基于湿法纺丝凉感纤维的制备及性能研究

迟淑丽，田明伟，曲丽君

(1.青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071;2.青岛大学国家重点实验室培育基地，山东青岛 266071;3.山东济南圣泉集团股份有限公司，山东济南 250204)



基于湿法纺丝凉感纤维的制备及性能研究

迟淑丽1,2,3，田明伟1,2,3，曲丽君1,2,3

(1.青岛大学纺织服装学院，山东青岛 266071;2.青岛大学国家重点实验室培育基地，山东青岛 266071;3.山东济南圣泉集团股份有限公司，山东济南 250204)

研究新型凉感纤维的制备方法及性能分析。将食品添加剂木糖醇研碎加入到溶解粘胶纤维所得纺丝液中形成均质溶液，经过小批量湿法纺丝机纺出纤维并研究其性能。通过扫描电子显微镜和傅里叶红外分析光谱表征分析该纤维的表观形态和内部结构；通过红外温度测试仪测试纤维在皮肤热源状态下的温升情况。结果表明：通过扫描电镜图能看出添加的木糖醇能均匀分布在粘胶纤维上，证明木糖醇在粘胶纤维中的良好分散性。通过温度变化情况说明添加木糖醇的粘胶纤维对热量吸收快，散热慢。认为：纺出的纤维可应用于夏季凉感纤维制成服装领域的应用。

粘胶纤维木糖醇湿法纺丝凉感纤维

0　研究背景

服装面料发展的趋势是把高科技与时代经济、文化发展紧密结合，随着健康化、功能化、低碳化的要求不断增强，新型保健功能服装面料必将成为市场的主流[1]。尤其在夏季，凉感纤维制成的纺织品成为热销点。研究者大多数通过在纺丝液中添加凉感成分使纺织品具有一定的凉感性。于湖生等人利用薄荷的含有挥发油、薄荷精以及单宁等物质这一特点纺制薄荷粘胶纤维，薄荷粘胶纤维不仅具有普通粘胶纤维吸湿、透气等优良的服用性能，而且充分发挥了薄荷纤维良好的凉感性能，满足了人们对功能性纺织品的要求[2]。叶谋锦等人则把天然玉石加入到纤维中，制成差别化新型纤维。该产品具有吸热慢、散热快的特点。基于纤维本身属性，该面料和皮肤接触时，较普通面料相比温度可以降低1℃～2℃。若太阳光长时间照射，内外层会产生5℃～6℃的温差，具有瞬间凉爽的功能， 加工成的服装具有舒适冰凉、导湿快干等特点[3]。

木糖醇是一种五碳糖醇，为白色晶体或白色粉末状晶体，是木糖代谢的正常中间产物，广泛存在于果品，蔬菜，谷类，蘑菇等食物中。木糖醇入口后往往伴有微微的清凉感,这是因为它易溶于水,并在溶解时会吸收一定热量[4]。目前木糖醇在微生物[5，6]、医学[7，8]等领域应用广泛。

目前，尚未见到用食品添加剂木糖醇溶于纺丝液纺制纤维并探索其功能性的报道。木糖醇属木糖代谢的正常中间产物，将木糖醇应用到纤维素纤维粘胶纤维中，体现环保，低碳理念。本文将采用湿法纺丝制备新型木糖醇粘胶凉感纤维，并对其性能进行测试分析。

1　实验

1.1材料

粘胶纤维是由济南圣泉集团有限公司提供，木糖醇(食品添加剂)是由济南圣泉集团有限公司提供，无水氯化锂是由中国天津巴斯夫化工有限公司提供，N，N-二甲基乙酰胺(DMac)是在中国上海中国医药集团化学试剂有限公司购买，蒸馏水。

1.2方法

1.2.1纺丝工艺

生产工艺路线如图所示。在常温状态下，将5g粘胶纤维剪碎加入100mL DMAc，搅拌半小时放入160℃ 烘箱加热1小时，加入10 g无水氯化锂，搅拌1小时，110℃ 加热3小时，取出静置24小时，均分三份标为A、B、C。称取木糖醇0.5 g、1.5 g，分别加入B、C中，将纺丝液分别倒入500mL溶解槽搅拌半小时形成均质溶液。通过过滤器后，进入储罐，纺丝溶液定量输送到计量泵，挤压溶液通过60孔(直径0.1毫米)的喷丝板，进入蒸馏水凝固浴，经过三道牵伸(拉伸速度分别设定在2.6米/分钟,3.5米/分钟,4.8米/分钟)，60℃干燥，卷绕。

