高耐洗涤性抗菌棉纱的制备和工艺研究yd13909
董红霞 上海洁宜康化工科技有限公司，上海，200333
原载：2011年全国染整新技术环保化学品和节能减排实用新技术交流研讨会资料集；83-88
【摘要】本文采用新型抗菌整理剂JYK ABDO-100，通过对多种抗菌处理工艺进行了试验，得到了可制备具有高抗菌性能和耐洗涤性的适当抗菌处理工艺，即：皂洗→水洗 →抗菌（抗菌整理剂 JYK ABDO-100：3g/L，50℃×30m in）→固色（FIX-ET：2g/L， 50℃×20m in）→柔软（SA-120：3g/L；40℃×20m in）→挤水→烘干（100℃）。处理得到的抗菌棉纱的抗菌率均大于99.9%，经5 次AATCC 135-2004 洗涤之后，抗菌率仍均大于99.9%，并通过JIS L-19022008 的抗菌标准，产品已大量出口。
【关键词】抗菌；棉纱；耐洗涤；工艺研究
引 言
随着工业的迅速发展和人民生活水平的提高,人们对生活质量要求越来越高，对环境与自我健康日益重视，因此抗菌纺织品已逐渐受到消费者喜爱。抗菌纺织品的应用范围广泛，如家纺产品、袜类产品、内衣、运动服、室内装饰品、特殊工作服和医院、食品加工和制药工作服、病号服以及包装材料。从“非典”爆发以来的几年间，国际和国内市场上对抗菌类纺织品的消费需求量都一直保持良好的发展势头。棉纤维是纺织品中应用量最大的一种纤维，棉纤维及其织物的抗菌处理对于人们的生活水平的提高和改善具有重要的意义。
目前纺织品，尤其是棉织物的抗菌处理大多集中在后整理工序，通过浸轧（浸渍）、焙烘的工艺来完成，加工的方式也主要是以面料为主，在棉纱上成功进行抗菌整理的报道比较少，而达到高耐洗涤抗菌处理的报道则更少。本文采用具有广谱抗菌性能和安全性能的新型抗菌整理剂JYK ABDO-100，通过优化抗菌处理工艺和严格控制生产操作，研制和生产出了具有高耐洗性的抗菌棉纱，已经通过了AATCC 100-2004 和JIS L 1902-2008 的双重标准检测，产品远销欧美等国。
一、试验
1.1、试验材料与设备
纱线：40S/2 全棉色纱（市售）；
助剂：抗菌整理剂 JYK ABDO-100、固色剂 JYK FIX-ET（上海洁宜康）；柔软剂SA 120（市售）；酒精（市售、工业级）；醋酸（99.8%，工业级）等。
仪器和设备：AD-24 型常温振荡小样机（广东精湛染整设备厂有限公司）；Datacolor SF600X 型测色配色仪；Setra EL-410 型电子天平（无锡衡宏）UV-2802PC 紫外可见分光光度计（尤尼克（上海）仪器有限公司）；SW-12 型耐洗色牢度试验机（无锡纺织仪器厂）；Y571B 型耐摩擦色牢度试验仪（温州纺织仪器厂）；Y802N 型恒温烘箱（常州第二纺织机械厂）；
1.2、后处理工艺（活性染色后处理，染色部分略）
1.2.1 皂洗→水洗 →抗菌（抗菌整理剂JYK ABDO-100:50℃×30m in）→ 固色（FIX-ET:2g/L：50℃×20m in）→柔软（柔软剂：40℃×20m in）→挤水 →烘干（100℃）。
1.2.2 皂洗→水洗 →固色（FIX-ET:2g/L; 50℃×20m in）→抗菌（抗菌整理剂 JYK ABDO-100：50℃×30m in）→柔软（柔软剂：40℃×20m in）→挤水 →烘干（100℃）。
1.2.3 皂洗→水洗 →固色（FIX-ET: 2g/L;50℃×20m in ）→柔软（柔软剂:40℃×20m in）→抗菌（抗菌整理剂 JYK ABDO-100:50℃×30m in）→挤水 →烘干（100℃）。
1.2.4 皂洗→水洗 →固色（FIX-ET:2g/L;50℃×20m in）→柔软、抗菌同浴处理（抗菌整理剂JYK ABDO-100、柔软剂: 50℃×30m in）→挤水→烘干（100℃）。
1.3、测试方法
1.3.1 抗菌性能的测定（送SGS 检测，按AATCC 100-2004 执行）
根据产品最终市场的不同，抗菌性能的检测采用如下两种标准进行：AATCC 100-2004和JIS L-1902-2008（定量法：菌液吸收法）。
1.3.2 抗菌剂的固着率
