纤维的消汗臭性能探讨yd15420

肖红1 ，刘丽丽1 ，施楣梧1 ，俞玮2 ，胡中超2 1.总后勤部军需装备研究所，北京 100082；2.总后勤部军需军事代表局，北京 100011

收稿日期：2011-08-13 修回日期：2012-02-06

作者简介：肖红(1976-)，女，高级工程师，博士。主要研究方向为功能性纺织品。E-mail：76echo@vip.sina.com

原载: 纺织学报2012/10;7-13

【摘要】基于标准气体发生器和检知管搭建了消臭性能测试系统，定量测试了几种纤维对汗臭的3种主要成分醋酸、氨气和异戊酸的消臭率及消臭速率。结果表明：天然纤维中毛纤维具有突出的汗臭味消除功能，其次是棉纤维；合成纤维中，改性的消臭腈纶纤维的消臭性能格外突出，其次是Modal纤维，而涤纶和丙纶纤维的消臭性能最差。同时，消臭腈纶对氨气的消臭速率最高，其次是毛、Modal、棉和大麻，最差的是涤纶纤维。毛、大麻、消臭腈纶纤维、棉和Modal纤维对醋酸的吸附效果都比较好，但涤纶的吸附效果显著较差。感官测试表明，羊毛纤维和消臭腈纶纤维制成的袜子消臭效果比较好，和定量测试结果一致。对于消臭效果良好的纤维构成的纺织品，其消臭性能与纺织品质量相关，质量越大，消臭效果越好。

【关键词】消臭性能；纤维；感官评价；氨气；醋酸；异戊酸

【中图分类号】TS 195.583 文献标志码：A 文章编号：0253-9721(2012)10-0007-07

在高温、出汗、潮湿或密闭条件下，人体出汗后会产生不愉快的异味，比如脚汗臭、汗臭等，给消费者带来不便。人体异味是由于细菌分解皮肤分泌物产生的挥发性气体[1-2]导致。日本《除臭加工纤维产品认证标准》JED 301中和文献[3-5]表明，汗臭的3种典型气味分子是氨气、醋酸、异戊酸。

对纺织品赋予抗菌功能可防止部分人体异味产生，尤其是防止移生于织物上的细菌分解织物上的人体皮屑或分泌物导致的异味[6]，但是，纺织品或纺织品用抗菌剂接触不到的皮肤表面的细菌依然会产生味道，比如脚指趾头之间，且异味会扩散到纺织品的纤维表面或孔洞并被吸附。对于已经产生的这部分比重较大的人体异味，应该通过物理或化学的方法消除，即消臭[7-8]。

显然，为了有效防止人体异味，应将抗菌防臭和消臭有效结合才能实现。此外，必要时还应该加上抑臭控制[7-8]。在消臭方面，日本科学家进行了大量研究。20世纪90年代，我国也有诸多文献报道了纺织品在消臭性能加工及相关测试方面的技术。文献[9]报道了通过环糊精整理毛／涤(70／30)混纺织物消除臭味。文献[10]分析了棉、毛和麻纤维及不同组织结构制品与保留的人体气味强度的关系。涤纶、羊毛等纤维及其织物保留的味道强度及其上的移生细菌的选择性生长也得到了研究。但缺乏对常规服用纤维消臭性能及其制品服用后的实际消臭效果的分析报道，导致消费者在购买可以消除味道的纺织品时存在盲目性。

本文搭建了基于动态气体发生器和检知管的消臭测试系统，测试和分析了部分纤维对汗臭的消臭性能。并针对其中几种纤维进行了消臭速率的分析，织成袜子后进行了实际试穿考核，并与定量测试数据进行对比分析。

