负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱交织物性能研究

李雪梅 刘亚楠 祝成炎 金肖克 王浙峰 张红霞

摘 要：為开发新型保健功能性服用面料，以桑蚕丝作为经纱、涤纶纱与负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱为纬纱，试织9种纬纱比例不同的交织物，研究纬纱中粘胶纱含量对交织物服用性能、抗氧化性及除臭性的影响，并结合模糊综合评价法确定织物综合性能优化的织物规格设计方案。结果表明：随纬纱中负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱含量增加，织物透气性、透湿性、抗起毛起球性、抗氧化性、除臭性均有不同程度地增强，织物折皱回复性下降;当负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱与涤纶纱的投纬比例为1∶0时，织物具有最佳的综合性能。为开发负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱保健功能性面料提供一定的理论依据。

关键词：核壳结构维生素E纳米颗粒;粘胶纱;功能性交织物;服用性能;模糊综合评价法

中图分类号：TS155.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2022）02-0127-07

收稿日期：20201226 网络出版日期：20210629

基金项目：海宁市科技计划项目（海宁科局[2020]29号，2020017）

作者简介：李雪梅（1993-），女，安徽宿州人，硕士研究生，主要从事功能性纺织品、纺织产品设计等方面的研究。

通信作者：张红霞，E-mail：hongxiazhang8@126.com

Properties of viscose yarn interwoven fabric loaded with core-shellstructure vitamin E nanoparticles

LI Xuemei1，LIU Yanan， ZHU Chengyan1， JIN Xiaoke1，WANG Zhefeng2， ZHANG Hongxia1

（1a.College of Textile Science and Engineering （ International Institute of Silk ）; 1b.National Engineering

Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou

310018， China; 2.Zhejiang Dunnu United Industrial Co.， Ltd.， Haining 314400， China）

Abstract： In order to develop a new type of health care and functional fabric， we used mulberry silk as warp yarn and polyester yarn and viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles as weft yarn， designed and developed 9 kinds of interwoven fabrics with different weft yarn ratios. The effects of the content of viscose yarn in the weft on the wearability， antioxidant and deodorant properties of the fabrics were investigated. A fuzzy comprehensive evaluation method was used to determine a fabric specification design scheme to optimize the comprehensive performance of fabric. The results showed that with the increase of the content viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles in the weft yarn， the air permeability， moisture permeability， anti-fuzzing and piling， antioxidant and deodorant properties had been improved to varying degrees， while the wrinkle recovery had been decreased. When the weft insertion ratio of the viscose yarn to polyester yarn is 1：0， the fabric has the best comprehensive performance. This provides a theoretical basis for the development of a health care and functional fabric-viscose yarn loaded with core-shell structure vitamin E nanoparticles.

Key words： core-shell structure vitamin E nanoparticles; viscose yarn; functional interwoven fabrics; wearability; fuzzy comprehensive evaluation method

人体皮肤在环境与内部器官之间发挥重要的保护屏障作用，在日常生活中时常暴露于外界環境中，且伴随着压力、年龄、环境污染物等因素影响，体内、外具有强氧化性的活性氧自由基（简称自由基或游离基）会产生过多或消除过慢而攻击细胞、组织等，造成人体皮肤衰老、疾病等现象。外源性抗氧化剂在氧化与抗氧化过程中发挥着关键作用，能延缓或阻止自由基对某一底物的氧化，中断自由基链反应形成稳定的化合物，缓解细胞衰老、保护细胞的完整性[1-3]。天然植物精华中富含的维生素E是主要的外源性抗氧化剂，具有护肤、抗衰老等作用，已广泛应用于医药、化妆品等领域[3-5]。

