王 进，刘艳君，翟媛媛，赵 瑞

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

0 引言

目前市面上的纯棉内衣面料因其特有的透气、舒适性等性能受到广大消费者的青睐，但纯棉纺织品易滋生细菌危害人体健康[1－2]。 本文通过探讨多种功能材料的后整理工艺路线，研究出一种集安全性、舒适性、多功能性于一体的艾草精油/石墨烯基多功能针织内衣面料，并对这种面料的抗菌性能、远红外性能、面料的服用性及舒适性进行测试[3]。

1 实验材料与仪器

1.1 实验材料

本文所使用的实验材料及药品如表1 所示。

表1 实验材料与药品

1.2 实验仪器

本文所使用的实验仪器如表2 所示。

表2 实验仪器

2 艾草精油/石墨烯基多功能棉针织面料的制备

2.1 多功能棉针织面料整理方法的选择

浸渍法操作简单、成本较低，对整理后织物的风格与手感影响不大；浸轧法，操作也较为简单，但该方法会略微影响织物手感与风格；涂层法会在织物表层形成膜层，但织物手感影响会很大；印花法操作较为复杂、但织物风格较为独特，本文最终采用浸渍法与浸轧法进行棉针织面料多功能复合整理。

2.2 多功能棉针织内衣面料整理方案设计

采用的功能材料艾草精油微胶囊与石墨烯都与棉织物缺乏亲和力，一般都需要粘合剂以后整理方式将其处理在棉织物上，本文选用两种工艺路线对纯棉针织面料进行艾草精油微胶囊和石墨烯材料的复合整理，工艺路线如图1、图2 所示。

图1 一步法复合功能整理工艺路线图

图2 两步法复合功能整理工艺路线图

3 艾草精油/石墨烯多功能棉针织内衣面料整理效果评价

3.1 多功能织物的表面形貌

对整理前后的棉针织面料进行表面形貌变化测试分析，测试结果如图3。

图3 整理前后的织物形貌

图3 展示了功能整理前后织物表面形貌，从图3(a)中可以清楚看到棉纤维表面较为光滑，存在棉纤维的转曲结构，图3(b)为只经过艾草精油微胶囊整理过的棉织物，微胶囊通过粘合剂存在于织物表面或纤维间，图3(c)与图3(d)分别为W－1和W－2 织物，相比较于图3(b)来说织物上存在了许多片层状的石墨烯材料，织物表面更为粗糙，单从图中对比发现W－1 织物上粘附的艾草精油微胶囊与石墨烯材料多于W－2 织物。

3.2 多功能织物红外光谱

采用红外光谱仪对整理前后织物表面的物质结构进行测试，测试结果见图4。

图4 原棉织物、微胶囊棉织物和复合整理棉织物的红外光谱图

从图4 可以看出，艾草精油微胶囊棉织物图谱中的特征吸收峰较原棉织物有所增加，分别在2994cm－1、1625cm－1、1263cm－1、734cm－1处出现了艾草精油微胶囊的特征吸收峰，这也表明艾草精油微胶囊被成功整理在织物上，对于复合整理棉织物红外光谱图来说，在1575cm－1处出现石墨烯环状C ＝C 的伸缩振动峰，在1237cm－1～1034cm－1处峰增强，说明复合整理成功将艾草精油微胶囊与石墨烯处理在织物上。

3.3 多功能织物抗菌性能

参照GB/T 20944.3－2008«纺织品抗菌性能的评价第3 部分:振荡法»[4]进行多功能织物抗菌性能测试，测试菌种为大肠杆菌与金黄色葡萄球菌，经整理后W－1 和W－2 织物的抑菌率见表3。

表3 经复合整理后棉织物的抑菌率

表3 展示了整理前及整理后W－1 和W－2 织物的抑菌率，由表中数据可知两种织物对菌种的抑菌率都较高，因为除了艾草精油微胶囊所起到抑制细菌生长作用外，石墨烯材料也有良好的抑菌性能，两种材料协同作用达到双重抗菌功效。 相比较之下，W－1 织物抗菌性能更好，对两种细菌的抑菌率分别达到97.98%(大肠杆菌)和98.68%(金黄色葡萄球菌)。