1 实验方法

1.1 实验材料

消臭率测试选用毛、棉、大麻、Modal、涤纶、消臭腈纶、腈纶、维纶、锦纶和丙纶纤维。其中，羊毛、棉和大麻均为纱线形式，羊毛为138 dtex纯毛纱、棉为145 dtex针织用纱、大麻为167 dtex大麻纱，涤纶为83 dtex／72 f长丝、丙纶为61.1 dtex／55 f长丝，消臭腈纶、维纶、锦纶和Modal均为1.67 dtex × 38 mm短纤维。其中，消臭腈纶由东洋纺提供，纱线均由青岛即发集团提供，纤维由总后勤部军需装备研究所提供。以上样品均为未经任何处理的原材料。

用毛、棉、大麻、Modal、涤纶、消臭腈纶、抗菌腈纶、普通腈纶混纺或纯纺针织用纱，并制成简单袜片作为试穿用袜子，具体参数见表1。所有袜子在使用前都放入含有洗衣粉(2 g／L)和碳酸钠(2 g／L)的水溶液中，在80℃ 条件下加热30 min以去除织袜过程中的油剂。然后用清水洗净晾干、备用。

表1 试穿袜样类型

1.2 实验仪器及试剂

GV-IOOS气体采集器(日本GASTEC公司)；3La

氨气检知管(日本GASTEC公司)；81醋酸、异戊酸检知管(日本GASTEC公司)；PD-1B标准气体发生器(日本GASTEC公司)；P-3-M 氨气渗透管(日本，GASTEC公司)；3100醋酸扩散管(日本GASTEC公司)；柱形玻璃容器(北京博恩创奇科贸中心，1 L)；三角瓶(北京博恩创奇科贸中心，100 mL)，冰醋酸(北京化工厂，分析纯)。

1.3 目标气体生成

根据《除臭加纤维产品认证标准》的规定，对于消除汗臭的织物，目标臭味气体包含氨气、醋酸和异戊酸。除了氨气，其他2种气体常温下是液态。

目前国内没有生产醋酸和异戊酸的标准气体。为了产生一定浓度的标准气体，采用日本GASTEC公司生产的标准气体发生器及其配套的渗透管和扩散管制备目标气体，并以高纯度氮气作为载气将目标气体输送至样品容器，如图1所示。将渗透管或扩散管放人标准气体发生器中，调节标准气体发生器各项参数及载气流量，待仪器稳定后，测试标准气体输出口处气体浓度，当浓度符合目标气体浓度时，停止调节。将自制的样品容器放人通风厨中，其中一个气孔作为充气口与标准气体发生器连接，另一个相对的气孔与外界相通，作为出气口，中间的孔作为样品放入孔，充气时该口处于密封状态。将样品容器充气一段时间后，在其出气口处用检知管测试气体浓度，如果此处浓度与标准气体发生器输出的气体浓度相同，则表明样品容器内充满了目标气体。充满气体后，将样品容器的充气口和出气口2个气孔密封(为了便于密封，在容器2个气口处均套上软管)。

图1 样品容器充气过程

1.4 气体浓度检测

气体浓度检测采用检知管法，具体如图2所示。将检知管一端和气体采集器连接，另一端连接样品容器出气口，拉动气体采集器右端的手柄，样品容器内的气体在压力作用下流经检知管并进入到气体采集器内。检知管内装有能和目标气体反应的化学物质，当目标气体进入检知管，发生化学反应，并显示出目标气体浓度。

图2 利用检知管测试气体浓度

不同目标气体采用的检知管内的化学物质不同。在本文实验中，检知管内测试氨气所用的化学物质为磷酸(检测精度±0.5 mL／m3)，测试醋酸和异戊酸所用的化学物质为氢氧化钠(检测精度±0.2 mL／m3 )。

1.5 消臭率测试

消臭率为样品在一定时间内对臭气的消除率，用来评价样品对目标气体的消除能力。测试时，先向样品容器内充入一定浓度的目标气体，气体充满后将样品快速从样品口放人容器并密封。室温下放置2 h后用检知管测试容器内剩余气体的浓度C。同时，向未放任何样品的样品容器内充入同样浓度的目标气体，放置2 h后测试该容器内剩余气体浓度C。消臭率计算公式为

