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西安工程大學(xué)樊威教授團(tuán)隊 CEJ:單兵防護(hù)用加熱/抗菌多功能紡織品
2022-12-19  來源:高分子科技

  邊防戰(zhàn)士們的生活環(huán)境是非常艱苦,我國的北方以及西部地區(qū),很多地方天氣都是非常寒冷,而且很多都是高原地區(qū),在最寒冷的時候都是處于一片冰天雪地的狀態(tài),軍人們平時站崗、訓(xùn)練以及巡邏都需要與寒冷的天氣做斗爭。此外,戰(zhàn)士們巡邏出汗后,腳上又容易滋生細(xì)菌,產(chǎn)生腳氣,影響戰(zhàn)士們的健康狀態(tài)。


  近期,西安工程大學(xué)樊威教授團(tuán)隊將原位聚合技術(shù)、共軛靜電紡絲技術(shù)與紗線加捻技術(shù)相結(jié)合,制備了具有高耐磨性、優(yōu)良電熱性能、光熱性能、抗菌性能和緩釋性能的抗菌和加熱性能可調(diào)的微納結(jié)構(gòu)紗線及其紡織品。如圖1所示,首先采用原位聚合法制備了聚吡咯/棉(PPy/棉)電熱紗線。在此基礎(chǔ)上,以PPy/棉電熱紗線為芯紗,外層采用共軛靜電紡絲技術(shù)包覆聚丙烯腈-酮康唑/納米氧化鋅(PAN-KCZ/ZnO)納米纖維,再將納米纖維包覆紗與電熱紗線合股加捻制備成可加熱/抗菌的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線。 


圖1 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的制備 


圖2 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的形貌及紅外表征


  SEM和FTIR(圖2)結(jié)果表明,外層納米纖維中的PAN-ZnO/KCZ沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),保證了雜化材料的抗菌性。制備的納米纖維包覆紗形貌良好、粗細(xì)均勻,且有取向地緊密包覆在芯紗表面。當(dāng)復(fù)合紗線捻度為50捻/10 cm時,斷裂強(qiáng)力為14.5 MPa,斷裂伸長為7.6%,耐磨次數(shù)為434次,明顯優(yōu)于常規(guī)的40S合股棉紗,加捻工藝顯著提高了復(fù)合紗線的耐磨及力學(xué)性能(圖3)。



 圖3 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的耐磨性及強(qiáng)力


  同時,利用該復(fù)合紗線制備的織物具有優(yōu)異的電熱及光熱性能。圖4所示,1.5 V電壓下,溫度可升至人體正常體溫37 ℃,5 V電壓下,溫度可達(dá)到104.5 ℃。在日光燈照射下,織物表面溫度最高可達(dá)到106 ℃。 



圖4 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線及織物的電熱及光熱性能


  復(fù)合紗線具有優(yōu)異的抗菌性及耐久性,對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和白色念珠菌的抑制率分別達(dá)到99.6%,95.7%和72.5%,水洗20次后抑制率基本不變,如圖5所示。 


圖5 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的抗菌性能


  通過對比緩釋性能發(fā)現(xiàn),由于加捻工藝使部分納米纖維捻合至復(fù)合紗內(nèi)部,會一定程度延長抗菌劑釋放周期(圖6b)。溫度升高可增加抗菌劑的釋放量,電加熱性能會促進(jìn)抗菌劑的釋放,有利于抗菌效果(圖6d)。 


圖6 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的緩釋性能


  該復(fù)合紗線的光熱、電熱性能還可以實(shí)現(xiàn)體溫管理,在低電壓下維持人體在舒適溫度(圖7a,b)。同時,通過對紗線的溫度調(diào)節(jié)可以調(diào)控抗菌劑的釋放(圖7c)。當(dāng)溫度升至45 ℃,還可以明顯促進(jìn)了納米纖維中抗菌劑的釋放(圖7d)。本文報道的加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線為多功能紡織品的研制提供了一種新的思路。 


圖7 加熱/抗菌微納結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線及其織物的應(yīng)用


  該工作以 “Durable antibacterial and temperature regulated core-spun yarns for textile health and comfort applications”為題發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上(一區(qū)TOP期刊,IF=16.744)。第一作者及通訊作者為西安工程大學(xué)樊威教授,共同通訊作者為中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所董凱研究員,合作者包括西安交通大學(xué)王淑娟副教授,西安工程大學(xué)孫艷麗講師,西安工程大學(xué)碩士研究生張瑤,張聰,于希晨和王維婷。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目,北京市自然科學(xué)基金項目,中央高;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金,中國紡織之光基礎(chǔ)研究計劃項目,陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃等項目支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140917

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