粘胶基薄荷纤维的结构与性能_梁冬.pdf

2023年6月第3期随着个人防护意识的增强，人们对各种具有病毒防护及抗菌功能的纺织品的需求在增加，这类纺织品目前主要的制备方法有2种，一是在纤维生产阶段添加功能助剂，具有耐水洗和耐久性好的特点；二是在染整后加工中用功能液进行浸渍或涂层处理，但不耐水洗，耐久性差。粘胶基薄荷纤维采用湿法纺丝方法，在粘胶原液中添加适量天然薄荷提取物，经湿法成形后加工生产具有抗病毒、杀菌功效的薄荷抗菌粘胶基短纤维。粘胶基薄荷纤维具有天然的抗菌功能，对金色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌都有良好的抑制作用，抑菌率达到99%，而且多次穿洗后保持抗菌性1。粘胶基薄荷纤维具有再生纤维素纤维所具有的良好可纺性能，并能与各种天然纤维或合成纤维混纺。粘胶基薄荷纤维适合应用于与人体皮肤亲密接触的纺织品，如口罩、内衣、床上用品、婴幼儿服装、医用服装等2。1试验1.1原料粘胶基薄荷纤维（规格为1.67dtex38mm，薄荷提取物含量为8%，由山东银鹰化纤有限公司提供）、常规粘胶纤维（规格为1.67dtex38mm，由山东银鹰化纤有限公司提供）。1.2仪器Y172型纤维切片器（常州市中纤检测仪器设备有限公司）、BH200型生物显微镜舜宇光学科技（集团）有限公司、YG006型单纤维强力机（宁波纺织仪器厂）、YG321型纤维比电阻仪（宁波纺织仪器厂）、721型分光光度计（上海佑科仪器仪表有限公司）、电子分析天平（上海丙林电子科技有限公司）、YG747型八篮恒温快速烘箱（常州市双固顿达机电科技有限公司）、YG501D型透湿试验箱（上海谭氏实业有限公司）、玻璃干燥器（上海越众仪器设备有限公司）、密封称量盒（凝科办公用品专营店）3。1.3药品氢氧化钠、37%盐酸、98%硫酸、88%甲酸、99%冰醋酸、6.5%次氯酸钠（化学纯，广州化学试剂厂）。1.4实验方法1.4.1显微镜观察法纵向形态：取23根单纤维放在载玻片上，盖上盖玻片，置于显微镜下，调节显微镜直至观察到清晰的纵向图像，拍照。横截面形态：用哈氏切片仪切出横向薄片，放在载玻片上，盖上盖玻片，置于显微镜下，调节显微镜直至观察到清晰的横截面图像，拍照。1.4.2燃烧性测定取一定质量纤维，用镊子夹住一端，将另一端徐徐靠近火焰，观察纤维燃烧情况，并记录现象。1.4.3化学试剂稳定性测定将一定质量的纤维置于试管内，在试管内分别加入相应的化学试剂，在常温或煮沸下处理一定时间，观察溶剂对试样的溶解情况。1.4.4回潮率测定按照GB/T 65032017化学纤维 回潮率试验方法标准规定的方法测试。1.4.5吸湿性及放湿性测定1.4.5.1吸湿实验将5g的纤维在105 烘箱内烘干，密闭冷却，称粘胶基薄荷纤维的结构与性能梁 冬（广东职业技术学院,广东 佛山528041）摘要：以粘胶基薄荷纤维为试验材料，研究其纵向和横截面形态结构，测定了纤维的拉伸性能、回潮率、吸湿放湿性、耐化学性、燃烧性及比电阻等性能，并分析了结构对性能的影响。实验结果表明，纤维纵向平滑有沟槽，横截面为不规则锯齿皮芯结构，易燃烧，高温下化学稳定性较差，纤维的回潮率为12.94%，有较好的吸湿及放湿性，干态断裂强度为2.32cN/dtex，干态断裂伸长率为18.7%，湿态断裂强度为1.18cN/dtex，湿态断裂伸长率为19.5%，体积比电阻为1.8107cm。