙精油的加入降低了粘胶纤维的力学性能，且这种降低程度随着青篙精油含量的增加而增加；结合下文纤维结晶度与取向度的测试数据可知复合粘胶纤维力学性能下降是受到纤维内部分子结构变化的影响（详细分析见下文X-衍射分析部分）。当青篙精油含量为20%时，复合粘胶纤维的干态断裂强度与湿态断裂强度相比普通粘胶纤维分别下降了171.13%与300%，断裂伸长率分别增加了145.67%与180.49%，复合粘胶纤维在湿态条件下力学性能变化幅度明显高于干态条件下，这是由于复合粘胶纤维在浸水后纤维内部分子链锻更容易滑移而导致纤维强力弱环的增加。当青篙精油含量在10%时，复合粘胶纤维的干态断裂强度与湿态断裂强度分别下降26.44%与56.19%，断裂伸长率分别增加61.72%与74.09%，数值变化幅度均低于青篙精油含量10%～20%的变化幅度，且从干态断裂强度数值看，当青篙精油含量在10%以内时纤维断裂强力损失较小。

表1 力学性能测试结果

2.2 纤维摩擦因数分析

纤维摩擦因数随青篙精油含量变化柱状图如图2所示，从图2可以看出，复合粘胶纤维静态与动态摩擦因数均略高于普通粘胶纤维，且随着青篙精油含量的增加而增加，这是由于粘胶纤维纺丝原液与青篙精油不能达到 100%的互溶状态，致使混合纺丝液在纺丝过程中稳定性劣于纯粘胶纤维纺丝液，造成所纺制的复合粘胶纤维表面出现微孔结构引起了纤维摩擦因数的增加，提高了纤维的可纺性。

图2 纤维摩擦因数随青篙精油含量变化柱状图

图3 纤维红外光谱图

2.3 红外光谱分析

纤维红外光谱图如图3所示，从图3可以看出，3440 cm-1与669 cm-1附近吸收峰说明-OH的存在，1736 cm-1附近吸收峰说明酮羰基的存在，1380 cm-1与1420 cm-1附近吸收峰说明-CH与-CH2的存在。1625 cm-1与1064 cm-1附近的吸收峰说明C=O与C-O的存在，但2曲线也存在一定差异，如1064 cm-1附近吸收峰向左滑移，说明C-O向C-O-C转变，饱和度降低，说明青蒿精油的加入使得粘胶纤维内部分子结构饱和度降低。从图3看出，青蒿精油的加入使得复合粘胶纤维的主成分发生了一定程度的变化。

2.4 X-衍射曲线分析

复合粘胶纤维X-衍射曲线图与分子结构参数随青蒿精油含量变化图如图4、5所示，从图4可以看出，复合粘胶纤维与普通粘胶纤维的晶峰位置均在 12.5°、20.5°附近，结合上文的红外光谱分析，说明虽然在纺丝液中引入青蒿精油，但复合粘胶纤维依然保持了纤维素Ⅱ晶型结构。从图5中可以看出，复合粘胶纤维的结晶度与取向度均随着青蒿精油含量的增加而降低，这也是由于青蒿精油的加入使得原粘胶纺丝液中的大分子排列发生变化，致使纤维结晶结构向无定形结构转变，造成粘胶纤维结晶度与取向度的下降，这是造成复合粘胶纤维力学性能下降的主要原因。同时，当青蒿精油含量低于10%时，复合粘胶纤维的结晶度与取向度均下降缓慢，当青蒿精油含量超过10%时，下降幅度明显增加，这也与上述复合粘胶纤维力学性能变化规律相呼应。

图4 复合粘胶纤维X-衍射图

图5 分子结构参数随青蒿精油含量变化图

2.5 驱蚊效果分析

驱蚊率随青蒿精油含量变化图如图6所示，从图6可以看出，复合粘胶纤维的驱蚊率随着青蒿精油含量的增加而增加，当青蒿精油含量在10%时，复合粘胶纤维驱蚊率为 89.42%；当青蒿精油含量高于 10%时，增加幅度减小，并趋于稳定。由此可知复合粘胶纤维中精油含量为10%即可满足驱蚊要求。

图6 驱蚊率随青蒿精油含量变化图

3 结论

青蒿精油加入到粘胶纤维纺丝液纺制的具有驱蚊效果的复合粘胶纤维在分子结构上保持了纤维Ⅱ晶型结构，且当复合粘胶纤维中青蒿精油含量为10%时，复合粘胶纤维力学性能、纤维表面摩擦因数、结晶度与取向度等参数保持了较好的服用性能，同时复合粘胶纤维的驱蚊效果也达到了89.42%。本次研究表明利用天然植物精油纺制驱蚊面料的可行性，为驱蚊服装的设计提供了一个广阔前景。

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