銅離子纖維與莫代爾混紡麵料在家居服中的抗菌性能驗證 一、引言 隨著人們生活水平的提升和健康意識的增強，功能性紡織品逐漸成為現代服裝產業的重要發展方向。尤其在貼身穿著的家居服領域，消費者對舒...
銅離子纖維與莫代爾混紡麵料在家居服中的抗菌性能驗證
一、引言
隨著人們生活水平的提升和健康意識的增強，功能性紡織品逐漸成為現代服裝產業的重要發展方向。尤其在貼身穿著的家居服領域，消費者對舒適性、親膚性以及衛生防護性能提出了更高要求。近年來，將具有抗菌功能的銅離子纖維與天然環保的莫代爾（Modal）纖維進行混紡，開發出兼具舒適性與高效抗菌性能的新型麵料，成為紡織科技領域的研究熱點。
本文係統探討銅離子纖維與莫代爾混紡麵料在家居服應用中的抗菌性能表現，通過實驗數據、產品參數對比、國內外研究成果分析，全麵評估其實際應用價值，並為後續產品開發提供科學依據。
二、材料特性概述
2.1 銅離子纖維的基本性質
銅離子纖維是一種將納米級或微米級銅化合物嵌入高分子聚合物中製成的功能性纖維。其核心機製是利用銅離子（Cu²⁺）釋放後破壞細菌細胞壁、幹擾蛋白質合成及酶活性，從而實現廣譜抗菌效果。
主要特點：
- 抗菌譜廣：對金黃色葡萄球菌、大腸杆菌、白色念珠菌等常見致病菌均具抑製作用；
- 耐洗性強：銅離子結合穩定，多次水洗後抗菌率仍保持在90%以上；
- 安全環保：銅為人體必需微量元素，無毒副作用，符合OEKO-TEX® Standard 100認證標準；
- 持久抗菌：非表麵塗層型抗菌，具備長效性。
根據中國國家紡織品質量監督檢驗中心（CTTC）發布的《抗菌紡織品》標準（GB/T 20944.3-2008），銅離子纖維抗菌率需達到90%以上方可認定為“有效抗菌”。
表1：銅離子纖維主要技術參數
| 參數項 | 數值/描述 |
|---|---|
| 纖維類型 | 再生纖維素基銅複合纖維 |
| 銅含量（ppm） | 800–1200 |
| 斷裂強度（cN/dtex） | ≥2.5 |
| 斷裂伸長率（%） | 12–16 |
| 抗菌率（金黃色葡萄球菌） | ≥95%（AATCC 100測試） |
| 抗菌率（大腸杆菌） | ≥93% |
| 水洗50次後抗菌率保留 | ≥85% |
| Oeko-Tex® Class I 認證 | 通過 |
| ISO 20743:2021 測試方法適用 | 是 |
資料來源：中國紡織工業聯合會《功能性纖維白皮書（2023版）》；美國紡織化學家與染色學家協會（AATCC）標準文件。
2.2 莫代爾纖維的物理與化學特性
莫代爾（Modal）是由奧地利蘭精集團（Lenzing AG）研發的一種高濕模量再生纖維素纖維，原料來自可持續管理的櫸木林，經預處理、堿化、黃原酸化、溶解紡絲等工藝製成。
該纖維以其柔軟手感、良好吸濕性和生物降解性著稱，廣泛應用於內衣、睡衣、家居服等領域。
核心優勢：
- 吸濕性優於棉約50%，透氣性強；
- 手感滑爽，懸垂性好；
- 織物光澤柔和，染色性能優異；
- 可生物降解，綠色環保。
表2：莫代爾纖維典型性能指標
| 參數項 | 數值/描述 |
|---|---|
| 原料來源 | 天然櫸木漿粕 |
| 線密度（dtex） | 1.1–1.7 |
| 濕強保留率（%） | ≥55% |
| 吸濕率（%） | 12–13 |
| 回潮率（標準大氣） | 11.0% |
| 斷裂強度（幹態，cN/dtex） | 3.4–3.8 |
| 斷裂伸長率（%） | 10–15 |
| 生物降解率（28天土壤埋藏） | >95% |
| ISO 11900-1:2014 符合性 | 是 |
資料來源：Lenzing Group Technical Datasheet, Modal® Fiber (2022)；《新型纖維材料手冊》，東華大學出版社，2021年。
三、混紡工藝與結構設計
3.1 混紡比例設計
為兼顧抗菌性能與穿著舒適性，本研究選取三種典型混紡配比進行對比試驗：
表3：不同混紡比例設計方案
| 編號 | 銅離子纖維占比（%） | 莫代爾占比（%） | 目標功能定位 |
|---|---|---|---|
| M1 | 30 | 70 | 強調舒適性，輕度抗菌 |
| M2 | 50 | 50 | 平衡抗菌與親膚性能 |
| M3 | 70 | 30 | 高效抗菌，適用於敏感人群 |
所有樣品均采用環錠紡紗工藝，紗支為40S，織造方式為平紋針織，克重控製在160±5 g/m²，幅寬150 cm。
3.2 織物結構參數
表4：混紡織物基本結構參數
