艾香再生纤维素纤维的纺制实验及性能研究

2021-11-23姚永鑫邢善静谢跃亭

高科技纤维与应用 2021年5期

姚永鑫，邢善静，谢跃亭

(新乡化纤股份有限公司，河南新乡 453011)

0 引言

艾草是多年生草本植物，艾草与中国人的生活有着密切的关系。每至端午节之际，人们总是将艾草置于家中以“避邪”，将干枯后的株体泡水熏蒸以达消毒止痒等。艾草性味苦、辛、温，入脾、肝、肾。《本草纲目》记载：艾以叶入药，性温、味苦、无毒、纯阳之性、通十二经，具回阳、理气血、逐湿寒、止血等功效，亦常用于针灸。故艾草又被称为“医草”。现在中国台湾正流行的“药草浴”，大多就是选用艾草。另外，艾草还可用作针灸术中的“灸”和作为染料。

国内对艾草相关的理论研究主要是医学和文学。其中古代的著作主要集中于研究艾草材料的基本特性以及一些民间智慧、民间习俗，现代的著作主要研究艾草材料的物理化学特性。随着科学的发展，艾草材料的特性以及材料分析已经比较充分，艾草的应用也逐渐发展起来。如中国专利CN201410801050.X 公开了一种艾草纤维复合纺织材料及其制备方法[1]，由艾草纤维制成的纤维以及与其他天然纤维混合纺织而成；充分利用艾草纤维丰富及保健价值较高的特点，将其制作成艾草纤维复合纱线，再制作出艾草纤维复合纺织材料(如布匹、毯子、毛巾)，更好地保持了艾草独特的抑菌、防臭等特点。但是在应用的过程中，艾草的柔韧性不够，导致后续产品性能不佳，因此开发一种具有一定柔韧性、可纺性的艾草纤维具有十分重要的意义。

艾香再生纤维素纤维即是从艾草中提取出抑菌元素，通过高科技手段把这些抑菌元素与天然纤维素有机结合，制作出了纯天然植物艾香纤维。该纤维具有艾草的功效，可以抗菌、消毒、祛味等，具有一定的保健功能，可广泛应用于纺织、服装和一些保健品领域[2]。

1 艾香再生纤维素纤维长丝的纺制

1.1 艾绒浆料的制备

过去使用木制的木锤，把艾草放在石臼中反复的硾捣，这样艾叶上的梗子就会脱离，用筛子去除这些梗子杂质，剩余的就是艾绒浆料。硾捣的遍数越多，杂质也就会越多，经过硾捣与过筛的次数越多，留下的艾绒就越纯净，所以现在“纯度”成为了评价艾绒质量高低的重要要素。

传统艾绒浆料制作方法效率太低。现在所采用的方法是使用专业的捏合机研磨、提取、除杂。

1.2 艾绒浆料粒径测试

艾绒浆料粒径的要求是艾香再生纤维素纤维制备的关键指标。从浆料取样口随机抽取3组艾绒浆料样品，使用新帕泰克HELOS-SUCELL 型激光粒度仪测试粒径，具体测试结果见表1。

表1 艾绒浆料粒径分布

由表1可知，3组艾绒浆料粒径D50均小于 0.7 μm，D90 均小于1.5 μm。纺丝要求粒径小于2.0 μm，根据表1数据，浆料粒径可以满足纺丝的要求。

1.3 工艺流程

采用纺前注入技术将一定比例的艾绒浆料加入到粘胶原液中，将混合好的艾绒粘胶液输送至连续纺丝机进行艾香纤维素纤维长丝的纺制[3](图1)。

图1 艾香再生纤维素纤维长丝制备工艺流程

1.4 工艺条件

(1)纺丝粘胶原液。

甲纤：7.8%～8.8%

NaOH：5.0～6.0%

黏度：30～50 s(20 ℃，落球法)

纺丝胶熟成度：8～11 mL(10% NH4Cl)

(2)凝固浴组成。

H2SO4:120～140 g/L

Na2SO4：240～300 g/L

ZnSO4:9.0～15.0 g/L

温度：45～55 ℃

(3)纺丝。

喷丝头规格：120D/44F

纺丝速度：80～140 m/min

总牵伸率：120%～130%

2 艾香再生纤维素纤维长丝纺制过程分析

2.1 艾绒浆料加入比例对纺丝原液的影响

将不同比例的艾绒浆料加入到粘胶纺丝原液中，测试粘胶纺丝原液黏度、甲纤含量、含碱、熟成度指标变化情况，各项指标数据如图2所示。

从图2可以看出，在试验条件下，添加艾绒浆料的粘胶液质量指标稳定，过滤性能较好。随着艾绒浆料加入比例不断增加，粘胶液黏度呈下降趋势，熟成度呈上升趋势。这是由于艾绒浆料加入比例增加后，粘胶液稀释程度也不断增加，但变化不显著，说明粘胶液的过滤性能未受到较大影响；甲纤和含碱无明显变化，基本未受到影响，所以加入艾绒浆料后粘胶液仍能满足纺丝要求。