图1　湿法纺丝工艺过程简图及纺丝液、喷丝头实图

1.3表征与测量

采用JSM-840型扫描电子显微镜对所纺纤维进行表观结构表征。

采用Nicolet 5700型傅里叶变换红外光谱仪对所纺纤维进行红外光谱测试分析。

采用YG001型电子单纤维强力仪测试纤维的断裂强力和断裂伸长率。根据ISO 1393—1～1999国际标准(隔距: 10 mm，拉伸速度20 mm/min)进行测试。

采用红外温度测试仪测试温度。

1.3.1测试方法

分别取1g粘胶纤维均匀铺成半径为5公分厚度为半公分的圆柱，烘箱90度烘干1小时，在恒温恒湿(温度25°C，湿度65%)实验室测试在皮肤热源状态下温度变化。每间隔2秒计数。

2　结果与讨论

2.1纤维的形态结构

纤维扫描电镜图见图2。

图2(a)(b)不同放大倍数的粘胶纤维电镜图(c)(d)木糖醇含量10%粘胶纤维电镜图(e)(f)木糖醇含量30%粘胶纤维电镜图

从图1中可以看出，实验室的湿法纺丝机可以小批量纺制出束纤维，为实验室内纤维的批量生产奠定了基础。图2(a)～(f)是纤维在电镜下的状态。图2(a)(b)中可以看出，由粘胶纤维溶液纺制的纤维表面看起来平滑。而(c)(d)则是木糖醇含量10%的粘胶纤维，由(d)可以看出，粘胶纤维里面均匀分布木糖醇颗粒，但含量较少。(e)(f)则是不同放大倍数的木糖醇含量30%的粘胶纤维，由(f)可以看出，木糖醇小颗粒均匀分布在粘胶纤维上，说明了木糖醇在粘胶纤维中的良好分散性。

2.2红外分析

不同木糖醇含量粘胶纤维的红外光谱比较。

图3　不同木糖醇含量粘胶纤维的红外光谱

通过测定后红外光谱如图3所示。从图中可以看出，纯粘胶纤维和添加木糖醇粘胶纤维的红外光谱图没有明显的差异。其中各谱峰的指认如下：3450 cm-1为O—H的伸缩振动峰；2900 cm-1为CO2的伸缩振动峰；1642 cm-1为H—O—H的弯曲振动峰；1378cm-1为C—C的骨架振动；1019 cm-1包含有C—O—H弯曲振动；895 cm-1为CH2的面外弯曲振动[9]。对于添加木糖醇的粘胶纤维，木糖醇的分子中具有多个羟基缔合OH，伸缩振动在3200 cm-1～3500 cm-1，C—O(H)的强伸缩振动出现在1025 cm-1～1200 cm-1表示醇类样品；在图3中此峰明显增强。出现在850 cm-1～ 890 cm-1之间，振动非常强，实样品为醇类C—C单键的特征吸收峰[10]。

2.3X射线光谱分析

通过测定后X射线光谱如图4所示，粘胶纤维特征峰出现在2θ=21.84°，2θ=12.92°，正如夏延致等人研究内容中所述[11]。加入木糖醇后，随着木糖醇浓度的增加，纤维的X射线衍射峰增强，说明纤维内部结晶度增大，或许和纤维强力的降低有一定的关系。

图4　不同木糖醇含量粘胶纤维的X射线光谱

2.4机械性能

表1　不同木糖醇含量的粘胶纤维机械性能比较

由上表可以看出，添加木糖醇的粘胶纤维比不添加的粘胶纤维断裂强度低，添加30%木糖醇的粘胶纤维比木糖醇含量为10%的粘胶纤维断裂强度略有降低，可能是因为加入的木糖醇导致粘胶纤维大分子链排列不紧密及结晶度增加所导致。

2.5温度变化

图5　不同木糖醇含量粘胶纤维温度变化曲线

由上图可以看出，添加木糖醇的粘胶纤维比不添加木糖醇的纤维温度上升的快。在皮肤状态下，含量为30%的纤维在测试过程中温度上升比含量为10%的温度上升快。添加30%木糖醇与未添加木糖醇的粘胶纤维温度差可达到3度。这说明在同一热源下，添加木糖醇含量高的纤维吸热更多。