| 項目 | M1 | M2 | M3 |
|---|---|---|---|
| 組成 | 30% Cu-fiber + 70% Modal | 50% Cu-fiber + 50% Modal | 70% Cu-fiber + 30% Modal |
| 織造方式 | 單麵平紋針織 | 單麵平紋針織 | 單麵平紋針織 |
| 紗支 | 40S | 40S | 40S |
| 克重（g/m²） | 158 | 162 | 165 |
| 厚度（mm） | 0.68 | 0.71 | 0.74 |
| 透氣率（mm/s） | 185 | 168 | 152 |
| 吸濕速率（s/10ml） | 8.2 | 9.5 | 11.3 |
| 表麵pH值（蒸餾水萃取法） | 6.2 | 6.4 | 6.6 |
注：透氣率測試依據 GB/T 5453-1997；吸濕速率按 AATCC 79-2019 進行。
從上表可見，隨著銅離子纖維比例增加，織物厚度略有上升，透氣性和吸濕速度有所下降，但仍在可接受範圍內，表明混紡結構合理，未顯著影響基礎服用性能。
四、抗菌性能測試與數據分析
4.1 測試標準與方法
本研究采用國際通用的三大抗菌測試標準進行綜合評價：
- AATCC 100-2019：《紡織品抗菌性能測定——吸收法》
- ISO 20743:2021：《紡織品——抗菌活性測定》
- GB/T 20944.3-2008：《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》
測試菌種包括：
- 金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus ATCC 6538）
- 大腸杆菌（Escherichia coli ATCC 25922）
- 白色念珠菌（Candida albicans ATCC 10231）
每組樣品重複測試三次，取平均值。
4.2 初始抗菌性能結果
表5：初始狀態下的抗菌率（%）
| 樣品編號 | 金黃色葡萄球菌 | 大腸杆菌 | 白色念珠菌 |
|---|---|---|---|
| M1 | 91.3 | 89.7 | 85.2 |
| M2 | 96.8 | 95.1 | 92.4 |
| M3 | 98.6 | 97.3 | 95.8 |
| 純莫代爾對照組 | 12.4 | 10.8 | 8.6 |
結果顯示，M2與M3樣品對革蘭氏陽性菌（如金葡菌）和革蘭氏陰性菌（如大腸杆菌）均表現出優異抑製能力，抗菌率超過95%，達到“高效抗菌”級別。真菌類白色念珠菌雖較難殺滅，但在M3組中仍實現95%以上的抑菌率。
據日本京都大學山田教授團隊（Yamada et al., 2020）研究指出，銅離子可通過誘導自由基生成破壞真菌細胞膜脂質雙分子層，其作用機製不同於傳統季銨鹽類抗菌劑，具有更廣泛的微生物靶向性。
4.3 耐久性測試：水洗50次後的抗菌性能
為驗證抗菌持久性，所有樣品按照 AATCC TM135 標準程序進行模擬家庭洗滌50次（溫度40℃，普通洗衣粉，轉速800 rpm），晾幹後重新檢測抗菌率。
表6：水洗50次後抗菌率變化（%）
| 樣品編號 | 金黃色葡萄球菌 | 大腸杆菌 | 白色念珠菌 | 抗菌率保留率（平均） |
|---|---|---|---|---|
| M1 | 83.5 | 81.2 | 76.8 | 80.5% |
| M2 | 90.2 | 88.7 | 85.3 | 88.1% |
| M3 | 93.6 | 91.5 | 89.2 | 91.4% |
數據表明，即使經曆50次洗滌，M3組仍保持90%以上的抗菌效率，遠高於行業標準要求（≥70%即視為合格）。這歸因於銅離子以共混形式存在於纖維內部，而非表麵噴塗，因此不易因摩擦或清洗流失。
美國北卡羅來納州立大學紡織學院的一項長期追蹤實驗（Smith & Lee, 2021）顯示，銅離子混紡麵料在連續穿著並洗滌100次後，對MRSA（耐甲氧西林金黃色葡萄球菌）的抑製率仍維持在85%左右，顯示出卓越的穩定性。
五、皮膚安全性與舒適性評估
5.1 皮膚刺激性測試
為確保產品適用於敏感肌膚人群，委托第三方機構（SGS上海）依據 OECD TG 439 和 GB/T 16886.10-2005 開展體外皮膚刺激試驗，使用EpiSkin™重建人表皮模型。
表7：皮膚刺激性測試結果
| 指標 | M1 | M2 | M3 | 判定標準 |
|---|---|---|---|---|
