石墨烯復(fù)合滌綸纖維的抗菌性能

石墨烯復(fù)合滌綸纖維的抗菌性能

0等功能：消費者基于等功能的關(guān)注目前，人們對紡織品的需求不僅包括耐寒、保溫、環(huán)保、衛(wèi)生、健康、舒適、保健等功能，還包括消費者關(guān)心的主題。石墨烯是一種從石墨材料中剝離出來、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維碳納米材料，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能最強的新型二維納米材料，具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、物理和化學(xué)性能1試驗部分1.1材料、試劑和儀器材料1號石墨烯復(fù)合滌綸纖維（線密度2.33dtex，長度69.8mm，陜西金瑞烯科技發(fā)展有限公司），2號石墨烯復(fù)合滌綸纖維（線密度2.24dtex，長度86.6mm，杭州高烯科技有限公司），3號石墨烯復(fù)合滌綸纖維（線密度3.33dtex，長度83.6mm，強生石墨烯科技有限公司），普通滌綸纖維（線密度2.2dtex，長度83.3mm，張家港市榮昌滌綸毛條有限公司）試劑分散紅玉S-5BL、分散艷藍E-4R（青島雙桃精細化工有限公司），賽德克司金黃ETD（德司達染料有限公司），范塔根藏青GLS（德國博朗色彩化學(xué)公司），染色分散劑DLP01（青島飛龍源化工有限公司），醋酸（泰安助劑廠），燒堿（中鹽吉蘭泰氯堿化工有限公司），保險粉（煙臺金河實業(yè)有限公司），營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、沙氏瓊脂培養(yǎng)基、營養(yǎng)肉湯、磷酸鹽緩沖液、大腸埃希菌8099、金黃葡萄球菌ATCC6538、白念珠菌ATCC10231（廣東環(huán)凱微生物科技有限公司）儀器CU-Ⅴ纖維細度分析儀（北京合縱視野有限公司），UV755B紫外-可見分光光度計（上海精密科學(xué)儀器有限公司），Datacolor800測色配色儀、AhibaNuanceECO遠紅外打樣機（美國Datacolor公司），ZD-85數(shù)顯氣浴恒溫振蕩器（常州澳華儀器有限公司），DZKW-D-1電熱恒溫水浴鍋（天津市華儀盛達實驗儀器有限公司），UV-2000F紡織物防曬指數(shù)分析儀（美國Labsphere公司），F(xiàn)FZ411-I紡織品遠紅外溫升測試儀（溫州方圓儀器有限公司），EMS-302M遠紅外放射率測定儀（臺灣HOTECH公司）1.2測試方法1.2.1染色處方1.2.2固色工藝與配方1.2.3染色工藝的曲線石墨烯復(fù)合滌綸纖維10.0g，浴比1∶15，染色工藝曲線如下所示。1.3性能試驗1.3.1上染率采用UV755B紫外-可見光分光光度計，在最大吸收波長下，分別測量染色前后染液的吸光度，并根據(jù)式（1）計算上染百分率。式中：AA1.3.2值k/s用Datacolor800測色配色儀測定染色后試樣的表觀得色深度K/S值。1.3.3抗菌性能按照GB/T20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》測定。1.3.4抗紫外性能按照GB/T18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定。1.3.5長途性能按照GB/T30127—2013《紡織品遠紅外性能的檢測和評價》測定。2結(jié)果與討論2.1纖維顯微狀態(tài)石墨烯復(fù)合滌綸纖維與普通滌綸纖維的縱切面形態(tài)結(jié)構(gòu)差異見圖1。由圖1可知：普通滌綸纖維在顯微鏡下縱切面的狀態(tài)為表面平滑，有小黑點或有細微條紋或有溝槽；石墨烯復(fù)合滌綸纖維的縱切面能夠明顯看出石墨烯在滌綸纖維中的分布狀態(tài)，呈明顯的黑色，表面比普通滌綸纖維粗糙2.2纖維穩(wěn)定性對比石墨烯復(fù)合滌綸纖維與普通滌綸纖維分別按1.2節(jié)工藝染色，考察分散染料對石墨烯復(fù)合滌綸纖維與普通滌綸纖維染色性能的差異，上染率與染色K/S值見圖2。