3　结论

研究新型凉感纤维的制备方法及性能分析，木糖醇属木糖代谢的正常中间产物，将木糖醇应用到纤维素纤维粘胶纤维中，体现环保，低碳理念。将食品添加剂木糖醇研碎加入到溶解粘胶纤维所得纺丝液中形成均质溶液，经过小批量湿法纺丝机纺出纤维并对其性能进行研究。通过扫描电子显微镜和傅里叶红外分析光谱表征分析该纤维的表观形态和内部结构，添加的木糖醇能均匀分布在粘胶纤维上；通过红外温度测试仪测试纤维在皮肤热源状态下的温升情况说明添加木糖醇的粘胶纤维对热量吸收快，散热慢。通过对其机械性能的测试可以看出，添加木糖醇的粘胶纤维强力稍有下降，但变化不大。纺出的纤维可应用于夏季凉感纤维制成服装领域的应用。

[1]郑凯，沈骅．保健纺织品的发展和应用[J]．轻纺工业与科技，2010，39(6)：50-52．

[2]孙海燕, 刘逸新, 于湖生. 薄荷粘胶纤维与普通粘胶纤维针织物性能的对比研究[J]. 山东纺织科技, 2014, 55(6): 55-56.

[3]高兵, 陈国仲, 叶谋锦. 冰爽玉纤维抗紫外线针织服装面料开发[J]. 针织工业, 2015 (5): 37-40.

[4]段文锋. 木糖醇[J]. 消费指南, 2012 (1): 37.

[5]杨其义, 赵祥颖, 刘建军. 响应面法优化木糖醇发酵培养基[J]. 山东轻工业学院学报: 自然科学版, 2013 (2): 34-38.

[6]李良玉, 孙蕊, 李朝阳, 等. 顺序式模拟移动色谱纯化木糖醇母液[J]. 天然产物研究与开发, 2015, 27(10): 1789-1793.

[7]王捷鹏. 泮托拉唑钠联合木糖醇治疗上消化道出血的效果[J]. 当代医学, 2013, 19(18): 83-84.

[8]芳, 叶正良, 兰淑玲, 等. 注射用益气复脉 (冻干) 与木糖醇注射液的配伍稳定性研究[J]. 时珍国医国药, 2013, 24(5): 1124-1126.

[9]钱微君, 金美菊, 朱军军. 粘胶/莱赛尔纤维的二维相关红外光谱鉴别研究[J]. 现代纺织技术, 2011, 19(4): 37-39.

[10]王吉有, 刘宾, 邹兆贵, 等. 木糖醇的红外光谱和拉曼光谱研究[J]. 光散射学报, 2010, 22(3): 288-290.

[11]全凤玉, 纪全, 孔庆山,等. 无机阻燃粘胶纤维制备及结构性能研究[J]. 青岛大学学报:工程技术版, 2008, 23(3):19-22.

Preparation and Property Research on Cool-feeling Fiber Based on Wet Spinning

CHIShu-li1,2,3,TIANMing-wei1,2,3,QULi-jun1,2,3

(1. College of Textile & Clothing, Qingdao University, Qingdao 266071;2. Cultivation Base of State Key Laboratory, State Key Laboratory of Qingdao University, Qingdao 266071;3. Jinan Shengquan Group Co., Ltd, Jinan 250204)

Preparation and property analysis of new cool-feeling fiber were studied. Crushed xylitol, the food additive, was put into spinning solution with dissolved viscose fiber to form a homogeneous solution. Small lots of fibers were spun through wet spinning machine and their properties were investigated. The fiber surface morphology and internal structure were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Fourier infrared spectroscopy. The rising temperature of fibers under the condition of skin's heat was tested through infrared temperature tester. The results showed that the phenomenon could be watched through scanning electron microscope that xylitol could be evenly distributed in the viscose fiber, which proved that xylitol had good distributive ability in viscose fiber. The temperature changes showed that viscose fibers with xylitol absorbed heat fast and released heat slowly. The conclusion was that the fibers could be applied to field of summer cool-feeling fabric clothing.

viscose fiberxylitolwet spinningcool-feeling fiber

1008-5580(2016)03-0032-04

2016-05-03

国家自然科学基金项目(51273097)。

迟淑丽(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：功能纤维的制备及性能研究。

曲丽君(1964-)，女，博士，教授，博士生导师。

TS102

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