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纺织品抗菌整理现状及发展趋势

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-09-10  浏览次数:637
核心提示:郭登峰 郭腊梅 (东华大学纺织学院, 上海 200051)【摘要】本文综述介绍了纺织品抗菌整理机理、抗菌整理剂种类、抗菌性能测试方法

 郭登峰 郭腊梅 (东华大学纺织学院, 上海 200051)

【摘要】本文综述介绍了纺织品抗菌整理机理、抗菌整理剂种类、抗菌性能测试方法及目前抗菌发展趋势。

【关键词】抗菌纺织品; 抗菌机理; 抗菌整理; 安全型

中图分类号: TS195.1+9 文献标识码: A

0 引 言

当基本的条件如营养、水份、氧气以及合适的温度都具备时, 纺织品是微生物生长的极好媒介物, 其硕大的表面积有助于微生物的生长。为了减少有害微生物对人的危害, 防止在人与人、人与动物、动物与动物之间的传播, 我们必须人为地控制纺织品中微生物的生长繁殖。耐久性抗菌整理是一种很有效的方法。它可减少微生物降解织物产生的气味, 可以杀死或抑制细菌, 减少对人体的危害,起到卫生保健作用。但理想的抗菌整理及其工艺应该满足以下条件:无毒, 不引起皮肤过敏或不适;不影响纺织品性能或外观; 能与常规加工工艺相容和耐多次水洗。 整理工艺必须对环境友好, 整理后仍保持整理剂的内在功能, 整理过的产品具有耐久性并保留织物所需要的功能及服用性能。

1 抗菌机理

抗菌剂抑制或杀死细菌有几种方式, 不同种类的抗菌剂, 抗菌机理相异,可概括为如下几种:

(1) 使细菌细胞内的各种代谢酶失活, 杀死细菌;

(2) 与细胞内的蛋白酶发生化学反应, 破坏其功能;

(3) 抑制孢子生成, 阻断 DNA 合成, 抑制细胞生长;

(4) 加快磷酸氯化还原体系, 打乱细胞正常的生长体系;

(5)破坏细胞内的能量释放体系;

(6)阻碍电子转移系统以及氨基酸转酯的过程;

(7) 通过静电场的吸附作用, 破坏细胞壁而杀死细菌。

2 抗菌整理剂的类型

目前抗菌整理剂很多, 主要可分为无机类、有机类和天然抗菌剂三大种类。

2.1 无机类

无机类抗菌剂多为金属离子以及一些光催化抗菌剂和复合整理抗菌剂。

2.1.1 金属及金属盐

无机抗菌剂的组成,主要包括载体与抗菌成份,其中载体不是抗菌成份,而是保证活性组份稳定,同时具有缓释性。抗菌成份主要是一些金属离子,如

Pd、Hg、Ag、Cu、Zn 等以及它们的化合物, 通过与细菌中的细胞蛋白结合,使细菌变性或失活。考虑到安全性,常选用 Ag、 、 。但由于Cu 离子带有颜Cu Zn色, 影响织物外观;Zn抗菌性差,其强度仅为 Ag 的1/1000。因此市场上商品化的绝大多数使用载银无机抗菌剂。

银系列抗菌机理目前没有明确的定论, 主要有接触抗菌机理和光催化抗菌机理, 多数人认同接触抗菌机理。 Ag+与细菌接触后,凭借库仑引力牢固吸附在带负电荷的细胞膜上,并进一步穿透细胞壁进入细菌内部,与其中的硫基反应,破坏细胞合成酶的活性,使细胞丧失分裂增殖能力而死亡,并且Ag+会从死菌体中游离出来继续杀菌,抗菌效果较为持久。

在银系列抗菌剂存在的问题, 主要是 Ag+ 是强氧化剂,在空气中久置, 会和空气中的硫反应, 颜色由浅棕色往棕色、 深棕色、 褐色、黑色等变化, 使其应用受到很大局限; 另外 Ag+对细菌抗菌最为有效, 但对真菌和霉菌效果不是很好。这两点是以后对银系列抗菌剂的研究重点。

2.1.2 光催化型

光催化抗菌剂均为半导体化合物, 但能真正起到自洁、杀菌、除臭等功能的半导体光催化剂却不多。目前研究认为锐钛矿结构的二氧化钛半导体光催化抗菌材料有广阔的应用前景。

其抗菌机理: 当吸收表面辐射光能超过其禁带宽度时, 二氧化钛价带上的电子被激发, 超过禁带进入导带, 在价带上产生相应穴位(h+),同时也生成电子(e-)。此时 e-和 h+存在两种可能性:一是 e-和 h+复合, 将所吸收的光能以热和光的形式释放, 无法利用所吸收的光能;二是e-和 h+分离将所吸收的光能转化为化学能, 内部电子被激发形成活性氧类的超氧化物和羟基原子团,具有很强的氧化功能,可以破坏细胞膜,使细胞质流失,凝固病毒的蛋白质,抑制病毒的活性、扑捉杀除空气中的细菌,达到抗菌目的。