3.4 多功能织物远红外性能

主要考察复合多功能整理织物的远红外性能，实验依照织物远红外温升性能测试进行操作，图5为原棉织物及经不同工艺复合整理后的W－1 和W－2 织物的远红外温升测试结果。 可以看出，随着时间增加经整理后的W－1 和W－2 织物表面的温度先快速提升后趋于缓慢，具有明显的温升效果。而评价织物远红外性能的优劣则主要对比在测试时间为30s 时织物表面的温升效果(一般织物温升>1.4℃，毛绒类温升>1.7℃，织物具有远红外性能)。 从图中可知，在测试时间为30s 时原棉织物、W－1 织物和W－2 织物的表面温度分别升高1.1℃、3.8℃和3.5℃，这也证明了经整理后的织物均具有远红外性能。 而W－1 织物的温升效果更加明显，这可能是因为W－1 织物采用浸渍法整理织物时粘附更多石墨烯导致。

图5 原棉织物、W－1 和W－2 织物远红外温升测试结果

3.5 多功能织物耐洗涤性能

参照GB/T 12490－2014«纺织品色牢度试验耐家庭和商业洗涤色牢度»标准[5]。 将W－1、W－2织物分别裁成10cm×10cm 的小样，依照其洗涤操作程序进行20 次与50 次，然后晾干织物进行抗菌性能与远红外性能测试并记录数据。

(1)抗菌耐洗涤性测试结果与分析

表4 中W－1 与W－2 织物分别洗涤20 次、50次后织物的抑菌率可知，经洗涤20、50 次后两种织物的抑菌率均有下降，且W－1 织物的抑菌率下降相对明显但差别不是太大，抑菌率的降低主要是因为在洗涤过程中产生机械外力使织物上少部分艾草精油微胶囊与石墨烯脱落导致抗菌性能下降；经50 次洗涤后织物上的大部分抗菌材料脱落致使两种织物的抑菌率大幅降低，但对两种菌体的抑菌率仍然达到69.17%以上。 对比W－1 织物与W－2 织物抑菌率发现，经洗涤后W－2 织物的抑菌率略高，这主要是因为在织物整理过程中，W－2 织物首先经过浸轧过程使石墨烯材料更牢固的粘附在织物上；艾草精油微胶囊的浸渍整理中的粘合剂也进一步使两种材料更牢固的附着在织物上，因此W－2织物的抗菌耐久性优于W－1 织物。

表4 W－1 与W－2 织物洗涤20、50 次后织物的抑菌率

(2)远红外耐洗涤性测试结果与分析

图6 为原棉织物和W－1、W－2 织物在洗涤20、50 次后的远红外温升效果，分析可知，经20 次洗涤后W－1、W－2 织物温升达到2.8℃和3℃，织物仍然具有较好远红外性能，但对比未洗涤前的数据温升效果仍有降低，这主要是因为清洗过程中石墨烯与织物的结合力不够从织物上脱落从而导致温升效果降低；在洗涤50 次后W－1、W－2 织物的温升下降至1.4℃和2.8℃(温升效果>1.4℃)，织物温升效果变差，对比经洗涤后两种织物的温升效果发现W－2 织物的温升效果略优于W－1 织物，这主要织物的复合整理方式有关。

图6 原棉织物、W－1 和W－2 织物洗涤20、50 次后远红外温升效果

3.6 多功能织物的厚度

织物的厚度是评价织物风格的指标之一，对整理前后织物的厚度进行测定可间接评价功能整理是否影响织物风格以及织物性能。 为了探究两种工艺的复合功能整理对织物厚度的影响，采用YG(B)141D 型数字式织物厚度仪，选择压脚直径25.22mm，砝码100cN，时间为10s 进行连续测试，结果见表5 所示。

从表5 中可以看出，与原棉织物相比，经多功能整理后的织物的厚度均有所增加，W－1 织物的厚度增加10.25%，W－2 织物的厚度增加32.47%。这是因为整理剂中的艾草精油微胶囊与石墨烯的存在，以及水性聚氨酯粘合剂包裹在织物及纤维上造成的织物厚度；而W－2 织物增厚更明显，主要是因为二次整理使织物上所粘附的水性聚氨酯粘合剂的量增加，粘合剂在纤维表面形成的薄膜厚度增加。 相比之下，W－1 织物无明显增厚感，对服用性能基本没有影响。

