硅藻土改性黏胶纤维的制备与性能测试

2019-05-31陈秀苗沈守兵

纺织检测与标准 2019年2期

陈秀苗，沈守兵

（上海水星家用纺织品股份有限公司，上海201401）

0 引言

黏胶纤维凭借自身优异的性能被广泛应用于服装、家纺、非织造布等领域。随着人类对健康纺织品越来越关注，人们不断开发出的功能性黏胶纤维拓展了其应用市场，但人类的需求却是不断变化的，这就要求市场提供新型功能性纤维来持续满足不同的客户需求。

硅藻土是一种硅藻遗体沉积物，是由生物转化、主要组成物质为硅藻的硅质沉淀岩，是一种有机蛋白石矿物成分，因其与一般成因的蛋白石不同，所以称之为硅藻蛋白石。硅藻土作为一种天然矿物质材料，无任何有害的化学物质，不仅具有密度小、防水、不易燃烧等优点，还具有除臭、吸湿、吸附室内有害气体等作用。由于硅藻土表面具有大量的超微细孔，数量约为木炭的6 000倍，其表面的超微细孔会随着室内湿度的提高自动吸收空气中的水分，并储存于孔内；也会随着室内湿度的降低自动释放储存在孔内的水分，进而调节室内的温湿度。除此之外，硅藻土还能有效吸收并分解易使人过敏的物质，可以把水分子分解为正负离子，从而起到杀菌作用[1]。

目前，硅藻土已成功用于家装、水系统等很多领域。将硅藻土用于保健纤维产品的开发中，尤其用于家纺产品的开发，符合消费者对于功能化、保健化纺织品的需求。此外，随着人们对室内装修装饰越来越追求时尚化，但又担心装饰装修材料中含有甲醛、氨气、苯等挥发性有害化学物质[2]，所以希望研究开发出一种能够吸附和分解有害气体的纺织品来满足健康生活的需求。经过大量的研究，发现硅藻土能有效吸收有害化学物质，消除异味，将其作为主材之一应用到家纺新材料中是一个值得研究的课题。

随着科学技术的不断发展，用硅藻土改性的黏胶纤维已经被当作一种低碳环保型材料用于不同的领域。试验将研磨成纳米级的硅藻土与黏胶纺丝液进行混纺，采用湿法纺丝法成功制得可去除有害气体的改性黏胶纤维。

1 试验

1.1 硅藻土微粉制备

试验时先打开硅藻，使硅藻壳体中所含的微细黏土杂质与硅藻解离，并通过离心沉降法去除分离的微细黏土杂质；再对硅藻精土进行湿式球磨超细粉碎，使平均粒度达到微米级，同时对浆料进行表面改性处理,以防止微细粒子在干燥中形成难以解聚的硬团聚体,确保其良好的分散性；最后，对湿式球磨后的浆料进行干燥，并经过气流粉碎机进一步筛选出一定细度的超细微粉（一般粉体最大粒径不能超过2μm）[3]。

1.2 湿法纺丝

1.2.1 硅藻土功能浆料制备

将表面改性后的硅藻土和水按（20～30）∶（70～80）的质量比调成浆料，并用高速搅拌器搅拌，确保溶液混合均匀，从而制备出功能性浆料。

1.2.2 纺丝速度和硅藻土添加量选择

共混纺丝液中硅藻土的用量会直接影响纺丝液的黏度，进而影响纺丝的状态以及成丝后纤维的力学性能。因此，可以通过可纺性来确认纺丝速度和硅藻土的添加量。

1.2.3 纺丝

将制备好的纤维素原液和硅藻土功能浆料同时输送至溶解机中快速搅拌均匀后在室温下静置，然后进行过滤、脱泡和熟成加工工序。为了制造出质量优良的纺丝产品，需去除共混黏胶溶液中未反应和未溶解的纤维、不完全溶解的凝胶粒子以及功能乳浆中的较大颗粒等，以免影响产品质量。同时，纺丝前要用真空脱泡法去除多功能混合溶液中的气泡，避免纺丝过程中发生断头，或引起后续工序中的缠辊现象。纺丝是将共混纺丝液通过多孔喷丝头进入凝固浴中将纤维素磺酸酯凝固成丝，再分解为水化纤维素。

1.3 性能测试

硅藻土改性黏胶纤维是在黏胶纤维生产工艺的基础上进行改性而制得的。优化工艺生产制得的硅藻土改性黏胶纤维的规格有1.33 dtex×38 mm和1.67 dtex×38 mm两种（用纤维线密度和切断长度表示）。因此，需对硅藻土改性黏胶纤维的性能进行测试，并与常规黏胶纤维的性能进行对比，同时还要对改性纤维的可纺性进行评价，测试改性纤维的功能性指标。

1.3.1 一般力学性能测试

按照GB/T 14463—2008《黏胶短纤维》标准要求，对规格为1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏胶纤维的力学性能进行测试。

1.3.2 甲醛去除率测试

按照QB/T 2761—2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》标准要求，将500g样品放入1.5 m3的试验舱内，在光照条件下进行测试。

1.3.3 抗菌性测试

按照GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价》标准要求对硅藻土改性黏胶纤维的抗菌性能（对白念珠菌、大肠埃希菌和金黄葡萄球菌的抑制率）进行测试。