目前，许多学者研究以纺织品为媒介（介质底物）传递抗氧化剂从而实现保健功能。Cristina等[6]研究掺入白藜芦醇的棉和聚酰胺织物，采用体内、外经皮吸收法，发现白藜芦醇可以从纺织品传递到皮肤层（表皮、真皮、角质层），提高皮肤固有抗氧化能力。Fatemeh等[7]研究将含维生素E（α-生育酚）的蛋白质基纳米颗粒涂覆在棉织物上，发现维生素E能转移并释放到其他底物（如纺织品和皮肤）。因而借助纺织品可以实现抗氧化剂对人体皮肤抗氧化能力的提高。

空气中的原子或分子在机械、静电、微元素辐射、宇宙射线等作用下会发生电离，其原子核最外层脱离的电子结合空气中氧气形成负氧离子。负氧离子能够与细菌、灰尘、臭味气体等带正电的微粒结合，聚集成球落地，从而达到杀菌、除臭的作用[8-9]。然而空气负氧离子存在不稳定性，有学者发现一种能自发形成电极的天然矿物质电气石，将其添加到纤维或整理至纺织品中可持续产生负氧离子[10]。因此含有电气石材料的纺织品在空气净化、人体除臭及保健领域具有重要的应用。

本文设计及织制9组一定规律纬纱比例的交织物，测试分析纬纱中负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纱（简称维生素E粘胶纱）含量变化对交织织物服用性能、抗氧化性及除臭性的影响，并对织物的服用功能性进行综合评价。

1 实 验

1.1 原料的选取及织物工艺设计

选用的负载核壳结构维生素E纳米颗粒的粘胶纤维（简称维生素E粘胶纤维）来自华懋生技股份有限公司，在纺丝液中添加了电气石材料包覆维生素E的核壳结构纳米颗粒，经共混纺丝形成的一种粘胶纤维。通过紧赛纺制成维生素E粘胶纱，既具有粘胶纤维的性能又具备良好的抗氧化性和除臭功能。经北京中科光析化工技术研究测试得该粘胶纤维中的维生素E含量为0.26 mg/kg。经纱原料选择桑蚕丝，细度为（1/22.2/24.4 dtex 8 T/S×2）6捻/Z;纬纱原料为维生素E粘胶纱和涤纶纱，细度均为147.6 dtex。

试织了维生素E粘胶纱与涤纶在纬纱中以0∶1、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、1∶0比例变化的9组交织物。其中经、纬密分别为1100根/10cm、430 根/10cm，组织为5枚3飞缎纹，织物具体织造工艺参数如表1所示。

1.2 测试方法

1.2.1 纤维的表面形貌观察

对维生素E粘胶纤维样品进行切片、镀金，最后在扫描电镜（JSM-5610LV型）中进行聚焦调像，观察维生素E粘胶纤维的微观形态。

1.2.2 织物性能测试

织物的性能会受到环境温湿度的影响，因此将待测织物先于标准大气下预调湿24 h，然后测定。表2为织物透气性、透湿性、折皱回复性、抗起毛起球性等的相关测试内容。

采用1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）法对织物抗氧化性进行测试，具体测试步骤如下：

a）配置0.1mmol/L DPPH乙醇溶液：整个过程避光进行，称取20 mg DPPH固体溶解于无水乙醇溶液中，混合均匀后在容量瓶中进行定容至500 mL，使用超声波清洗器进行超声让溶液均匀混合，置于棕色瓶中于冰箱里低温避光保存;

b）用移液枪分别取4 mL去离子水、6 mL DPPH乙醇溶液于锥形瓶中充分混合振荡，并将5×5cm2样品放在瓶中，于37℃气浴恒温振荡器中恒温振荡30 min，取出过滤;

c）测试样品滤液在517 nm处的吸光度，即A 1;

d）空白样为10 mL无样品的混合溶液，操作步骤按照b）、c），在同样的条件下测得吸光度，即A 0。试样的DPPH·消除率计算如式（1）所示。

I/%=A 0-A 1A 0×100（1）

式中：I为DPPH自由基消除率，%;A 0为空白吸光度;A 1为试样吸光度。

采用检知管法对织物除臭性进行测试，具体测试步骤如下：

a）取3.0 mL氨水溶液进行稀释，将稀释液于棕色瓶中保证;