Y=	C₀-C	×100% (1)
	C₀

式中：y为消臭率；C。为对照空白样品容器2 h后的剩余气体浓度；C为放有样品的样品容器2 h后的剩余气体浓度。

进行3次平行实验，消臭率为所有结果的平均值。在本文实验中，所有试样样品均为1 g。

1.6 吸附速率测试

利用标准气体发生器向样品容器内充满100 mL／m3的氨气，然后将1 g待测样品放入样品容

器中，室温密封保存。在不同的时间段内用检知管在样品容器出气口处测试瓶内氨气浓度。醋酸气体吸附速率测试和氨气吸附速率测试的方法相同，但醋酸气体吸附速率测试的初始浓度为50 mL／m3。

l.7 试穿实验方法及感官评价

穿戴实验是在夏天进行，室外温度高于30 ℃，室内平均温度为(25±2)℃ 。

实验时将涤纶袜作为每天的空白对比袜样。

3名试穿者每人每天左右脚随机、分别穿1只样品袜和1只涤纶空白袜。穿戴时间从早上8点到下午4点。袜子试穿后在空气中放置30 min，南3名评价员分别进行感官评价。评价后放入密封袋，放置18 h后再进行感官评价。

3名试穿者每人每天左右脚随机、分别穿用同样材料制成的薄袜子和厚袜子。穿戴时间和评价方式同上，用以分析比较穿薄袜子和厚袜子产生的臭味强度差异。

实验中嗅觉灵敏的3个评价员采用6档臭气强度法进行感官评价。臭气强度是指人们通过嗅觉感觉到的气味强弱程度。按照0-无臭、1-勉强嗅出臭味(感觉阈值)、2-刚能辨别出恶臭的特征气

味(识别阈值)、3-明显感觉出、4-强烈感觉、5-无

法忍受共6档进行取值，从小到大分别对应。评价人员按照上述6档标准分别进行评价，结果取平均值。

2 结果讨论

2.1 对汗臭的3种典型成分的消臭率

不同纤维对汗臭的3种典型成分的消臭率结果如表2所示。

根据表2的测试结果可知：1)改性的消臭腈纶纤维对氨气及2种酸性气体均具有极好的消臭率；2)除功能性纤维消臭睛纶外，天然纤维毛纤维对氨气的消臭率最好，其次是棉、Modal，而普通合成纤维对于氨气的吸附性能都不好；3)尽管同属于纤维素纤维，但棉纤维和Modal纤维对氨气的消臭率远远高于大麻纤维；4)对于醋酸和异戊酸而言，除了涤纶、腈纶和丙纶，其他纤维对2种酸性气体的消臭率都极高。这和各种纤维的分子化学结构、聚集态结构及表面形貌相关。

羊毛纤维的主要成分是角蛋白，是由C、H、0、N、S元素构成的多种氨基酸缩合而成的链状大分子，二氨基氨基酸(精氨酸、赖氨酸)、二羧基氨基酸(天门冬酸、谷氨酸)和胱氨酸的含量高[12]，因此，在羊毛大分子结构的侧链上含有大量的-CO0H和-NH2，能够与氨气和醋酸、异戊酸等碱性或酸性气体发生反应，因此对氨气、醋酸和异戊酸的消臭率都较高，从而能够很好地达到消臭目的。这是人们用以掩盖人体异味的首选织物采用羊毛织物的原因，和文献[10]的研究结果一致。

改性消臭腈纶的红外图谱如图3所示。

图3 消臭腈纶的红外图谱

其中2 243 cm-1处是腈纶的C≡N 特征峰，1 448 Cm-1处是CH2峰。而3 190 cm-1处是1个宽的羟基峰，与V_C-H峰重叠。该峰是固、液态羧酸以二聚体形式存在时，一分子羰基与另一分子羟基形成氢键，此时V_C=O移到1 700 cm-1附近，羧基中羟基也因此移到3 200～2 500 cm-1位置，从而形成1个很宽的峰，且与V_C-H峰重叠，表明该分子链含-C00H基团，可以吸附碱性气体。1 550 cm-1处可能是酰胺基团，能够吸附酸性气体。同时，将该纤维在8％氢氧化钠溶液、50℃ 下超声30 min后，会产生大于100 mL／m3的氨气，进一步证实了该纤维中含有酰胺基团。这种特殊的化学结构赋予该纤维对氨气和醋酸具有极好的消臭性能。