表5 原棉织物、W－1 和W－2 织物厚度测试结果

3.7 多功能织物透气性

为了探究复合功能整理对织物透气率的影响，按照标准GB/T 5453－1997«纺织品织物透气性的测定»[6]，采用YG461E 型数字式透气量仪对原棉针织物、W－1、W－2 织物进行透气量测试。 操作步骤:首先准备样品大小为20cm×20cm 原棉针织物、W－1、W－2 试样各5 块。 测试前对试样进行预调湿，平衡后进行透气性测试，结果见表6。

表6 原棉织物、W－1 和W－2 织物透气率测试结果

表6 展示了原棉织物、W－1 织物与W－2 织物的透气率测试结果，对比原棉织物，经复合整理后的两种织物的透气率均有下降，其中W－1 织物的透气率下降了9.74%，W－2 织物的透气率下降了16.88%。 W－1 与W－2 织物透气率下降主要是艾草精油微胶囊及石墨烯通过水性聚氨酯粘合剂被粘附在织物及纤维表面，使纤维的直径增加，纤维之间的空隙的减少，从使织物的透气率降低。 相比之下，W－2 织物透气率下降更明显，这主要由于W－2 织物的两步整理法增加了整理剂的涂覆量与涂覆层数，纤维表面所包裹的功能膜厚度增加，使纤维间空隙减少而导致的。

3.8 多功能织物透湿性

按照标准GB/T 12704.2－2009«纺织品织物透湿性试验方法»[7]，采用FX3150 型全自动织物透湿量测试仪对原棉针织物、W－1、W－2 织物进行透湿量测试，分别随机裁剪出面积30cm2圆形样品各3 块，先进行预调湿再测试透湿量，测试结果见表7。

从表7 中可以看出原棉织物、W－1 织物及W－2 织物的平均透湿量分别为1934.242g·(d·m2)－1、1821.712g·(d·m2)－1、1789.56g·(d·m2)－1，经整理后W－1、W－2 织物的透湿量分别下降5.82%与7.48%，比率降低较小基本无变化。 这是由于棉织物本身具有较好透湿性，水汽在织物中传递途径没有改变，因此复合功能整理对织物透湿性基本没有影响。

表7 原棉织物、W－1 和W－2 织物透湿量测试结果

3.9 多功能织物顶破强力

按照标准GB/T 19976－2005«纺织品顶破强力钢球法»[8]，采用YG026H 型电子织物强力仪对原棉针织物、W－1、W－2 试样进行顶破强力测试，测试结果见表8。

表8 原棉织物、W－1 和W－2 织物顶破强力测试结果

从8 可以看出，经复合功能整理后W－1、W－2织物的顶破强力都有所提升，分别提高6.18%和11.98%。 表明经整理后织物的顶破性能变好，这主要是因为针织物的延展性较大，而经过整理后粘合剂作用在纤维及纱线间，使其不易产生滑移，因而顶破强力有所增加。

4 结论

采用自制的艾草精油微胶囊和石墨烯材料通过后整理工艺进行多功能针织内衣面料的开发，并对两种多功能复合整理的棉针织内衣面料的表面形貌、抗菌性、远红外性能及其它服用性能进行测试，最终得出以下结论:

(1)通过观察织物整理前后的SEM 与红外光谱图分析可知，经复合功能整理后的织物表面较为粗糙，纤维间存在圆球状艾草精油微胶囊与片层结构的石墨烯，实验成功制备了复合多功能整理棉针织物。

(2)对两种织物的抗菌性及耐洗涤性分析可知，洗涤前W－1 织物的抗菌性能更优，对两种菌体抑制率达到97.98%(大肠杆菌)和98.68%(金黄色葡萄球菌)；经20、50 次洗涤后，两种织物的抑菌率虽有降低，但对两种细菌的抑菌率仍都大于69.14%，因此，表明两种复合整理的织物都具有较好的抑菌耐久性。

(3)对织物厚度、透气、透湿与顶破强力等服用性能测试，发现经功能整理后的织物各性能的变化率都较小，基本不影响服用性能。