抗菌纺织品种类及其抗菌性能评估方法

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0 引言
近年来，抗菌技术越来越广泛地应用于纺织领域，以减少纺织品因微生物产生的异味，提升纺织品的穿着舒适性；保护纺织品本身，以降低其受到微生物侵蚀的危害；或应用于医疗领域，以减少病源微生物引起交叉感染的风险，目前抗菌纺织品已成为各类抗菌产品中最受消费者欢迎的大类品种之一。

1． 抗菌纺织品的种类及制备方法
抗菌纺织品以产品中抗菌有效成份的来源进行分类，可大体分为两类：即天然抗菌纺织品和人造抗菌纺织品。
天然抗菌纺织品原料来自于自然界，主要为部分生长过程中能合成天然抗菌成分而具有较好抗菌性能，又具线性大分子结构的植物纤维，如竹纤维、苎麻纤维等。对天然抗菌纺织品而言，如何在加工过程中最大限度保持其天然抗菌活性物质，对提升和稳定产品抗菌性能至关重要。
人造抗菌纺织品通过在纺织品中人为添加抗菌剂从而赋予纺织品抗菌性能。目前常用的制备工艺主要分为共混纺丝法和后整理两大类。共混纺丝法主要用于抗菌合成纤维生产，通过将合适的抗菌剂经有机溶剂溶解后加入纺丝原液中进行湿纺或将合适的抗菌剂制成母粒与原料共混进行熔融纺丝，再经喷丝等工序，加工成抗菌纤维，并进一步加工成各类纺织品。通过此类方式加工的产品，抗菌成分能逐步缓慢释放，抗菌性能较为持久；后整理则是通过浸轧、喷涂等方法，用抗菌剂对纺织品进行后处理，在纺织品表面包裹一层抗菌层，从而赋予其抗菌性能。此方式加工的抗菌纺织品，抗菌剂能较好地分布于产品表面，有利于体现产品的抗菌性能，尤其适用于天然纤维制成的纺织品的抗菌加工。

 
 
 
 
 
 
                          图1 人造抗菌纺织品的制备方法
 

2．抗菌纺织品性能评估
抗菌纺织品除了应满足纺织品通用的基本要求外，在其抗菌性能、抗菌性能的稳定性及产品安全性能方面有着更为特殊的要求。
2．1抗菌性能的评估
抗菌纺织品与普通产品在外观上无明显的差异，且由于微生物体型微小以及其特殊的生理生化特征，现阶段对抗菌产品抗菌性能的评价主要借助实验室微生物检测的技术手段得以实施。
2．1．1抗菌性能测试常用菌种
由于自然界中微生物种类繁多，抗菌测试通常选用具有一定试验代表性的微生物作为测试菌种 (见表1)，一般包括细菌和真菌。
                         表1:抗菌测试常用试验微生物

微生物种类		中文名称	拉丁名	典型菌种号(仅供参考)	代表性
细菌	革兰氏阳性菌	金黄色葡萄球菌	Staphylococcus aureus	ATCC6538		细菌繁殖体中化脓性球菌的代表
		耐甲氧西林金黄色色葡萄球菌	Methicillin resistant Staphylococcus aureus（MRSA）	ATCC33591		具有抗药性的金黃色葡萄球菌，医疗场所常见交叉感染菌，又称“超級病菌”，是一些特殊用途产品尤其是医院用产品常用的测试菌种
		枯草杆菌黑色变种芽孢	Bacillus  subtilis varniger	ATCC9327		细菌芽孢的代表
	革兰氏阴性菌	大肠杆菌	Escherichia coli	8099,ATCC8739		细菌繁殖体中肠道菌的代表
		肺炎克雷伯氏菌     铜绿假单孢菌（又称绿脓杆菌）	Klebsiella pneumoniae   Pseudomonas aeruginosa	ATCC4352     ATCC15442		对人致病性较强，是重要的条件致病菌和医源性感染菌之一 医院感染中最常分离的细菌繁殖体的代表
真菌	酵母菌	白色念珠菌	Candida albicans	ATCC10231		人体皮肤、粘膜常见的条件性致病性真菌的代表
	霉菌	须癣毛癣菌（白癣菌）   黑曲霉 出芽短梗霉   绳状青霉   绿色胶霉   球毛壳	Trichophyton mentagrophytes   Aspergillus Niger Aureobasidium pullulans Penicillium funicolosum Gliocladium virens Chaetomium globosum	ATCC 9533     ATCC6275 ATCC15233   ATCC11797   ATCC9645   ATCC 6205		引起顽固皮癣及脚气的致病菌之一，多用于鞋类材料的测试 侵蚀多种材料 侵蚀涂料及蜡克漆   侵蚀许多材料，尤其是纺织品 侵蚀纤维织物及塑料   侵蚀多种材料尤其是纺织品