取抗菌处理之前和之后的抗菌处理液和抗菌残液，分别用酒精稀释100 倍，并在200-400nm 紫外光范围内的最大吸收波长处测定处理液和残液的吸光度，并按如下公式计算抗菌剂在棉纱上的固着率：
固着率＝（A0－A1）/A0×100％
其中:A0:处理液在最大吸收波长处的吸光度；A1:处理液残液在最大吸收波长处的吸光度。
1.3.3 抗菌耐洗性测试
送 SGS 上海分公司检测，按照AATCC 100-2004 和JIS L1902-2008 两种测试标准测试试样的抗菌性能。洗涤方法按AATCC 135 -2004，进行水洗5 次，具体水洗条件如下：（1）ⅡA （i），在4lb 的负荷和85℉的温度下机洗，正常循环，滚筒烘干。
1.3.4 耐洗色牢度，按AATCC 61-2007 执行
1.3.5 耐摩擦色牢度，按AATCC 8-2007 执行
1.3.6 柔软性
对于抗菌处理后的成品纱线进行手感评定，用1～5 级表示，1 为最差，5 级为最好。
二、结果与讨论
2.1 抗菌处理工艺的选择
采用4 组规格为40s/2 经过染色的灰色棉纱线，分别按照1.2.1、1.2.2、1.2.3 和1.2.3的后处理工艺进行处理，经织袜机织成针织物后，然后送至SGS 上海分公司按照1.3.1 和1.3.3 的检测方法分别测试4 组织物的抗菌率、5 次水洗后的抗菌率，具体测试结果见下表。
表 2.1 不同后处理工艺的抗菌率比较
|
抗菌处理工艺 |
抗菌率（％） |
|||
|
未水洗 |
5 次水洗 |
|||
|
金黄色葡萄球菌ATCC 6538 |
克雷伯氏肺炎杆菌ATCC 4352 |
金黄色葡萄球菌ATCC 6538 |
克雷伯氏肺炎杆菌ATCC 4352 |
|
|
1.2.1 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
|
1.2.2 |
＞99.9 |
＞99.9 |
89.3 |
97.1 |
|
1.2.3 |
97.6 |
98.2 |
85.7 |
89.6 |
|
1.2.4 |
95.8 |
98.1 |
84.5 |
88.3 |
从上表的结果来看，经先抗菌再固色和柔软的工艺处理的棉纱的抗菌率及经5 次水洗后的抗菌率都大于99.9％，抗菌性能及耐洗涤性十分优良，满足对抗菌性能和耐洗涤性能均要求极高的客户的要求。
经先固色再抗菌和柔软的工艺处理的棉纱的抗菌率大于99.9％，但水洗5 次后抗菌率降低较明显，尤其是对金黄色葡萄球菌的抗菌率还低于90%，不能满足对抗菌性能和耐洗涤性能均要求极高的客户的要求。
经后面两种后处理工艺处理的抗菌棉纱的抗菌率均较低，完全不能满足客户的高要求，所以本文决定采用1.2.1 的工艺对棉纱进行抗菌处理。
经分析，由于抗菌整理剂 JYK ABDO-100 是高分子的抗菌剂，主要是采用吸附的方式进入棉纤维内部以及包覆在纱线的表面，如果在进行抗菌处理之前，先行进行其它的处理，纱线的表面已经附着上其它的化合物，则将直接减少棉纱或棉纤维对抗菌剂的吸附和吸收，进而影响到棉纱的抗菌性能和耐洗性能。棉纱经过柔软整理后由于在表面吸附有机硅，表面张力比较小，阻止了对抗菌剂的吸附和吸收；如抗菌和柔软同浴处理会形成两者竞争吸附的态势，抗菌剂吸附的量也有限，造成抗菌剂的大量浪费，而且会影响到纱线的手感；先进行抗菌处理再进行固色、柔软，则可以使抗菌剂优先吸附在纱线的表面和纤维的内部，抗菌剂在纱线表面和纤维内部的吸附量可以达到饱和，同时之后的固色工序会进一步使抗菌剂固着在纱线的表面，保证了抗菌的耐洗性，但对后面的手感会有一定的影响，需要筛选和优化柔软工艺。
2.2、抗菌剂用量的确定
按照 1.2.1 的后处理工艺，在不同的抗菌剂用量下，进行抗菌棉纱的处理，处理后的抗菌率测试结果如下表所示：
表 2.2 不同抗菌剂用量时的抗菌性能比较
|
抗菌剂用量（%，owf） |
抗菌率（％） |
|||
|
未水洗 |
5 次水洗 |
|||
|
金黄色葡萄球菌ATCC 6538 |
克雷伯氏肺炎杆菌ATCC 4352 |
金黄色葡萄球菌ATCC 6538 |
克雷伯氏肺炎杆菌ATCC 4352 |
|
|
2.5 |
95.2 |
97.5 |
78.3 |
80.5 |
|
3 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