图2 不同比例艾绒浆料加入量对粘胶液质量指标的影响

2.2 艾绒浆料加入对可纺性的影响

通过测试72 h内更换纺丝锭数，了解不同艾绒浆料加入量对粘胶长丝可纺性的影响，具体见表2。

表2 不同艾绒浆料加入量对粘胶长丝可纺性的影响

由表2可以看出，随着艾绒浆料加入比例的增加和纺丝时间变长，纺丝锭换头个数有增加的趋势。这是由于随着艾绒浆料加入量的增加，粘胶中出现堵塞喷丝孔的大粒子的概率也会增加。纺丝试验过程表明，艾绒浆料加入后，在添加比例范围内，通过调整牵伸分配、纺丝速度和酸浴组成等工艺参数，能够获得稳定的纺丝工艺条件。通过实验，获得一个最佳添加比例纺丝制得艾香再生纤维素纤维。

3 艾香再生纤维素纤维长丝成品性能分析

3.1 纤维成品性能分析

测试不同艾绒浆料加入比例纤维的干态强度(简称干强)、干态断裂伸长率(简称干伸)指标，具体指标如图3和图4所示。

图3 添加不同比例艾绒浆料的长丝干强指标

图4 添加不同比例艾绒浆料的长丝干伸指标

从图3和图4可以看出，纤维的物理力学性能良好，随着艾绒浆料的添加增多，干强和干伸略有下降的趋势，但均达到了GB/T 13758—2008《粘胶长丝》一等品水平。

3.2 纤维染色性能测试

选取不同艾绒浆料加入量的艾香再生纤维素纤维长丝进行染色对比试验。将不同加入比例的艾香再生纤维素纤维长丝分别投入到80 ℃的恒温染浴中，浴比按1∶100控制，直接蓝B染料的加入量对纤维的质量分数为2%，纤维处理20 min后加入 50 g/L 氯化钠溶液，处理30 min后加入15 g/L碳酸钠溶液固色，处理60 min后结束染色处理过程。不同艾绒浆料加入量的艾香再生纤维素纤维长丝染色均匀度见表3。

表3 艾香再生纤维素纤维上染率

由表3可以看出，艾香再生纤维素纤维长丝染色均匀度达到了GB/T 13758—2008《粘胶长丝》一等品水平。

3.3 艾香再生纤维素纤维长丝抗菌性能分析检测[4-5]

3.3.1 抗菌性能测试

根据GB/T 20944.3—2009《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，测试不同加入比例的艾绒浆料对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌三种细菌的抗菌效果。测试结果汇总见表4。

由表4可以看出，普通粘胶长丝抗菌性较差，不能达到国标要求。加入1%的艾绒浆料后，纤维抗菌性能显著提高；且随着艾绒浆料加入比例的提高，纤维的抗菌性逐渐增强。当艾绒浆料加人量达到5%时，纤维的抑菌率在90%以上，抗菌效果较好。

表4 不同比例艾绒浆料的艾香再生纤维素纤维长丝抗菌性能

3.3.2 洗涤次数对抗菌性能的影响测试

根据GB/T 20944.3—2009《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，测试艾香再生纤维素纤维面料初始和洗涤20次后对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌三种细菌的抗菌效果。测试结果汇总见表5。

由表5可以看出，洗涤次数对艾香再生纤维素纤维面料抗菌性能无影响。

表5 洗涤次数对艾香再生纤维素纤维面料抗菌性能的测试

3.4 艾香再生纤维素纤维长丝抗病毒性能分析

根据ISO 18184:2014(E)《抗病毒纺织品测试》，活性值2以上具有抗病毒性能。检测艾香再生纤维素纤维抗病毒活性试验的测试结果汇总见表6。

由表6可以看出，艾香再生纤维素纤维对甲型流感病毒H1N1的抗病毒流性率达到99.93%，对甲型流感病毒H3N2的抗病毒活性率达到99.92%，说明具有很好的抗病毒性能。

3.5 艾香再生纤维素纤维长丝防蚊效果检测

试验依据：参考 GB/T13917.9—2009《农药登记卫生杀虫剂室内药效试验及评价第9部分:驱避剂》和 GB/T 30126—2013《纺织品防蚊性能的检测和评价》。

供试昆虫：白纹伊蚊(Aedes albopictus)，羽化后 4～7天未吸血的雌性成虫。

试验条件：温度为26.3 ℃，相对湿度为66.9%。

试验方法：将白纹伊蚊雌性成虫(约60只)放入蚊笼(33 cm×33 cm×33 cm)中。3名工作人员参加测试，测试者测试前清洁手。每位测试者先用对照纤维包裹拳头，放入蚊笼中，立即计时，每隔 20 s计数记录对照表面蚊虫停落数，测试时长 2 min。随后测试者用防蚊处理纤维包裹拳头，放入蚊笼中，同法进行测试并记录蚊虫停落数。将重复测试数据按下式计算驱避率：

式中：P——驱避率；

K——防蚊处理纤维蚊虫停落总数，只；

N——对照纤维蚊虫停落总数，只。

试验项目：艾香再生纤维素纤维长丝对白纹伊蚊驱避效果。

试验结果：见表7