热处理对医用机织物性能的影响

孙正琪, 郭晓玲, 崔文豪，高 娣，史艳敏

(西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西西安 710048)

0 前言

现实生活中存在着各种各样的细菌、真菌等微生物，这些微生物在合适的条件下会迅速生长繁殖,并通过接触等方式传播疾病,影响人类的身体健康，而医院又是一个细菌较多，人流量大的地方，交叉感染在医院比较明显[1]。另外抗菌纺织品对提高我国卫生保健水平和降低公共环境交叉感染率具有重要的实用价值[2]。因而开发抗菌效果好，使用性能强的产品具有广阔的前景。但关于热处理工艺对医用抗菌棉织物的影响，并没有进行过系统的研究。

为了获得具有更好服用性能的医用抗菌织物，我们对织物后整理过程中的热处理工艺进行了设计。以医用床单为研究基布，探索了织物带液率(70%、80%)、热处理温度(120℃、130℃、140℃)、热处理时间(40min、60min、80min)对织物性能的影响。观察了处理前后微观形貌、微观结构的变化，并测试了热处理前后拉伸断裂强力、毛细效应、透气性、pH值、光泽度、白度、手感，全面、客观地分析了热处理后织物的服用性能，从而确定最优的热处理工艺，为抗菌研究做基础。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

1.1.1 实验材料

(1)实验药品

测毛细效应所用药品：重铬酸钾溶液；

测 pH 所用药品：

①去离子水

②氯化钾溶液：0.1 mol/L。

③缓冲溶液： a.邻苯二甲酸氢钾缓冲溶液， 0.05mol/L(pH=4.0)；b.磷酸二氢钾和磷酸氢二钠缓冲溶液，0.08mol/L(pH=6.9)；c.四硼酸钠缓冲溶液，0.01 mol/L (pH=9.2)。

(2)织物

纯棉机织白布(克重119 g·m-2，经纬密486×327，右捻)。

1.1.2 实验仪器

表1 实验仪器

1.2 热处理工艺设计

本次实验考虑了带液率、温度、烘干时间这3个因素。选取了两个带液率，分别为70%、80%；选取了三个温度，分别用 120℃、130℃、140℃；选取了三个烘干时间，分别为 40min、60min、80min。将尺寸30cm×30cm的布样进行不同热处理工艺处理。烘干后，分别将样品装袋，并标记，以便服用性能测试实验使用。试样采用A-B形式表示。其中A代表带液率，带液率70%、80%分别以S和E表示；B代表烘干时间，40min、60min、80min分别用 1、2、3 表示。

1.3 织物的微观形貌与结构表征

采用Quanta-450-FEG型热场发射扫描电子显微镜对纯棉机织物的表面形貌进行观察。采用珀金埃尔默Spotlight 400N型傅里叶红外光谱仪对布样的结构进行分析，扫描范围650cm-1～4000cm-1。采用Nelson和O'Conner[3]结晶度指数(K1)法测定棉纤维相对结晶度，计算公式为：

K1=A1/A2

(1)

A=-lg T

(2)

式中：K1为结晶度指数；A1为1367cm-1谱带的吸收强度，A2为2900cm-1谱带的吸收强度，T为透射强度。

1.4 织物力学性能测试

采用YG(B)026D-500电子织物强力机,参照GB/T 3923.1-2013《纺织品 织物拉伸性能》第一部分的条样法测试断裂强度。

1.5 织物服用性能测试

采用YG9(B)871型毛细效应测定仪，参照FZ/T 01071-2008《纺织品 毛细效应试验方法》测试织物的毛细效应。分别测试织物的经、纬向芯吸高度，两者的乘积作为织物总的毛细效应面积，用于反映织物液态水总的传导能力。

采用YG461E-III型全自动透气量仪测试织物透气性，测试参照GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》执行。

采用CT-6023便携式pH值测试仪，参照GB/T7576-2009《纺织品水萃取液pH值的测定》测试织物的pH值。

采用YG224型织物光泽仪,参照FZ/T 01097-2006《织物光泽测试方法》测试织物光泽度。用A光源以60°(与法线的夹角)入射角照射在试样上,在60°和-30°位置上分别接收其正反射光和漫反射光, 光的强度经光电转换用数字来显示。计算出2个强度的比值,称为对比光泽度GC。在每块样品上截取三块代表性试样，尺寸为 100×100mm2。再按照测光泽实验步骤进行实验，所得数值根据光泽度公式计算出织物光泽度。

(3)

式中：GC—织物光泽度;

GS—织物正反射光强度(%);

GD—织物漫反射光强度(%)。计算三块试样的平均值，保留一位小数。

采用WSB-3A型智能式数字白度仪测试织物白度，依据GB /T 8424.2-2001《纺织品色牢度试验 相对白度的仪器评定方法》执行。

由于测试织物手感具有很大的主观性，所以此次实验测量手感采用同组人一起来进行手感测试。将布样平铺于实验台上，每个人进行触摸，得出一个人感觉的手感，一共三个人，最后将取三个手感的综合评价。手感可分为：硬挺、挺括、软糯、疲软、软烂、蓬松、紧密、细腻、光滑、滑糯等。