|
4 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
＞99.9 |
从上表看出，抗菌剂的用量低于3.0%（owf）时，抗菌棉纱的抗菌率和洗涤之后的抗菌率均较低，不能满足客户的高要求。
当抗菌剂用量达到3.0%（owf）时，抗菌棉纱的抗菌率和耐洗涤性能均十分优良（>99.9%），满足客户的高要求。当用量超过3.0%（owf）时，抗菌棉纱的抗菌率和耐洗涤性能均大于99.9%。满足客户的要求。但是从成本和手感等各方面综合考虑，确定抗菌剂用量为3.0%（owf）。
2.3、抗菌剂的固着率
按照 1.3.2 的测试方法对抗菌处理之前和之后的抗菌处理液和残液进行吸光度测试，其中A0：0.666，A1：0.214，从而得到抗菌剂的固着率为67.9%，这说明抗菌整理剂 JYK ABDO-100 对棉纱具有较高的固着率。
2.4、抗菌处理对色光的影响
分别采用灰色、黄褐色、卡其色、藏青色和黑色等颜色的色纱按照1.2.1 的工艺进行抗菌后处理，并采用Datacolor SF600X 型测色配色仪测试处理前后纱线的变色等级，测试结果见表2.3。
表2.3 抗菌处理对棉纱色光的影响
|
|
灰色 |
黄褐色 |
卡其色 |
藏青色 |
黑色 |
|
变色等级/级 |
4.5 |
4 |
4 |
4.5 |
4 |
|
评判结果 |
合格 |
合格 |
合格 |
合格 |
合格 |
表2.3 中数据说明，经抗菌处理后的棉纱的色光未发生明显变化，对色光没有影响。
2.5、抗菌处理对各种色牢度的影响
将 2.4 中经过抗菌处理前后的棉纱按1.3.4 和1.3.5 的方法进行耐摩擦色牢度和耐洗色牢
度的测试，测试结果见表2.4。
表2.4 抗菌处理前后对纱线色牢度的影响
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|
灰色 |
黄褐色 |
卡其色 |
藏青 |
黑色 |
||||||
|
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
前 |
后 |
||
|
耐摩擦 色牢度 |
干摩 |
4.5 |
4.5 |
4 |
4 |
4.5 |
4 |
3.5 |
4 |
4 |
4 |
|
湿摩 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
3.5 |
3.5 |
3.5 |
3 |
|
|
耐洗 色牢度 |
原样变色 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4.5 |
4.5 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
棉沾 |
4 |
4 |
4.5 |
4.5 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
|
毛沾 |
4 |
4 |
4 |
4 |
4.5 |
4.5 |
4.5 |
4.5 |
4 |
4 |
|
从表2.4 可知，棉纱经过抗菌处理前后的耐洗色牢度和耐摩擦色牢度基本没有变化，这可能是抗菌处理后在纱线表面形成包覆，对纱线表面的染料形成一定的保护层，抗菌剂和活性染料之间无强的作用力，染料不会发生明显的泳移现象，故各项摩擦色牢度和耐洗涤色牢度基本不受影响；抗菌剂本身的颜色遮盖力极低，也不影响棉纱本身的变色牢度。
2.6、抗菌处理对棉纱及其织物手感的影响
将藏青色和黑色棉纱采用1.2.1 的抗菌处理工艺进行抗菌处理，并与常规未经抗菌处理的棉纱进行比较，结果发现手感较硬、较涩，经分析这主要是由于抗菌整理剂 JYK ABDO-100 优先吸附于纱线的表面阻碍了柔软剂的吸附，同时由于抗菌整理剂 JYK ABDO-100 在烘干时会在棉纱表面形成固化的薄膜造成纱线手感发硬。
为了改善纱线手感硬的问题，本文决定采用改性氨基硅油类柔软剂（SA 120）进行不同浓度的比较试验，具体的处理工艺同1.2.1，并按照1.3.6 的方法进行手感评定，最终筛选出最佳的用量，具体的结果见表2.5。
表2.5 SA 120 手感提升性
|