 
为考察抗菌纺织品的广谱抗菌性能，目前大多数国内外常用的抗菌纺织品测试标准多选用金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯氏菌或大肠杆菌分别作为革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的代表；由于白色念珠菌具有真菌的特征，其菌落的外观形态又酷似细菌，便于定量测试时进行计数而选用白色念珠菌作为真菌的代表。防霉测试则往往根据材料的不同选用环境中常见的一种或多种霉菌如：黑曲霉、球毛壳、绳状青霉等配成混合孢子悬液，对产品进行防霉效果的测试。
2．1．2．纺织品抗菌性能测试常用方法
抗菌性能测试按照检测菌种分类可以分为两大类，即：抗细菌试验和抗霉菌试验。
2．1．2．1抗细菌试验
抗细菌试验主要是对纺织品的抗细菌性能进行评估，根据实验方法的不同可分为定性试验和定量试验。
定性试验(琼脂扩散法)：其原理是通过将抗菌样品紧贴在接种有一定量已知微生物的琼脂表面，经过一段时间的接触培养，观察样品周围有无抑菌圈、样品与琼脂的接触面有无测试微生物生长来判断样品是否具有抗菌性能。
现在国内外常用的具有典型代表性的抗菌产品的定性试验方法包括：AATCC147-2004纺织品抗菌性能评价-平行划线法，ISO20645-2004纺织品 抗菌抗菌性能的评价-琼脂平皿扩散法；GB/T20944.1-2007纺织品 抗菌性能的评价 第1部分：琼脂平皿扩散法。其中，我国的GB/T20944.1-2007方法是在ISO-20645-2004方法的基础上制定的，二者在测试方法及结果表达方面较为相似。
AATCC147与ISO20645方法相比，尽管二者原理相似，但测试细节有较大差别：ISO20645方法对测试所用的菌悬液进行了定量规定；而且将测试微生物与测试上层琼脂混合，使测试结果更为清晰；ISO20645方法所采用25mm直径圆形样品，与AATCC147所采用的25mm x 50mm的矩形样品相比，对抑菌圈的测试更为方便和准确。基于上述原因，ISO20645-2004在测试的准确性及测试的可重复性方面优于AATCC147-2004方法，因而得到越来越广泛的认可。
定性测试的特点在于：测试简单，快速、测试费用较低；对溶出性抗菌剂加工的产品进行测试更为合适；但该试验不能定量测试抗菌产品抗菌活性的强弱，只能判定产品有无抗菌性能，而且测试相对粗略，测试重复性及稳定性相对较差。另外，通过观察样品周围有无抑菌圈，该试验还可用于判断抗菌产品所采用抗菌剂的溶出性。
定量试验：定量试验可以较好地评价抗菌纺织品抗菌性能的强弱，通过细菌减少率、抑菌率或者抑菌活性值等量化指标反映产品的抗菌性能。常用的定量测试方法依试验对象、测试方法的不同可大致分为菌液吸收法、振荡法、奎因法。
菌液吸收法：该方法适用于具有一定吸水性能的材料，如：纤维、织物、羽绒、海绵等制品。通过将抗菌加工样品及未经抗菌加工的对照样品定量吸收一定的已知微生物菌悬液，进行0接触时间立即洗脱，以及在规定的温度、湿度条件下放置一段时间后的洗脱，对洗脱液进行微生物平板计数，计算残留在样品上的微生物数量，最后或通过比较0接触时间样品上的微生物数量及经过一段接触时间后抗菌加工样品上残留的细菌数，计算抗菌产品的细菌减少率，如AATCC100-2004；或通过比较一段接触时间后未经抗菌加工的对照样品上的微生物数量及经过一段接触时间后抗菌加工样品上残留的细菌数，计算抗菌产品的抑菌性能，如：FZ/T73023-2006附录D7、GB/T20944.2-2007；或通过比较抗菌样品细菌增长值和对照样品细菌增长值的差异，计算抗菌活性值，如：JISL1902-2008、ISO20743-2007。
振荡法：振荡法（Shake flask法）是用于评价非溶出性抗菌制品抗菌性能的一种方法。尤其适用于非溶出性抗菌剂加工的固体材料，对试样的吸水性要求不高，对于任意形状的试料都能使用。通过样品在菌悬液中快速的振荡，增加微生物与抗菌试样内抗菌剂的接触，以检测其抗菌活性。其代表方法包括：ASTM E 2149-2010、GB / T 20944.3-2008, FZ/T 73023-2006附录D8, GB 15979-2002附录C5。
奎因法：奎因法操作简单，快速，但精确度稍差，对试样的吸水性要求较高，对浅色布较好应用，对深色布其使用受限，读菌过程中易加入主观因素，不同的操作者，不同的测试机构测试结果可能差异较大。卫生部2002版《消毒技术规范》2.1.8.9, FZ/T73023附录D6，该方法由于误差较大，现在已经很少采用。
2．1．2．2抗霉菌试验
霉菌是导致纺织品霉变、腐烂的重要因素，纺织品抗霉菌性能近年来也受到越来越多的关注。由于霉菌菌丝在培养过程中容易相互缠绕而不便于计数，因此抗霉菌的测试的试验原理主要是通过在抗菌纺织品测试面接种一定量的霉菌孢子，经过一段时间的接触培养，观察样品周围有无抑菌圈、样品表面有无霉菌生长来对样品抗霉菌性能进行等级评估。常见的ASTM G 21-2008, AATCC30-2004, JIS Z 2911-2000、EN14119-2003等检测标准均属于这一类的检测方法。
2．2 抗菌纺织品抗菌性能的稳定性试验
纺织品抗菌性能应具备良好的稳定性是对抗菌纺织品的基本要求。纺织品抗菌性能的稳定性试验是通过对纺织品进行一定次数的洗涤后，再对其抗菌性能进行检测，以评价其耐一定水洗次数后的抗菌性能。关于洗涤次数的确定，一般情况下依产品的最终用途而定，对需要经常进行洗涤的产品如袜子、内衣等，买家往往要求的耐洗涤次数较高，而对不经常洗涤的产品，洗涤次数的要求则相对较低。我国FZ/T73023-2006抗菌针织品标准明确规定A级、AA级及AAA三个抗菌级别的产品，分别进行10次、20次、50次洗涤，具体要求见表2。
表2 FZ/T73023-2006抗菌针织品的抑菌率指标