| 細胞存活率（%） | 98.2 | 96.5 | 95.1 | >50%為無刺激 |
| IL-1α釋放量（pg/mL） | <5 | <6 | <7 | <20為低釋放 |
| 結論 | 無刺激性 | 無刺激性 | 無刺激性 | 安全可用 |
結果顯示，所有混紡樣品均未引起明顯炎症反應，符合嬰幼兒級紡織品安全要求。
5.2 穿著舒適性主觀測評
邀請30名年齡在25–45歲之間的誌願者參與為期兩周的試穿實驗，每日穿著時間不少於6小時，記錄主觀感受。
表8：穿著舒適性評分（滿分10分）
| 評價維度 | M1 | M2 | M3 |
|---|---|---|---|
| 柔軟度 | 9.2 | 8.8 | 8.3 |
| 透氣性 | 8.9 | 8.5 | 8.0 |
| 吸濕排汗 | 9.0 | 8.7 | 8.2 |
| 抗異味感 | 7.5 | 8.9 | 9.4 |
| 整體滿意度 | 8.8 | 9.0 | 8.9 |
盡管M3在柔軟度和透氣性方麵略遜於M1，但其在“抗異味感”方麵的突出表現獲得高度認可。多位誌願者反饋：“連續多日穿著未更換，仍無明顯體味”，印證了銅離子對汗液分解過程中滋生的細菌有顯著抑製作用。
德國慕尼黑工業大學（TUM）的一項研究（Müller et al., 2019）證實，銅離子可催化分解氨、硫化氫等異味氣體前體物質，從而實現“除臭+抗菌”雙重功效。
六、環境適應性與耐候性分析
6.1 溫濕度對抗菌性能的影響
在不同溫濕度條件下測試抗菌活性，模擬夏季高溫高濕與冬季幹燥環境。
表9：不同環境下的抗菌率波動（以M2為例）
| 條件 | 溫度（℃） | 相對濕度（%） | 金黃色葡萄球菌抗菌率（%） |
|---|---|---|---|
| 標準環境 | 20 | 65 | 96.8 |
| 高溫高濕 | 35 | 90 | 98.1 |
| 低溫低濕 | 10 | 30 | 95.3 |
值得注意的是，在高溫高濕環境下，抗菌率反而略有提升。推測原因在於：潮濕環境促進銅離子溶出，增強與細菌接觸的概率。這一現象也得到韓國首爾國立大學Kim教授團隊的支持（Kim et al., 2022），他們發現相對濕度每升高10%，銅離子釋放速率提高約6.8%。
6.2 紫外線照射穩定性測試
將樣品置於氙燈老化箱中（相當於戶外暴曬6個月），觀察抗菌性能衰減情況。
表10：紫外線照射前後抗菌率對比（M2）
| 測試階段 | 金黃色葡萄球菌 | 大腸杆菌 |
|---|---|---|
| 照射前 | 96.8% | 95.1% |
| 照射後（累計1000h） | 95.2% | 93.8% |
| 下降幅度 | 1.6% | 1.3% |
結果表明，銅離子纖維具有良好的光穩定性，紫外線對其抗菌功能影響極小，適合長期暴露於光照環境下的家居服使用場景。
七、市場應用前景與產業化可行性
目前，銅離子/莫代爾混紡麵料已在國內多家知名家居服品牌中實現商業化應用，如“紅豆居家”、“芬騰FENTENG”、“NEIWAI內外”等推出的高端抗菌係列睡衣，均采用類似技術路線。
據《中國功能性紡織品市場發展報告（2023）》統計，2022年中國抗菌家居服市場規模已達87億元，年增長率達14.6%。其中，基於金屬離子（銀、銅）的抗菌產品占比超過40%，而銅係產品因成本低於銀纖維、安全性更高，正逐步取代部分銀基產品。
此外，歐盟生態標簽（EU Ecolabel）已將銅離子列為允許使用的環保抗菌劑之一，推動其在國際市場的合規準入。相比之下，部分有機抗菌劑（如三氯生）因潛在內分泌幹擾風險已被限製使用。
從生產角度看，銅離子纖維可直接與莫代爾共混紡紗，無需額外塗層或後整理工序，節能減排顯著。據測算，相較於傳統銀纖維整理工藝，噸布能耗降低約28%，廢水COD排放減少40%以上。
八、結論與展望
銅離子纖維與莫代爾混紡麵料在家居服中的應用展現出優異的綜合性能。通過科學配比（建議50:50或70:30），可在保證良好親膚性的前提下，實現對多種致病菌的高效、持久抑製。其抗菌機製源於銅離子的多重生物毒性作用，且具備耐洗、耐光、耐溫等優良穩定性。
實驗數據顯示，混紡麵料在經曆50次洗滌後抗菌率仍保持在90%左右，皮膚安全性達標，穿著體驗良好，特別適合用於易出汗、長時間貼身穿著的家居環境。未來，隨著人們對健康生活方式的持續關注，此類兼具功能性和可持續性的智能紡織品將在家庭健康防護體係中發揮越來越重要的作用。
同時，進一步優化銅離子釋放動力學、探索與其他功能纖維（如涼感纖維、遠紅外纖維）的複合應用，將成為下一代高端家居服研發的重點方向。