1.3.4 其它性能测试

按照GB/T 30128—2013《纺织品负离子发生量的检测和评价》标准要求对硅藻土改性黏胶纤维的离子释放个数进行测试。

按照FZ/T 01057.8—2012《纺织纤维鉴别试验方法第8部分：红外光谱法》标准要求对硅藻土改性黏胶纤维的远红外发射率进行测试。

按照GB/T 24253—2009《纺织品防螨性能的评价》标准要求对硅藻土改性黏胶纤维防螨效果（驱避率）进行测试。

2 结果与分析

2.1 分散剂确认

为防止堵塞过滤器、喷丝孔等组件，黏胶湿法纺丝对硅藻土粒径的要求很高，需在硅藻精土中加入分散剂进行超细研磨，并通过静置沉降所需时间来表征其分散效果（沉降时间越长，分散效果越好）。试验用六偏磷酸钠等4种分散剂分别进行试验，用沉降时间来确认分散剂的种类，试验结果详见表1。

表1 分散剂与分散效果

通过试验比较，在分散剂用量相同的情况下，用聚羧酸钠盐型分散剂SN-5040复配BYK-198作为分散剂时沉降时间最长。由于沉降所需的时间越长，分散效果越好，因而，选择聚羧酸钠盐型分散剂SN-5040复配BYK-198作为硅藻土浆料的分散剂。

2.2 纺丝速度和硅藻土添加量确认

共混纺丝液中硅藻土的含量会直接影响纺丝液的黏度，从而影响纺丝状态以及成丝后纤维的力学性能。通过改变纺丝速度和硅藻土的添加量来确认纺丝的稳定性、可控性、断头及卷绕情况，详见表2。

表2 硅藻土添加量与可纺性

由表2可知，共混纺丝液中硅藻土的添加量会直接影响纺丝液的黏度，进而影响纺丝的状态，甚至所制得的纤维性能。当硅藻土的质量分数为1.2%、纺丝速度为50 m/min时，纤维的可纺性在可控制范围内。因此，选择纺丝速度为50 m/min、硅藻土的质量分数为1.2%进行生产。

2.3 硅藻土改性黏胶纤维截面电镜图

通过对硅藻土改性黏胶纤维的纵、横截面电镜图来观察硅藻土粉体颗粒在纤维表面以及内部的分布情况，具体电镜图见图1和图2。

图1 硅藻土改性黏胶纤维横截面电镜图

图2 硅藻土改性黏胶纤维纵截面电镜图

2.4 性能测试

2.4.1 力学性能

按照GB/T 14463—2008《黏胶短纤维》方法要求对规格为1.67 dtex×38 mm的硅藻土改性黏胶纤维的力学性能进行测试，测得纤维纤度为1.62 dtex，长度为38 mm，干断裂强度为2.1 cN/dtex，湿断裂强度为1.19 cN/dtex，干断裂伸长率为19%，超长纤维率为0.1%，白度为85.5%，回潮率为12.5%，含油率为0.28%，残硫量为4.9 mg/100 g，均满足标准质量要求。

2.4.2 功能性指标

按照GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》方法标准，由专业检测机构（广州微生物分析检测中心）检测后发现，硅藻土改性黏胶纤维对白念球菌、大肠埃希菌和金黄葡萄球菌具有较好的抑菌性，其抑菌率均超过标准规定的要求（见表3），说明硅藻土改性黏胶纤维具有抗菌性。

按照QB/T 2761—2006《室内空气净化产品净化效果测试方法》方法标准，由上述检测机构检测硅藻土改性黏胶纤维对含有甲醛的空气进行净化的效果，测试结果见表4。

此外，所测的硅藻土改性黏胶纤维离子释放个数为500～1 000个/cm3，远红外发射率为83%～90%、防螨驱避率为60%～80%，均达到国家或者行业相关标准。

与GB/T 14463—2008《黏胶短纤维》中5.2.1条款的要求相比，综合上述结果可知，硅藻土改性黏胶纤维的主要性能指标均达到常规黏胶短纤维的要求，具有良好的可纺性，可进一步进行纺纱和织造，开发出更多种类的家纺面料产品。

2.5 应用

硅藻土改性黏胶纤维可以与聚酯纤维按一定比例搭配做家纺芯被类产品的被胎，产品吸湿透气性好，亲肤性高；硅藻土改性黏胶纤维与其它化纤长丝、短纤（如牛奶纤维、莫代尔纤维、丙纶等）混纺可以开发各类高档女士服装，其吸湿透气性好，柔软性佳，具有抗菌防臭功能；硅藻土改性黏胶纤维可与普通人造长丝或者涤纶长丝进行交织做家纺大提花面料产品，具有独特的仿丝绸风格，纹路清晰，光泽典雅靓丽，手感滑爽；硅藻土改性黏胶纤维与棉混纺做成粗支纱，合股加捻，利用特殊的组织结构所制得的夏令软席产品，风格粗犷，凉而不冰，健康环保。

3 结论

改性后的黏胶纤维不仅保持了黏胶纤维原有的良好服用性能，同时还赋予纤维新的功能。对白念珠菌、大肠埃希菌和金黄葡萄球菌具有抑制作用，抑制率分别达到94%、87%、90%［远超具有抗菌性能产品的抗菌要求（抑菌率≥70%）］，对甲醛的去除率＞85%。此种功能性纤维具有良好的可纺性，可广泛用于家纺面料产品和装饰纺织品的开发，具有良好的应用和市场前景。

然而，当前功能性抗菌黏胶纤维，特别是纺织用抗菌黏胶纤维产品的性能与国际产品存有较大的差距，无法完全替代进口。抗菌黏胶纤维虽然具有很大的应用市场，除Lenzing公司外，国内对它的开发研究仍处于小试阶段。未来对于功能性黏胶纤维的开发应着重从以下3个方面进行研究：①对功能性材料的品质研究，如粒径、分布、分散性、与黏胶的相容性等；②功能性材料与黏胶纤维准确、均匀共混的研究；③对功能性材料与黏胶纤维结合牢度的研究。此外，如何解决有机类功能性材料与黏胶本体的结合也是许多功能性黏胶纤维开发的重点[4]。