光催化抗菌剂同时具有抗菌和防霉效用且消毒效果快 、杀菌能力强、耐久性好、 没有二次污染、 稳定性较好等特点, 但它必须有光才能起作用,这

极大地限制了使用范围。因为恰恰在黑暗条件下细菌更易繁殖和生长,所以如何提高其在黑暗条件下的抗菌性能, 有很高的研究价值。

2.2 有机类

有机系列多为传统抗菌剂, 以有机酸、酚、醇为主要成分,以破坏细胞膜、使蛋白质变性代谢受阻等为抗菌机理,其优点是杀菌力强、效果持久、来源丰富; 缺点是毒性大, 会产生微生物耐药性、耐热性较差, 易于迁移等。

2.2.1 季铵盐类

季铵盐抗菌剂系脂肪族类季铵盐或聚烷氧基三烷基氯化铵。通常铵盐类的阳离子化合物具有杀菌能力, 尤其含 12~18个碳原子的季铵盐类,常作纤维的消毒剂和杀菌剂。 季铵盐化合物是最常用的抗菌剂, 但由于其与纤维的结合力差,常与反应性树脂并用,以提高其耐久性 。

2.2.2 有机硅季铵盐类

有机硅季铵盐系列抗菌卫生整理剂是一类新型的阳离子表面活性剂, 其分子结构可变性强,性能优良, 合成简单, 很有应用前景 。最著名的是美国道康宁公司的 DC—5700, 其活性成分的学名为 3- ( 三甲氧基硅烷基) 丙基二甲基十八烷基氯化物, 具有耐久性、安全性好及广谱抗菌的特点, 与 DC—5700 结构类似的商品 3- ( 三甲氧基硅烷基) 丙基二甲基十四烷基季铵盐, 性能类似。

2.2.3 胍类(PHMB)

在医药应用的双胍类消毒剂中, 选择在水中溶解度小的而对纤维吸附能力高的品种,就可用于开发抗菌纤维的抗菌剂。PHMB(聚六甲撑基双胍)对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌酵母菌都有广谱抗菌作用, 目前产品已经市售。PHMB的阳荷性可以通过酸碱中和反应使其牢固的与纤维素相结合。PHMB 成功地运用于棉、羊毛及棉 /羊毛的混纺织物。在 PHMB 盐酸盐中引进三甲氧基甲硅丙基即可制得 PHGS。棉织物用 1%的 PHGS 处理后, 能杀死 100%的细菌, 且耐水洗。此外由于 PHMB 良好的耐热稳定性, 可将其添加到熔融纺丝液中制成抗菌合成纤维。

2.2.4 卤胺化合物

卤胺化合物抗菌剂是一种新型的抗菌剂。卤胺化合物是指含有N-X 键(X 可以为 Cl 或 Br) 的化合物, 它可以由含胺、酰胺或者酰亚胺基团的化合物经氧化剂如次卤酸盐作用后得到。该类型的化合物中的N-X 键在水分子的作用下分解缓慢, 释放出具有氧化作用的卤正离子,同时化合物中的 N-X 键被还原成为 N-H 键。由于 N-Br键不稳定,容易分解, 因此实际使用中常用氯胺化合物。氯正离子具有氧化作用,可以杀死病菌等微生物。杀死病菌后, 化合物经次氯酸盐溶液漂洗后, 其中的 N- H键又可以被氧化为 N- Cl 键,重新获得杀菌功能。但目前我国开发研究还比较少, 距工业化生产应用更远。

2.3 天然类抗菌剂

2.3.1 甲壳素及壳聚糖

天然类抗菌剂主要是甲壳素及其衍生物一组。甲壳素结构与纤维素类似,其分子式如下图, 是由N- 乙酰- 2- 氨基- 2- 脱氧- D- 葡萄糖以 β- 1, 4 糖苷键的形式连接而成的多糖。分子中含有 H- OH 和

H- NH 键, 还含有分子间氢键。甲壳素糖基上的乙酰基可用强碱或酶解脱去一部分或达 90%以上,这种多糖叫壳聚糖。

壳聚糖因含游离氨基, 能结合酸分子, 是天然多糖中唯一的碱性多糖, 具有许多特殊的物理和化学性质及生理功能。其抗菌作用主要来于壳聚糖带阳荷性,能与细菌蛋白质中带负电的部分结合。壳聚糖与细菌蛋白质的结合,使细菌或真菌失去活性。 小分子量的壳聚糖可渗透到微生物内部, 阻止

RNA(核糖核酸)转化,从而抑制细菌的生长。

2.3.2 植物类提取物

这类提取物通常是液体, 常使用微胶囊技术整理纺织品。首先将提取物封入微胶囊, 再以树脂固着在织物上。目前使用较多的是桧柏油, 其主要组分是 4- 异丙基- 2- 羟基- 环庚基- 2, 4,6-三烯-1- 酮,这是一种七个原子的环状结构化合物。其抗菌机理是分子结构上有两个可供配位络合的氧原子, 它与微生物体内蛋白质作用使之变性, 达到抗菌目的。

