海藻纤维混纺纱仿棉织物的性能研究

倪庆美，张 怡，眭建华

[1.东丽纤维研究所(中国)有限公司，江苏 南通 226009；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021]

海藻纤维是以海藻酸为原料经湿法纺丝制得的一种生物质纤维，而海藻酸是从海洋中的一些褐藻类植物中提取得到的高分子羧酸，其分子式为(C6H8O6)n[1-2]。我国拥有极其丰富的海洋资源，其原料充足，制备过程绿色环保。海藻纤维的回潮率为21.51%[3]，具有高吸湿性、生物相容性和生物可降解性等性能，被广泛应用于生物医用领域[4-6]。本文研究了海藻纤维的生物降解性，并利用海藻纤维这一自然可降解特性开发绿色生态纺织品，设计开发海藻纤维混纺纱仿棉织物，进一步研究了织物的拉伸、抗皱、抗起毛起球、通透和热学等性能。

1 试验

1.1 试验材料及其制备

海藻纤维材料：1.5 dtex/38 mm海藻酸纤维(卷曲型)和1.5 dtex/38 mm改性海藻酸纤维(服用型)。

表1 织物规格配置

织物精练：按精练剂质量浓度为2 g/L、碳酸钠质量浓度为2 g/L、温度为95 ℃、浴比为1∶40方案配置精练溶液。精练加工线路为精练溶液处理50 min→95 ℃水洗15 min→冷水洗15 min→冷水洗15 min→室温晾干[8-9]。

1.2 试验方法

样品测试前处理：参照GB/T 6529-2008《纺织品调湿和试验用标准大气》，将样品置于温度(20±2)℃、相对湿度(65±3)%的恒温恒湿室内平衡24 h[10]。

1.2.1 纤维土埋降解试验

壳聚糖酶应用广泛[25]，最为重要的用途是生产壳寡糖。壳聚糖酶水解产生的壳寡糖分子量更易控制且条件温和，壳聚糖酶水解获得的壳寡糖分子量一般低于10 kDa，且更易溶于水，优于天然的壳寡糖。壳寡糖比壳聚糖有更好的生物功能，例如在生物医学领域对人体的免疫调节、抗肿瘤、降血脂、调节血糖、改善肝脏和心肺功能等。此外，壳寡糖在食品行业还具有重要的应用价值，有助于改善肠道，从而促进人体吸收营养物质；可用于生产调味品，代替市场上一些如苯甲酸钠等化学添加剂；可用于生产饮料，具有减肥、美容养颜、调节免疫功能等作用；可用于蔬菜、水果的保鲜，且具有抗菌防腐的功效。

准备纤维样本，两种海藻纤维各15份，每份质量1 g；将样本置于自然环境下的土壤中，分别在土埋30、60、90 d后各取出5份；用去离子水洗净、室温晾干。采用S4800型冷场发射扫描电子显微镜摄取纤维纵向SEM图，采用电子天平称取纤维质量，采用INSTRON3365型万能材料试验机测试断裂强度、断裂伸长。计算土埋纤维的质量损失率、断裂强度下降率和断裂伸长变化率。

1.2.2 织物精练尺寸变化率试验

在坯布上沿经纬向20 cm分别做标记，试样精练后晾干熨平，测量标记点之间的距离，计算织物精练后的经纬向的尺寸变化率，取平均值。

1.2.3 织物服用性能测试

拉伸试验：使用INSTRON3365万能材料试验机。参照标准GB/T 3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》[10]。测试断裂强力、断裂伸长率。试验样本数经纬向各5个，取平均值。

折皱回复试验：使用YG541E全自动激光织物折皱弹性测试仪。参照标准GB/T 38l9-1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》[10]。测试织物急、缓弹性回复角(°)。试验样本数经纬向各5个，取平均值。计算经纬向弹性回复角之和。

起毛起球试验：使用YG502B型织物起毛起球仪。参照标准GB/T4802.2-2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第2部分：改型马丁代尔法》[10]。选定织物样品自身为磨料，磨2 000次后在评级箱中与原样对比评级。试验样本数为3，取平均值。

透气性试验：使用YG461E-Ⅲ型全自动透气量仪。参照标准GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》[10]。测试透气率(mm/s)。试验样本数为10，取平均值。

热学性能试验：使用KES-F7型精密瞬间热物性测试仪。测试指标1接触冷暖感Qmax(W/cm2)、指标2热传导率K[W/(cm·℃)]、指标3保温率(%)。试验样本数均为5，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 海藻纤维生物降解性能