b）取0.3 mL稀释液、0.7 mL去离子水于玻璃容器里的表面皿中，迅速密封玻璃容器，挥发1 h后进行测试;

c）将橡胶管两端分别连接玻璃容器和检测管，把检测管插入室内空气检测仪的氨气接口，启动电源，测试时间设置为20 min，按下氨气测试开关，至设定时间结束后读取检测管上的氨气质量浓度，即a;

d）将设计的织物裁取10cm×10cm的试样分别放于玻璃容器中，12 h后测试容器中氨气质量浓度，即b。并按照式（2）计算试样的除臭率K。

K/%=a-ba×100（2）

式中：K为除臭率，%;a为容器内氨气初始质量浓度，mg/m3;b为容器内12 h后氨气消除质量浓度，mg/m3。

2 结果与讨论

2.1 纤维的表面形貌分析

维生素E粘胶纤维SEM结构如图1所示中，观察发现，纤维横截面呈不规则结构且边缘为锯齿形，比表面积大，空隙较多，有助于提高纤维的透气性及蓬松度;纵表面粗糙，均匀分布着核壳结构维生素E纳米颗粒。

2.2 织物服用性能分析

面料的服用性能是人体着装的重要依據，在服用性中透气性、透湿性、折皱回复性及抗起毛起球性指标最为重要且具有代表性，因此本文对织物的透气性、透湿性、折皱回复性及抗起毛起球性4个方面的服用性进行测定分析。表3示出纬纱中不同维生素E粘胶纱含量时织物服用性测定结果。

2.2.1 透气性

具有良好透气性能的面料能够及时排出人体散发的热量，从而提高服用面料的舒适性。

织物透气性测试结果如表3所示。随纬纱中维生素E粘胶纱含量的增加，织物的透气率逐渐上升，织物表现出较好的透气性能，且桑蚕丝/涤纶纱交织物的透气性不如桑蚕丝/维生素E粘胶纱交织物良好。由于维生素E粘胶纤维属于再生纤维素纤维，其透气性明显优于合成纤维涤纶。织物的透气性还与经纬纱交织的空隙有关，维生素E粘胶纤维结构蓬松，纤维纱间有较多的空隙。当纬纱中维生素E粘胶纱含量增多时，交织纱间的空隙变多，透气性能增强，有助于将热量传递到另一侧。

2.2.2 透湿性

作为服用面料的重要性能之一，织物的透湿性能越差，越容易在穿着中产生黏腻感，影响人体的舒适度。

根据表3中透湿性测试数据得出，织物的透湿性随纬纱中维生素E粘胶纱含量增多而增强。这主要受原料回潮率的影响，纤维回潮率越大，其湿阻越小，吸湿性越强，织物的湿舒适性越好。其中桑蚕丝的回潮率为11%，涤纶纤维的回潮率为0.4%，使用GB/T 9994—2018《纺织材料公定回潮率》方法测得维生素E粘胶纤维的回潮率为10.37%。维生素E粘胶纤维的回潮率大于涤纶纤维，吸湿性更好，所以当纬纱中维生素E粘胶纱含量增多时，织物的透湿率增大，透湿性能增强，湿舒适性变好。

2.2.3 折皱回复性能

织物在定时定压作用后形成折皱的两折页间夹角为折皱回复性，其性能的强弱会影响服装的外观保形性。

根据表3中折皱回复性测试数据可知，在纬纱中维生素E粘胶纱含量增多时，织物急、缓弹性回复角减小。其中，桑蚕丝/涤纶纱交织物的急、缓弹性回复角最大，桑蚕丝/维生素E粘胶纱交织物的急、缓弹性回复角最小。由于涤纶纱弹性回复率高于维生素E粘胶纱，使得织物受力折皱后具有较好的拉伸回复能力，织物的折皱性及稳定性良好。交织物的折皱性还与纤维形态有关，在折皱过程中，与圆形截面的涤纶纤维相比，呈不规则锯齿结构的维生素E粘胶纤维间接触面积较大，变形后纤维间容易产生束缚干扰而不易回复，织物的折皱性变差。