纤维素纤维含有大量醇羟基[12]，能起酯化、醚化等反应，有效去除醋酸和异戊酸；同时纤维素纤维中的1个末端葡萄糖剩基含有1个半缩醛羟基(称为潜在醛基)，可显示醛基性质[12]，具有还原性，可去除部分氨气，因此，棉纤维对氨气具有较好的吸附性能。而大麻纤维中纤维素含量较低，且麻纤维的大分子取向是天然纤维中最高的，结品度也高于棉纤维[13]，许多羟基由于分子内或分子间氢键作用冻结在晶区，再加上非晶区小，导致氨气吸附效果比棉纤维要差。Modal纤维除了纤维素纤维具有的分子结构特性外，还有大量孔洞，易吸附挥发性小分子，对氨气和酸性气体的吸附性能均较好，这在文献[10]中也有提及。

锦纶纤维的-C0NH以及维纶纤维的羟基[13]，都导致其对醋酸和异戊酸的吸附效果相当好，但是涤纶和丙纶纤维则因为分子链排列规整[13]、没有可以和氨气结合的基团，导致其对氨气的吸附性能很差；虽然涤纶分子中存在端羧基以及残留的二甘醇，对酸有一定吸附效果，但因其具有较高的结晶度，结

构致密，对溶剂的吸附较差。

2.2 对氨气及醋酸的消臭速率及效率

表3示出1 h内几种纤维对氨气的吸附数据。可以看出，无论是1 min后还是1 h后，消臭腈纶对氨气的吸附效果总是最好，其次是毛、Modal、棉、大麻，最差的是涤纶，这和前面对于各种纤维消臭率的测试结果一致。从表3还可看出，

表3 样品纤维对氨气吸附数据

各种纤维对氨气的吸附都存在类似化学反应一样的快速消除阶段。比如，消臭腈纶纤维在初始1 min内可以吸附60％的氨气，5 min后可吸附90％的氨气，30 min后可吸附98％的氨气，1 h后基本完全消除。其他纤维对于氨气的吸附效果也存在类似的变化阶段，都是刚开始迅速吸附，10 min后变慢，30 min后基本不变。

同时，1 g消臭腈纶可以完全吸附100 mL／m3的氨气，而1 g羊毛纤维可以消除95 mL／m3的氨气，1 gModal可以消除78 mL／m3 的氨气。根据前面的分析，这些纤维对氨气以化学反应吸附为主，增加这些纤维的用量，可以加大对氨气的吸附。这和后面试穿袜子的结论是一致的。

表4示出几种纤维对醋酸的具体吸附数据。可以看出，毛、麻、消臭腈纶纤维、棉和Modal对醋酸的

表4 样品纤维对醋酸的吸附效果

吸附效果都比较好，相差不大。而涤纶对醋酸的吸附效果显著变小。且各种纤维对于醋酸的吸附速率均低于对氨气的吸附速率。1 min后，消臭腈纶可以消除40％的醋酸，5 min后可消除60％的醋酸；毛纤维在1 h后可以消除47.5 mL／m3的醋酸，在这些纤维里面表现最佳。

2.3 感官评价

臭气强度和臭气浓度之间遵循韦伯-费希内定律：

Y =KlogX +α (2)

式中：为刺激量(臭气浓度)；Y为感觉强度(臭气强度)；K和α为刺激固有常数。例如对于氨气而言，臭气浓度达到3／100(消臭率为97％)，则臭气强度仅为原来的1／2，即人的嗅觉可能感觉不到用消臭率表示的消臭效果很好的样品的消臭性能。所以，消臭率只能对纤维的消臭效果起到一个有效的评估作用，而对于纺织品消臭性能的好坏，最终还是需要人的感官来评价[14]。