|
常规 2g/L |
1g/L |
2g/L |
3g/L |
4g/L |
|
藏青色 |
2 级 |
3 级 |
3~4 级 |
4 级 |
4 级、粘手 |
|
黑色 |
2 级 |
2~3 级 |
3 级 |
4 级 |
4 级、粘手 |
由表2.5 可知，柔软剂SA 120 能明显的提高抗菌纱线的手感，在用量为1g/L 时已经超过常规柔软剂的手感，当用量在3g/L 时手感较佳，能达到4 级，如果再增加用量会形成过饱和，造成粘手的现象。综合试验结果，决定采用3g/L:SA-120 进行抗菌后的柔软整理。
2.7、大货生产
采用 40S/2 的黑色棉纱，按照如下工艺进行抗菌处理：
皂洗→水洗 →抗菌（抗菌整理剂 JYK ABDO-100：3g/L，50℃×30min）→固色（FIX-ET 2g/L，50℃×20min）→柔软（SA-120：3g/L ，40℃×20min）→挤水→烘干（100℃） 。之后将成品取样送上海SGS 检测各项指标，具体见下表。
从表2.6 可知，抗菌棉纱线的各项色牢度指标都通过国际标准的检测，已经得到客户的全面确认。
表2.6 抗菌棉纱的各项指标
|
耐洗色牢度 |
棉沾 |
4.5 |
|
毛沾 |
4.5 |
|
|
耐摩擦色牢度 |
干摩 |
4.5 |
|
湿摩 |
3.0 |
|
|
耐光色牢度 |
4.0 |
|
|
手感 |
4.0 |
|
取样送SGS 进行的抗菌测试结果，如下表所示：
表2.7 抗菌棉纱的抗菌性能（AATCC 100 -2004）
|
抗菌性能 （AATCC 100-2004） |
金黄色葡萄球菌 ATCC 6538 |
＞99.9 |
|
克雷伯氏肺炎杆菌 ATCC 4352 |
＞99.9 |
|
|
抗菌性能 （AATCC 100-2004） |
金黄色葡萄球菌 ATCC 6538 |
＞99.9 |
|
克雷伯氏肺炎杆菌 ATCC 4352 |
＞99.9 |
|
|
5 次水洗后抗菌性能（AATCC 100-2004） |
金黄色葡萄球菌 ATCC 6538 |
＞99.9 |
|
克雷伯氏肺炎杆菌 ATCC 4352 |
＞99.9 |
经AATCC 100-2004 标准检测，抗菌性能和耐洗涤性能优良，达到客户对这两项指标的高要求，产品已大批量出口欧美国家。
又根据JIS L-1902 2008 进行了抗菌性能检测，检测结果如下：
表2.8 抗菌棉纱的抗菌性能（JIS L-1902-2008 ）
|
菌种 |
金黄色葡萄球菌ATCC 6538 |
克雷伯氏肺炎杆菌ATCC 4352 |
|
细菌浓度 CFU/mL |
1.1×105×× |
2.0×105 |
|
对照织物上的增长值F=Mb- Ma |
+1.9 |
+2.5 |
|
抗菌棉纱织物的这增长值（Mc- Md） |
+1.0 |
+1.0 |
|
抑菌活性值S=（Mb- Ma）-（Mc- Md） |
>2.9 |
>3.5 |
|
杀菌活性值 L=（Ma- Mc） |
>2.8 |
>3.0 |
|
注： |
Ma=+4.1;Mb=+6.0; Mc<1.3;Md<2.3 |
Ma=+4.3;Mb=+6.8; Mc<1.3;Md<2.3 |
从上表可看出，大货生产的抗菌棉纱的抑菌活性值分别为：金黄色葡萄球菌：>2.9；克
雷伯氏肺炎杆菌：>3.5。根据JIS L-1902 2008 标准的要求，只要抑菌活性值大于2.0，就说
明抗菌棉纱具有抗菌性能，从测试结果看，经过抗菌整理剂A 处理的抗菌棉纱具有良好的
抗菌性能。
三、结论
3.1 抗菌整理剂 JYK ABDO-100 在棉纱上处理的最佳工艺为：皂洗→抗菌→固色→柔软→挤水→烘干；
3.2 抗菌整理剂 JYK ABDO-100 对于棉纱的色光、耐摩擦和耐洗色牢度均没有影响，但会引起纱线的手感下降；柔软剂SA 120 可明显改进抗菌棉纱的手感；
3.3 经权威部门检测，抗菌整理剂 JYK ABDO-100 处理的抗菌棉纱能通过AATCC 100-2004和JIS L 1902-2008 的双重检测，同时具有较好的耐洗性。
附联系资料:
作者：董红霞；
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