2.2.4 抗起毛起球性

纺织品质量检测的重要物理指标含有抗起毛起球性，其性能较强时，织物不易出现起毛、起球的现象，从而具有良好的实用性。

根据表3中抗起毛起球性能测试数据观察，当纬纱中维生素E粘胶纱含量增多时，织物抗起毛起球性增强。因为涤纶截面呈圆形、表面光滑，纤维间凝聚力弱，从而容易浮在织物表面缠绕成小球;而维生素E粘胶纤维和桑蚕丝截面均为异形，纤维间结合紧密，不易滑移、弯曲缠绕。同时纺纱工艺对织物的抗起毛起球性存在关联，相比紧赛纺的维生素E粘胶纱，环锭纺的涤纶纱产生的毛羽量更多，且细度为1.3 dtex的涤纶纤维比1.6 dtex维生素E粘胶纤维较细，容易弯曲变形纠缠形成毛球堆积。

2.3 抗氧化性分析

目前，DPPH法已被广泛应用于评估各种抗氧化剂的自由基消除能力[11]，基于抗氧化剂的存在下DPPH·乙醇溶液的还原，从而溶液由紫色变为黄色。采用DPPH法，使用紫外分光光度计（Agilet Technoligies Casy 60 UV-Vis）测定517 nm处DPPH·乙醇溶液的吸光度，确定织物消除自由基的能力。在517 nm处的吸光度值越小，表明织物清除的自由基越多，其抗氧化性能越好。

织物抗氧化性的测试结果如图2所示，可以看出，随着纬纱中维生素E粘胶纱含量升高，织物的DPPH·消除率呈现上升趋势，因为维生素E粘胶纤维负载丰富的核壳结构维生素E纳米颗粒，其中维生素E能捕获自由基形成性质稳定的化合物[3]，可有效地清除自由基达到抗氧化功能，织物的抗氧化性能得到提高。当纬纱中涤纶含量为100%，DPPH·消除率最小，织物能够消除部分自由基，这是由于桑蚕丝中的丝素等与自由基反应也能达到一定的抗氧化效果[12-13]。当纬纱中维生素E粘胶纱含量为100%时，织物的DPPH·消除率最大，因而桑蚕丝/维生素E粘胶纱交织物具有较好的抗氧化能力。

为了更好地反映出织物抗氧化性能与纬纱中维生素E粘胶纱含量之间的关系，通过拟合得出两者之间有显著的线性正相关性，其中y=65.522+0.187 x，R2=0.9722。

2.4 除臭性分析

人体产生的汗液、皮屑等是某些细菌的营养源，这些细菌会吞噬并分解出氨、硫化合物而形成臭味[14]。因此研究面料的除臭功能对于解决人体异味问题是非常有必要的。本文主要以氨气为检测对象。

织物除臭性的测试结果如图3所示。随纬纱中维生素E粘胶纱含量的增加，织物的除臭率逐渐增大，除臭性逐渐增强。由图1（b）观察出纤维表面均匀分布着核壳结构维生素E纳米颗粒，而其含有丰富的电气石材料能够释放负氧离子与氨气反应，使得织物具有良好的除臭效果。在纬纱全为涤纶纱时，织物表现出一定的除臭性，是由于桑蚕丝含有的羧基和氨基基团能够吸附酸碱性气体，与氨气反应达到一定的除臭作用。根据JEC301中检知管法的规定[15]，当织物对氨气的减少率即除臭率大于等于80%时，说明其具有良好的除臭性。因此在纬纱中维生素E粘胶纱含量大于等于50%时，织物具有良好的除臭功能。