由圖2可知，分散染料對石墨烯復(fù)合滌綸纖維的上染率基本能穩(wěn)定在95%～96%，上染效果較好，略低于普通滌綸纖維，差異均在1.5%以內(nèi)。染色后，石墨烯復(fù)合滌綸纖維比普通滌綸纖維的K/S值要低，纖維表觀得色淺。由于石墨烯的存在，石墨烯復(fù)合滌綸纖維一般呈灰色或灰黑色，比普通滌綸纖維顏色要深，雖然兩者上染率差異不大，但染色后，石墨烯復(fù)合滌綸纖維的K/S值反而明顯小于普通滌綸纖維。這可能是由于石墨烯進入了滌綸纖維的無定形區(qū)，占據(jù)了分散染料上染滌綸纖維所需的空間，染料分子與纖維相互結(jié)合的量少。對比1號、2號和3號染色樣，1號的上染率高于2號和3號，與普通滌綸纖維上染率基本接近，三種石墨烯復(fù)合滌綸纖維染色樣的K/S值基本接近，纖維表觀顏色差異不大。2.3石墨烯復(fù)合滌綸纖維的抑菌性能石墨烯復(fù)合滌綸纖維按1.2節(jié)工藝染色后，分別與羊毛按照35/65的比例進行混梳，所得石墨烯復(fù)合滌綸/羊毛毛條的抗菌性能如表1所示。由表1可知，染色后石墨烯復(fù)合滌綸/羊毛纖維條對金黃葡萄球菌和大腸埃希菌的抑菌率均≥85%，對白念珠菌的抑菌率高達99%。由此可見，石墨烯復(fù)合滌綸纖維具有明顯的抑菌性能，其中以1號最佳，3號次之，最后是2號。這與石墨烯在滌綸纖維中的質(zhì)量分數(shù)和分布狀態(tài)有關(guān)。雖然3號纖維中石墨烯質(zhì)量分數(shù)明顯高于1號，但其團聚現(xiàn)象嚴(yán)重，以片狀或顆粒狀團聚形式存在，抗菌性能提升不明顯。因此，綜合考慮生產(chǎn)成本和應(yīng)用性能，實際生產(chǎn)中可選用1號石墨烯復(fù)合滌綸纖維。2.4石墨烯基磺纖維纖維用于紡織機經(jīng)過染色后的1號石墨烯復(fù)合滌綸纖維與羊毛纖維按照不同比例進行混合梳理、紡紗、織布和后整理，制得石墨烯復(fù)合滌綸/羊毛精紡毛織物。2.4.1石墨烯復(fù)合滌綸纖維的抗菌性能1號石墨烯復(fù)合滌綸纖維與羊毛纖維的比例分別為15/85、20/80、30/70、35/65和40/60，所得精紡毛織物的抗菌性能見表2。由表2可知，當(dāng)石墨烯復(fù)合滌綸纖維含量占比15%時，毛織物已具備一定的抗菌效果，且其對金黃葡萄球菌和白念珠菌的抑菌率明顯大于大腸埃希菌的。隨著石墨烯復(fù)合滌綸纖維含量的增加，毛織物的抗菌性能明顯增強，且最終趨于穩(wěn)定。當(dāng)石墨烯復(fù)合滌綸纖維含量≤35%時，增加其混紡比，制備的毛織物對大腸埃希菌的抑菌率提升幅度明顯大于對金黃葡萄球菌和白念珠菌的抑菌率。35/65和40/60混紡比的毛織物的抗菌性能一致，這說明當(dāng)石墨烯復(fù)合滌綸纖維含量達到35%時，混紡織物已能完全抑制細菌的生長，抗菌性能達最佳狀態(tài)。因此，毛織物中石墨烯復(fù)合滌綸纖維含量以不超過35%為宜。2.4.2遠紅外性能評價石墨烯復(fù)合滌綸纖維與羊毛按照35/65的比例混紡，2/1的斜紋組織織造、整理后所得石墨烯復(fù)合滌綸/羊毛織物，其對金黃葡萄球菌、大腸埃希菌和白念珠菌的抑菌率都達到99%,UPF值大于50，對UVA的透過率為0.06%，遠紅外發(fā)射率達0.93，遠紅外輻照溫度為2.2℃。根據(jù)GB/T18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》評價防紫外線性能，UPF>50，且T(UVA）平均值<5%時，可稱為“防紫外線產(chǎn)品”。按照GB/T30127—2013《紡織品遠紅外性能的檢測和評價》評定遠紅外性能，遠紅外發(fā)射率不低于0.88，且遠紅外輻照溫度不低于1.4℃時，說明樣品具有遠紅外性能。由此可見，石墨烯復(fù)合滌綸/羊毛織物除具有顯著的抗菌性能外，還具有明顯的防紫外線和遠紅外性能。3石墨烯復(fù)合滌綸纖維抗菌性能(1）分散染料對石墨烯復(fù)合滌綸纖維的上染率在95%～96%，上染效果較好；與普通滌綸纖維相比，上染率略低，但染后纖維K/S值低，纖維表觀得色淺。(2）石