关键词：粘胶基薄荷纤维；结构；性能Doi：10.3969/j.issn.2095-0101.2023.03.002中图分类号：TS102.51文献标识码：A文章编号：2095-0101（2023）03-0005-03收稿日期：2023-03-10基金项目：广东省教育科学规划项目（2021GXJK527）；广东职业技术学院科研项目（K01902）作者简介：梁冬（1970），女，广东高州人，副教授，研究方向为新型纤维高分子材料的开发及应用。科研与生产52023年6月第3期得干重。再将纤维放在玻璃皿中，置于标准大气条件下（20，相对湿度65%），保持蓬松状态，每隔10 min快速称取1次试样质量，直至纤维质量递变量不超过0.1%。1.4.5.2放湿实验将5g的纤维放入YG501D型透湿试验箱，使纤维在相对湿度为100%的环境内放置96h，纤维充分吸湿，测试纤维在标准大气条件下（20，相对湿度65%）放湿过程的重量变化，每隔10 min称取1次试样重量，直至纤维质量递变量不超过0.1%。1.4.6拉伸性能测定按照GB/T 143372022化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法标准规定的方法测试。1.4.7纤维比电阻测定从纤维样品中随机均匀取出50g以上纤维扯松后，置于标准大气条件下（20，相对湿度65%）平衡4h使试样达到吸湿平衡（每隔30min连续称量的质量递变量不超过0.1%）。从已达吸湿平衡的样品中，随机称取3份15g纤维（精确到0.1g），使用YG321型纤维比电阻仪进行测定，记录数据。2结果与讨论2.1粘胶基薄荷纤维的形态结构分析纤维的结构决定纤维的性能，纤维的性能决定其在纺织加工中的用途。采用生物显微镜对粘胶基薄荷纤维的纵向与横截面结构进行观察分析，其形态结构见图1。(a)纵向形态(b)横截面形态图1粘胶基薄荷纤维的形态结构（放大400倍）从图1可以看出，粘胶基薄荷纤维纵向平滑，带有沟槽。横截面与普通粘胶纤维相似，呈不规则锯齿型，具有明显皮芯结构，皮层致密，芯层疏松，这种结构会降低纤维的断裂强度和断裂伸长率。2.2粘胶基薄荷纤维的燃烧性通过试验观察可以看到，粘胶基薄荷纤维在靠近火焰时即开始燃烧，无收缩现象；在火焰中继续燃烧，冒白烟，散发烧纸气味；离开火焰时会易熄灭，燃烧后灰烬为黑色棉絮状物，用手指可捻散。粘胶基薄荷纤维的主要成分为纤维素，因此粘胶基薄荷纤维属于易燃纤维，易点燃，燃烧速度快,但离开火焰后也易自熄。2.3粘胶基薄荷纤维的化学试剂稳定性化学纤维由于其化学组成的原因，对各种化学试剂的稳定性不同。粘胶基薄荷纤维在常见的酸、碱、氧化剂和有机溶剂中的溶解情况见表1。表1溶解性能记录表注：S全部溶解；SS为微溶；I为不溶解。由表1可知，粘胶基薄荷纤维在常温条件下，短时间对碱、冰醋酸、甲酸、次氯酸钠化学稳定性较好，在浓硫酸、浓盐酸中会较快地变黄并溶解。在煮沸条件下，对冰醋酸的稳定性较好，在其他的化学试剂中均有部分溶解或全部溶解，稳定性差。2.4粘胶基薄荷纤维的回潮率在相同的温湿度条件下，纤维材料的回潮率越大表明其吸湿能力越强。由表2的实验数据可知，粘胶基薄荷纤维的回潮率达12.94%，与常规粘胶纤维接近。表2回潮率测定记录表粘 胶 基 薄 荷 纤 维 的 基 本 组 成 主 要 是 纤 维 素（C6H10O5）n，每个基本单元结构中含有3个羟基，因此吸湿性好，纵向平直有沟槽也增强了其吸湿性。