2.3.1 不同纤维类型的比较

实验结果证明，涤纶纤维的消臭效果远远低于棉、毛、消臭腈纶，因此将涤纶纤维制成的袜子作为空白袜，其他纤维制成的袜子均和涤纶制成的空白袜做对比,臭气强度差别越大，说明消臭效果越好。图4示出了不同纤维的袜子在穿戴并放置30 min后的臭气强度。

图4 不同纤维的袜子在穿戴并放置30min后的臭气强度

从图中可看出，棉、大麻、毛、消臭腈纶(20％)材料制成的袜子在穿戴1 d后，放置30 min后与各自当天的空白涤纶袜子相比，臭气强度差别较大，都为2个臭气等级，而Modal差别1个等级。感官测试结果表明，棉、大麻、毛、消臭腈纶(20％)材料的袜子除臭效果均好于粘胶。

测试袜子的消臭效果除了要测试放置初期的臭气等级，还要观察放置一定时期后的臭味等级，二方面综合考虑才能得出最终结果。图5示出不同纤维的袜子在穿戴后放置30min和18 h后的臭气强度。

图5 不同纤维的袜子在穿戴后放置30 min和18 h后的臭气强度

如图所示，穿戴后的袜子放置过夜后，羊毛纤维和含有20％消臭腈纶制成的袜子臭气强度变小，其他纤维不变。说明羊毛纤维和含有20％消臭腈纶的袜子吸附臭气后，解析的臭气较少，因此羊毛纤维和消臭腈纶制成的袜子消臭效果较好。虽然个体穿戴者

本身存在差异，但是对于消臭效果来说，不同类型纤维之间的趋势是不变的。这和文献[11]分析结果一致。

2.3.2 薄袜子和厚袜子的比较

采用编号为GT962B的厚袜子和薄袜子进行试穿实验，该袜子含有消臭性能极好的消臭腈纶。除了没有脚臭味的3#试穿者穿的袜子外，其他2个试穿者所穿的厚袜子的消臭效果明显优于同样材料的薄袜子的消臭效果，如图6所示。


(a)测定前放置3Omin	(b)测定前放置18 h
图6 不同质量袜子的臭气强度

且放置过夜后，厚袜子臭气强度没有变大，说明其释放臭气较少。厚

袜子的质量增加，使得袜子含有的纤维质量增加且其比表面积有所增加，同时增加了袜子对挥发性气体的物理吸附和化学吸附作用。在本文实验中，由于袜子含有l5％的消臭腈纶，因此，袜子质量增加主要表现为消臭腈纶的化学吸附增加，所以，即使放置过夜后，其臭气强度也没有变化。可见，对于消臭效果较好的纤维构成的纺织品，其消臭性能与质量有关，质量越大，消臭效果越好。

3 结论

1)在本文测试的几种纤维中，天然纤维均具有较好的汗臭味消除功能，尤其是毛纤维；合成纤维中，改性消臭腈纶的消臭性能格外突出，其次是粘胶纤维，涤纶和丙纶的消臭性能最差。

2)对几种纤维的消臭速率测试和袜子实际试穿后的感官评价分析表明，消臭腈纶对氨气的消臭速率最高，其次是毛、粘胶、棉、大麻，最差的是涤纶。毛、大麻、消臭腈纶纤维、棉和Modal纤维对醋酸的吸附效果都比较好，而涤纶的吸附效果明显较差。

3)感官测试表明羊毛纤维和消臭腈纶制成的袜子消臭效果比较好。且对于消臭效果较好的同一种纤维构成的纺织品，质量增加导致纺织品纤维含量增加，增强了对挥发性气体的化学吸附作用，导致较厚的纺织品的消臭效果大大好于较薄的。

4)由于目前仪器对气体的测试灵敏度不及人体嗅觉对气体的灵敏度高，且臭气强度和臭气浓度问存在对数关系，所以消臭性能的仪器测试只能作为评价纤维消臭效果好坏的参考，实际制品的消臭效果最终应该以感觉测试评价为准。

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