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西安工程大学樊威教授团队 CEJ:单兵防护用加热/抗菌多功能纺织品
2022-12-19  来源:高分子科技

  边防战士们的生活环境是非常艰苦,我国的北方以及西部地区,很多地方天气都是非常寒冷,而且很多都是高原地区,在最寒冷的时候都是处于一片冰天雪地的状态,军人们平时站岗、训练以及巡逻都需要与寒冷的天气做斗争。此外,战士们巡逻出汗后,脚上又容易滋生细菌,产生脚气,影响战士们的健康状态。


  近期,西安工程大学樊威教授团队将原位聚合技术、共轭静电纺丝技术与纱线加捻技术相结合,制备了具有高耐磨性、优良电热性能、光热性能、抗菌性能和缓释性能的抗菌和加热性能可调的微纳结构纱线及其纺织品。如图1所示,首先采用原位聚合法制备了聚吡咯/棉(PPy/棉)电热纱线。在此基础上,以PPy/棉电热纱线为芯纱,外层采用共轭静电纺丝技术包覆聚丙烯腈-酮康唑/纳米氧化锌(PAN-KCZ/ZnO)纳米纤维,再将纳米纤维包覆纱与电热纱线合股加捻制备成可加热/抗菌的微纳结构复合纱线。 


图1 加热/抗菌微纳结构复合纱线的制备 


图2 加热/抗菌微纳结构复合纱线的形貌及红外表征


  SEM和FTIR(图2)结果表明,外层纳米纤维中的PAN-ZnO/KCZ没有发生化学反应,保证了杂化材料的抗菌性。制备的纳米纤维包覆纱形貌良好、粗细均匀,且有取向地紧密包覆在芯纱表面。当复合纱线捻度为50捻/10 cm时,断裂强力为14.5 MPa,断裂伸长为7.6%,耐磨次数为434次,明显优于常规的40S合股棉纱,加捻工艺显著提高了复合纱线的耐磨及力学性能(图3)。



 图3 加热/抗菌微纳结构复合纱线的耐磨性及强力


  同时,利用该复合纱线制备的织物具有优异的电热及光热性能。图4所示,1.5 V电压下,温度可升至人体正常体温37 ℃,5 V电压下,温度可达到104.5 ℃。在日光灯照射下,织物表面温度最高可达到106 ℃。 



图4 加热/抗菌微纳结构复合纱线及织物的电热及光热性能


  复合纱线具有优异的抗菌性及耐久性,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的抑制率分别达到99.6%,95.7%和72.5%,水洗20次后抑制率基本不变,如图5所示。 


图5 加热/抗菌微纳结构复合纱线的抗菌性能


  通过对比缓释性能发现,由于加捻工艺使部分纳米纤维捻合至复合纱内部,会一定程度延长抗菌剂释放周期(图6b)。温度升高可增加抗菌剂的释放量,电加热性能会促进抗菌剂的释放,有利于抗菌效果(图6d)。 


图6 加热/抗菌微纳结构复合纱线的缓释性能


  该复合纱线的光热、电热性能还可以实现体温管理,在低电压下维持人体在舒适温度(图7a,b)。同时,通过对纱线的温度调节可以调控抗菌剂的释放(图7c)。当温度升至45 ℃,还可以明显促进了纳米纤维中抗菌剂的释放(图7d)。本文报道的加热/抗菌微纳结构复合纱线为多功能纺织品的研制提供了一种新的思路。 


图7 加热/抗菌微纳结构复合纱线及其织物的应用


  该工作以 “Durable antibacterial and temperature regulated core-spun yarns for textile health and comfort applications”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上(一区TOP期刊,IF=16.744)。第一作者及通讯作者为西安工程大学樊威教授,共同通讯作者为中国科学院北京纳米能源与系统研究所董凯研究员,合作者包括西安交通大学王淑娟副教授,西安工程大学孙艳丽讲师,西安工程大学硕士研究生张瑶,张聪,于希晨和王维婷。该研究得到国家自然科学基金项目,北京市自然科学基金项目,中央高校基本科研业务费专项资金,中国纺织之光基础研究计划项目,陕西省自然科学基础研究计划等项目支持。


  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140917

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