抗菌级别	水洗 次数	抑菌率（%）
		G+ 菌	G- 菌	真 菌
		金黄色葡萄球菌	大肠杆菌	白色念珠菌
A级	10	≥ 99%	不考核	不考核
AA级	20	≥ 80%	≥70%	≥60%
AAA级	50	≥ 80%	≥70%	≥60%

 
2．3抗菌纺织品的安全性问题
随着抗菌技术的发展以及抗菌知识的广泛普及，抗菌纺织品的安全性问题逐渐成为不容忽视的问题，不能为了片面追求抗菌效果而忽视人体安全和环境安全已经成为越来越多消费者和生产企业的共识。抗菌纺织品的安全性评估包括三个方面：
（1）   抗菌纺织品甲醛含量、PH值、所含化学物质等考核指标应符合相关国家的规定。
（2）   抗菌纺织品所用抗菌物质的安全性
抗菌物质安全性考核指标应依据国内外应用于人体的化学品的一些基本毒理指标规定。目前常用的检测指标包括：急性口服毒性、皮肤刺激性、眼刺激性和致突变性等。我国FZ/T73023-2006抗菌针织品标准就明确要求“抗菌针织品所应用的抗菌物质必须经过相关部门批准、具有资质单位的检测报告（抗菌物质化学含量检测方法、急性口服毒性、皮肤刺激性，眼刺激性、致突变性以及与其产品要求相对应的试验报告）”。
（3）   抗菌物质的溶出性
曾经一段时间关于抗菌测试琼脂扩散法的抑菌圈存在一些误解，认为定性测试呈现的抑菌圈越大抗菌效果越好。AATCC14-2004标准明确指出抑菌圈的大小并不能用于衡量抗菌效果的强弱。事实上抑菌圈的出现除了反映样品具有抗菌性能外，其大小还反映出抗菌纺织品所用抗菌物质的溶出性。FZ/T73023-2006抗菌针织品标准就抗菌针织品所用抗菌物质溶出性作出了相应的规定“洗涤后一次后，抑菌圈宽度D≤5mm”， 及“抗菌针织品所应用抗菌物质的溶出物对皮肤刺激性及过敏性，按GB7919做人体斑贴试验为阴性”，以防止为追求耐洗涤次数而过量使用抗菌物质带来的潜在危害。

3、纺织品抗菌性能测试方法的选择
随着近年来抗菌产品检测标准的不断完善，纺织品抗菌测试的检测标准也确来越多，由于不同标准在测试的具体操作上（如：接种菌液的浓度、样品取样量、培养基成份、测试时测试菌与样品接触方式，结果计算方法等）存在一定的差异，不同测试标准对同一样品的测试可能得到不同的结果。以笔者长期从事抗菌测试的经验来看，在进行测试方法的选择时应综合考虑各种因素，例如：抗菌剂的特性、抗菌纺织品的抗菌加工工艺及基材特点、抗菌纺织品的种类或用途、抗菌纺织品销售国的要求或客户/买家的要求等。通过多方面的综合分析，选择最合适的抗菌性能的检测方法，以最大程度体现产品的抗菌性能。

4、抗菌纺织品的发展前景
经过多年的发展和探索，抗菌纺织品的生产工艺日趋成熟，产品品质有了较大提升；近年来纺织品抗菌性能检测标准的不断完善，为抗菌纺织品的质量控制及市场监督提供了依据；随着抗菌知识在普通消费者中的普及，消费者对抗菌纺织品的认识趋于理性；尤其是在当前面对全球性经济危机的国内外市场环境下，越来越多纺织品生产企业开始由简单的来料加工转向研发具有高附加值的功能性纺织品；诸多因素交织在一起，使得抗菌纺织品市场逐渐升温，抗菌纺织品的发展具有非常广阔的市场前景。