试 剂溶解时间/min1510长度/m1.01.01.0氢氧化钠（5%），常温IISS氢氧化钠（5%），煮沸ISSSS盐酸（37%），常温SSSS盐酸（37%），煮沸SSS硫酸（70%），常温SSSS硫酸（70%），煮沸SSS88%甲酸，常温IISS88%甲酸，煮沸ISSS99冰醋酸，常温III99冰醋酸，煮沸III次氯酸钠5.2%，常温III次氯酸钠5.2%，煮沸IISS试样号试样烘前质量/g试样烘后质量/g回潮率/%110.0038.85712.9429.9878.84612.89310.0118.86112.98平均/12.94科研与生产62023年6月第3期2.5粘胶基薄荷纤维吸湿性及放湿性纤维的吸湿性及放湿性是纤维服用性能的一个重要指标，通过实验得到粘胶基薄荷纤维吸湿性及放湿性曲线，如图2和图3所示。由图2可知，纤维在吸湿初期有较大的吸湿速率，随着相对湿度增大,纤维的吸湿速率下降，40min左右达吸湿平衡。图2吸湿曲线由图3可知，纤维在放湿初期有较大的放湿速率，随着相对湿度减小，纤维的放湿速率下降，40min左右达放湿平衡。图3放湿曲线总体来说，粘胶基薄荷纤维达吸湿及放湿平衡的时间皆较短，做成的面料吸湿排汗性能好，是制造夏季纺织面料的良好材料。2.6粘胶基薄荷纤维拉伸性能由表3可知，粘胶基薄荷纤维的断裂强度和断裂伸长率都低于常规粘胶纤维，这是由于在纤维制造时加入的天然薄荷提取物降低了纤维内高分子链的结晶度和取向度，使纤维内部高分子结构的稳定性及分子间的结合力降低，在外力作用下，分子链及其他结构单元之间发生相对滑移，最后使纤维发生断裂。粘胶纤维润湿后，水分子削弱了大分子间的相互作用力，更有利于分子链或其他结构单元之间的相对滑移，因而造成粘胶基薄荷纤维的湿态断裂强度比干态断裂强度低35%45%4。表3纤维拉伸性能表2.7粘胶基薄荷纤维比电阻比电阻值是反映纤维材料电学性能的物理量之一。在纺织加工过程中纤维材料因摩擦而产生静电，比电阻值较低的纤维材料，加工中产生的静电可以及时消除；比电阻值较高的纤维材料，加工过程中容易产生静电且不易消除，造成纱线缠绕加工机器零件、产生断头及飞花、堵塞纱条通道等现象，影响生产车间环境卫生，严重干扰生产的正常进行，同时静电的作用还会造成生产安全隐患。在标准状态下，利用纤维比电阻仪测得粘胶基薄荷纤维的体积比电阻为1.8107cm，说明粘胶基薄荷纤维较易导电，后加工中的可纺性好。3结语粘胶基薄荷纤维具有优良的服用性能，能满足人们对功能性纺织品的需求，具有广阔的市场前景。根据本次实验结果可知粘胶基薄荷纤维具有以下特点。（1）纤维纵向平滑，有沟槽。横截面呈不规则锯齿状，具有明显的皮芯结构。（2）纤维属于易燃纤维，易点燃，燃烧速度快,但离开火焰后也易自熄。（3）纤维在常温条件下化学稳定性较好，高温条件下化学稳定性差。（4）纤维的回潮率为12.94%。（5）纤维的吸湿及放湿性能都较好。（6）纤维的干态断裂强度为2.32cN/dtex，干态断裂伸长率为18.7%；湿态断裂强度为1.18cN/dtex，湿态断裂伸长率为19.5%。（7）在标准状态下，纤维的体积比电阻为1.8107cm。参考文献1王永敏,邱纯利,刘诚.薄荷抗菌粘胶短纤维的开发J.人造纤维,2013,43(1):2-5.2林燕萍,杨陈,李永贵.几种含植物精油粘胶纤维的纺制及性能测试J.纤维素科学与技术,2020,28(3):39-43.3梁冬,邓沁兰,李金好.莲茎杆纤维的结构与性能研究J.化纤与纺织技术,2018,47(3):6-10,27.4徐晓红.丁烷四羧酸与水解聚马来酸酐酯化交联粘胶纤维的结构和性能研究D.上海：东华大学，2007.性能指标常规粘胶纤维粘胶基薄荷纤维干态断裂强度/（cN/dtex）2.542.32湿态断裂强度/（cN.dtex）1.321.18干态断裂伸长率/%19.618.7湿态断裂伸长率/%22.319.5科研与生产7