2 结果与分析

2.1 织物的力学性能分析

机织白布经过热处理后，纬向拉伸断裂强度相对于原织物(断裂强度138N)增强，符合织物的服用性能要求。在相同带液率，相同处理时间时，断裂强度随着烘干温度的增加，基本有所减弱(如图1 a)。在70%带液率，相同烘干温度时，断裂强度随着处理时间的增加，而有所减弱；在80%带液率，相同烘干温度时，断裂强度随着处理时间的增加，而有所增强(如图1 b)。在相同烘干温度，处理40分钟和60分钟时，断裂强度随着处理温度的增加而减弱；而在80分钟处理时间时，断裂强度随着处理温度的增加而增强(如图1 c)。

a

b

2.2 热处理后织物的服用性能分析

(1)毛细效应

a

b

机织白布经过热处理后，毛细效应面积相比原织物(毛细效应115.4cm2)减小，织物吸水性能降低。在70%带液率s，相同时间时，随着烘干温度的增加，毛细效应面积增加；在80%带液率，相同时间时，随着烘干温度的增加，毛细效应面积减小(如图2 a)。在80%带液率，相同时间时，随着时间的增加，毛细效应面积增加(如图2 b)。在相同时间，相同烘干温度时，毛细效应面积随着带液率的增加而增加(如图2 c)。可见，在带液率80%，烘干温度140℃，处理80分钟时，织物的毛细效应较好。

(2)透气性

a

b

c

机织白布经热处理后，织物透气性比原织物(透气率305.0mm.s-1)降低，基本都在82.5%以上。在相同带液率,相同烘干时间下，织物的透气性基本随着烘干温度的上升，先大幅降低，后略微提高，都在85%左右，透气性能较好(如图3 a)。可见较高的烘干温度时，织物的透气性保持相对较好。在70%带液率和相同温度下，织物透气性变化无规律。在80%带液率,相同温度下，透气性随着烘干时间的增加而略微降低(如图3 b)。在烘干时间40min，相同烘干温度下，透气性随着带液率提高而提高。而在其他烘干时间，相同温度下，织物的透气率随带液率的提高，而略微降低(如图3 c)。

(3)pH值

表2 处理后织物pH与原织物pH的比值

由表2可知，机织白布经过热处理后pH相比原织物pH 5.69略微升高，且pH都处在直接接触皮肤服装的pH范围(4.0-7.5)内，且呈弱酸性，对皮肤较好。

(4)光泽度

由图4可知，机织白布的光泽度相比原织物(光泽度5.64)降低。在相同带液率，相同烘干时间(除40min)下，光泽度随着烘干温度的增加而逐渐降低；而在40min烘干时间下，随着烘干温度的上升，光泽度得到提高(如图4a)。在相同带液率，相同烘干温度(除120℃)下，光泽度随着烘干时间的增加而降低；在120℃烘干温度，相同带液率时，光泽度随着时间的增加而提高(如图4b)。在相同烘干温度，相同烘干时间下，织物的光泽度随着带液率的提高而提高(如图4c)。由此可见，在较高带液率下，织物的光泽度较好。

a

b

c

(5)白度

表3 热处理后织物的白度

由表3可知，机织白布经过热处理后，白度相比原织物(白度92.4)略微减小，对织物白度的影响较小，都在90左右，织物白度保持较好。

(6)手感

表4 热处理后织物的手感

由表4可知，机织白布经过处理过后，对原织物柔软的手感有一定的损伤。随着处理时间增加、温度的升高，织物手感越来越差。

2.3 织物的红外光谱分析

图5 织物的红外光谱

由图5可知，在3334cm-1处，有棉纤维上O-H基伸缩振动；在2905cm-1处有C-H基伸缩振动，说明了棉织物表面蜡质的存在。在1367 cm-1处有C-H的弯曲振动峰。并且，在1650cm-1处有棉纤维素中水分引起的吸收峰。此外，在1110cm-1处有-C-O-C-伸缩振动的峰。这5个峰构成了棉纤维的特征峰，由此可见本织物为纯棉织物。由表4棉纤维相对结晶指数的变化可知，棉纤维经过热处理后，相对结晶度(K1)减小，结晶区减少。

表5 热处理对棉纤维相对结晶指数的影响

2.4 织物的SEM分析

图6 热处理前后织物的SEM图

由图6的SEM对比可以看出，经过热处理后，纤维表层发生翘皮，纤维表面产生更多的附着物，棉纤维的表面结构受到破坏。

3 结论

(1)织物力学性能：机织白布经过热处理后，拉伸断裂强力增强，符合服用要求。

(2)织物服用性能：毛细效应面积有小幅度的减小，织物的润湿性能降低。机织白布经热处理后，织物透气性降低。机织白布经过热处理后，pH上升，处于弱酸性，对皮肤较好；光泽度降低，白度基本不变；手感受损，烘干温度越低，烘干时间越短，手感越柔软。

(3)由FT-IR可知，光谱图上有着棉纤维的特征峰和主要吸收谱带，织物为纯棉织物。经过热处理后，棉纤维相对结晶度(K1)减小，结晶区减少。从SEM可以观察到纤维表层发生翘皮，纤维表面产生更多的附着物，棉纤维的表面结构受到破坏。

(4)在较高带液率，较低烘干温度，较短烘干时间下，热处理工艺最优。即在带液率80%、烘干温度120℃、烘干时间40min的条件下，医用机织物的各项性能相对较好。