2.3.3 微生物发酵产物

氨基葡萄糖苷 ST- 7 是用一种放线菌发酵获得的抗生物质, 对细菌的繁殖有明显的抑制作用,安全性高, 对皮肤无刺激。其抗菌机理为: 作用于细菌细胞核蛋白质的子单位上, 阻碍间核糖核酸的密码因子和特核糖核酸反密码因子的相互作用, 使其合成异常蛋白质而致死。

2.3.4 昆虫抗菌性蛋白质

利用昆虫抗菌性蛋白质是纺织工业利用生物技术的一个方面。昆虫适应环境能力很强, 对细菌霉菌和病毒等微生物的侵袭有很强的抵抗力。从它们体内分离出抗菌性蛋白质并设法用于纺织品上, 是抗菌防臭加工今后努力的方向。

3 纺织品抗菌加工方法

纺织品抗菌加工方法主要有共混纺丝法和后整理法。

3.1 共混纺丝法

共混纺丝法主要是针对一些没有反应性侧基的纤维, 如涤纶, 丙纶等, 是在纤维聚合阶段或纺丝原液中将抗菌剂加入纤维中, 用常规纺丝设备进行纺丝, 可以制成具备抗菌性能的纤维。抗菌剂不仅存在于纤维的表面, 而且均匀分散于纤维之中, 并且可以慢慢的向外渗透, 抗菌效果比较持久, 织物

手感较好。将抗菌纤维织成布后, 所得的抗菌布料主要用于医疗卫生和服装以及工业装饰用布。

3.2 后整理法

后整理法是指用含抗菌剂的溶液或树脂对织物进行浸渍、浸轧或涂覆处理, 当通过高温陪烘或其他方法蒸发时, 织物上就会沉淀一层不溶或微溶的抗菌剂, 从而使织物获得抗菌性能。一般在染整加工最后阶段进行处理, 也可以在制成成品以后处理。按菌剂的种类和纤维类别不同可制得溶出型和非溶出型两种抗菌纺织品。

溶出型抗菌纺织品是指可以从内部扩散到纤维表面形成抗菌环, 从而杀死环内的细菌。这类纺织品耐水洗不好, 适用于一次性纺织品或洗涤次数少的纺织品, 如医院包扎用绷带、一次性手术服、一次性台布和毛巾等。

非溶出型抗菌纺织品一般通过化学反应在纤维表面接上具有抗菌性能的基团而获得。这些抗菌剂可以与纤维形成共价键或离子键, 作用时抗菌剂不能扩散, 但与该纤维接触的细菌均可被杀灭, 而且抗菌效果较为持久。可用于床上用品、内衣毛巾等纺织品。

4 抗菌防臭效果测试

衡量抗菌防臭整理的抑菌、杀菌的效果, 即抗菌防臭纺织品的检测方法。目前国内尚无统一标准, 一般参考日本和美国的一些方法。

4.1 AATCC- 90 试验法

在琼脂培养基上, 接种试验菌种, 再紧贴上试样。另取一块未整理织物, 贴在同一培养基上作对照。于 37℃下培养 24h 后, 借放大镜观察菌类繁殖情况和试样周围无菌区的晕圈大小, 同时与对照的试验情况比较。故该法也称晕圈试验法。

4.2 AATCC- 100 试验法

目前, 在美国的三种抗菌定量试验法中,AATCC—100 为惟一的标准试验法。其方法是: 在灭菌织物上, 接种革兰氏阴性菌和阳性菌, 以琼脂培养基培养, 培养后与未整理织物相比较, 得出细菌减少数。此法适用于容易从被加工纤维上溶出的抗菌剂, 而不适用于加工纤维以化学方式相结合的

抗菌剂。

4.3 振荡烧瓶试验法

振荡烧瓶试验法是美国道康宁公司为克服AATCC—100 法的缺点而开发的, 可用来评价用DC- 5700 加工的非溶出型抗菌纤维制品抗菌性能。此法为了增强试验菌与试样的接触, 把试样投到盛有大量菌液的三角烧瓶中, 经一定时间强烈振荡后计测烧瓶内的细菌数, 并与振荡前的细菌数比较,定量表示其抑菌率。

5 存在问题及发展趋势

抗菌纺织品市场广阔, 我国在这方面研究起步较晚, 但发展迅速。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。但目前国内抗菌产品的质量体系尚未健全, 还没有相关的技术质量监督部门对抗菌产品性能进行检测, 消费者也无法从外观上鉴别抗菌性能。因此需要建立产品质量监督和管理体系.使纺织品抗菌整理得到健康的发展。抗菌整理未来的发展是开发安全型新型抗菌剂, 探讨安全型整理工艺, 克服目前抗菌整理中的不足。

参考文献:(略)

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关键词: 纺织品 抗菌整理
 
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