图1(a)、(b)所示为卷曲型和服用型2种海藻纤维在未处理、土埋60 d处理、土埋90 d处理后的纤维表面SEM图。

(a)卷曲型海藻纤维

(1)卷曲型海藻纤维

未经土埋处理的样品表面基本光滑，断裂强度1.63 cN/dtex，断裂伸长8.55%。土埋处理30 d后，纤维表面无明显变化，但有2.1%的质量损失率，断裂强度下降了21.5%，断裂伸长率下降至4.72%。土埋处理60 d后，纤维表面无明显变化，质量损失率4.1%，断裂强度下降率24.5%，断裂伸长率下降至4.09%。土埋处理90 d后，纤维表面非常粗糙，质量损失率7.1%，断裂强度下降至0.68 cN/dtex，下降了58.3%，断裂伸长下率降至2.07%，下降了75.79%。随着土埋时间的增长，卷曲型海藻纤维的断裂强度及断裂伸长率逐渐减小，质量损失率逐渐增大，降解速度也逐渐增加，且土埋90 d后，纤维的力学性能严重受损。

(2)服用型海藻纤维

未经土埋处理的样品表面光滑，断裂强度2.16 cN/dtex，断裂伸长率8.94%。土埋处理30 d后，纤维表面无明显变化，但有4.3%的质量损失率，断裂强度下降率6.0%，断裂伸长率下降至7.21%。土埋处理60 d后，纤维表面略微粗糙，部分纤维被降解，质量损失率为5.5%，断裂强度下降了44.0%，断裂伸长率下降至3.87%。土埋处理90 d后，纤维表面非常粗糙，纤维降解显著，质量损失率达到6.3%，断裂强度下降至0.81 cN/dtex，下降了62.5%，断裂伸长率下降至1.62%，下降了81.88%。随着土埋时间的增长，服用型海藻纤维的断裂强度及断裂伸长率逐渐减小，纤维土埋30 d的质量损失率较大，之后纤维的质量损失率增长不大，说明纤维的初始降解速度较快，之后降解速度缓慢。

2.2 含海藻纤维混纺纱仿棉织物精练尺寸变化

织物的经向尺寸变化率介于3.23%～8.46%之间，纬向尺寸变化率介于1.24%～6.47%之间。织物的经纬向尺寸变化率都较小，织物的尺寸稳定性较好。

2.3 含海藻纤维混纺纱仿棉织物服用性能

织物的服用性能试验结果如表2所示。

表2 含海藻纤维混纺纱织物的性能指标值

(1)织物拉伸性能

织物经向断裂强力介于303.1～532.2 N之间，纬向断裂强力介于302.1～403.0 N之间，纯棉织物经向断裂强力为485.2 N，纬向断裂强力为282.6 N[11]。海藻纤维混纺纱仿棉织物的断裂强力均远高于200 N的一般服用织物标准要求，与相近规格的纯棉织物相比，其经向断裂强力相差不大，纬向断裂强力偏大。

织物的经向断裂伸长率介于10.58%～24.37%之间，纬向断裂伸长率介于6.81%～17.20%之间。纯棉织物经向断裂伸长率为9.53%，纬向断裂伸长率为13.52%[11]。与相近规格的纯棉织物相比，海藻纤维混纺纱仿棉织物的经向断裂伸长率均较大，纬向断裂伸长率居中。

(2)织物抗折皱性能

织物的急弹性折皱回复角介于152°～217°之间，织物的缓弹性折皱回复角介于199°～257°之间。纯棉织物的急弹性折皱回复角为125°，缓弹性折皱回复角为147°[12]。与相近规格的纯棉织物相比，海藻纤维混纺纱仿棉织物的急弹性和缓弹性折皱回复角均较大，其抗皱性较好。

(3)织物抗起毛起球性能

织物的起毛起球等级都为4-5，相近规格纯棉织物的起毛起球等级为5[11]，织物的抗起毛起球性比纯棉织物略差，但达到一般服用织物标准要求。

(4)织物透气性能

织物的透气率介于90.4～581.8 mm/s之间，相近规格纯棉织物的透气率为271.3 mm/s[13]，海藻纤维混纺纱仿棉织物的透气率与纯棉织物相差不大，其透气性较好。

(5)织物透湿性能

织物的透湿量介于1 008.7～1 150.9 g/(m2·d)之间，相近规格纯棉织物的透湿量为5 060.0 g/(m2·d)[13]，海藻纤维混纺纱仿棉织物的透湿量明显较小，其透湿性较差，原因有待进一步研究。

(6)热学性能

织物的Qmax值介于0.162～0.187 W/cm2之间，相近规格纯棉织物的Qmax值为0.130 W/cm2[13]，海藻纤维混纺纱仿棉织物的Qmax值接近于纯棉织物，织物的暖感较好。

织物的热传导率K值介于22.745×10-4～26.903×10-4W/(cm·℃)之间。

织物的保温率介于30.7%～37.6%之间，相近规格纯棉织物的保温率为50.0%[14]，与纯棉织物相比，海藻纤维混纺纱仿棉织物的保温率明显较小，其保温性较差。

3 结论

(1)海藻纤维土埋30 d时出现质量和强力的下降，持续土埋后纤维进一步降解，至90 d后出现表面破损严重、质量与强力下降明显的现象。

(2)海藻纤维混纺纱仿棉织物的拉伸性能和抗皱性均优于相近规格的纯棉织物，织物的透气性、抗起毛起球性和接触冷暖感与相近规格的纯棉织物相当，织物的透湿性和保温性不及相近规格的纯棉织物。