为进一步确定织物的除臭性与纬纱中维生素E粘胶纱含量之间的关系，通过拟合得出拟合曲线方程为y=69.742+0.247 x，R2=0.9479，显然两者存在线性正相关性。

2.5 织物的综合性能分析

为了能够定量及有效地筛选出既具有良好的服用性能又能兼具抗氧化、除臭性的一组综合性最佳的原料组合，对织物透气性u 1、透湿性u 2、折皱回复性u 3、抗起毛起球性u 4、抗氧化性u 5、除臭性u 6等服用性及功能性使用模糊综合评价法进行综合性分析。

a）根据织物各项性能测试数据组成因素集U：

U={u 1，u 2，u 3，u 4，u 5，u 6}（3）

b）根据一系列织物确定评价集V：

V={Y 1，Y 2，Y 3，Y 4，Y 5，Y 6，Y 7，Y 8，Y 9}（4）

c）确定模糊综合评判矩阵B=A R。

其中：采用最大最小算子法，建立单因素矩阵R，即U与V对应的模糊关系;通过测定的各项性能制定调查问卷，经调查发现大多数人认为织物透湿性和透气性能较为重要，分别占比18.7%和18.5%。结合相关参考文献与专家意见，得出权重系数矩阵A。

A=（0.380 0.150 0.185 0.187 0.173 0.167）（5）

B=A R=0.3800.1500.1850.1870.1730.167T

00.110.200.270.540.760.860.88100.190.220.420.540.700.790.68110.861.2710.760.820.490.360000.200.200.400.400.600.80100.260.280.460.630.660.840.85100.090.370.420.560.650.700.791

=（0.167 0.249 0.418 0.457 0.565 0.668 0.714 0.723 0.833）（6）

依據模糊综合评判矩阵B对织物的综合性能进行量化，得出矩阵B中的数值依次代表织物#1～#9，可发现#9织物具有最佳的综合性能。当纬纱中维生素E粘胶纱与涤纶纱的投纬比例为1∶0，即纬纱中维生素E粘胶纱含量为100%时，织物的综合性能最好。

3 结 论

在对维生素E粘胶纤维的微观形态观察基础上，试织了多种比例变化的交织物，对交织物的服用性能、抗氧化及除臭性等性能测试与分析，研究纬纱中维生素E粘胶纱含量与织物服用性、抗氧化性及除臭性的关系，并分析织物综合性能最优的方案，得出如下结论：

a）维生素E粘胶纤维横截面呈不规则锯齿形，比表面积大，空隙多，有利于提高纤维的透气性和蓬松度;纵表面粗糙，均匀分布核壳结构维生素E纳米颗粒，其能够透过皮肤及中和人体产生的异味分子发挥抗氧化、除臭效果。

b）随纬纱中维生素E粘胶纱含量的增多，织物透气、透湿性变好，且抗起毛起球性增强，弥补了纯纺涤纶织物低吸湿透气性与易起毛、起球的缺点，穿着舒适性也得到了提高。但织物的折皱回复性能减弱。

c）随纬纱中维生素E粘胶纱含量的增加，织物的DPPH·消除率上升，织物抗氧化性增强。通过拟合得出织物的抗氧化性与纬纱中维生素E粘胶纱含量存在较好的线性正相关性，其中y=65.522+0.187 x，R2=0.9722。织物的除臭性随纬纱中维生素E粘胶纱含量的增多逐渐增强，进一步拟合得出y=69.742+0.247 x，R2=0.9479，两者有明显的线性正相关性。

d）运用模糊综合评价法得出，当纬纱中维生素E粘胶纱与涤纶纱投纬比例为1∶0，即纬纱中维生素E粘胶纱含量为100%时，织物的综合性能最佳。其中织物的DPPH·消除率及除臭率最高分别为83.32%、94.64%。

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