抗菌纺织品及应用
时间：2015-04-11 10:45:49 来源： 点击量：
商成杰 孟爽
摘要：抗菌卫生整理是功能整理中发展比较完善的一类，抗菌织物在人们的生活起到了保护人类健康的作用。本文从整体出发，分别阐述了抗菌纺织品及抗菌防臭整理剂的发展、生产和应用，我厂研究人员使用先进的抗菌防臭整理剂，并改进生产工艺，生产出的抗菌防臭纺织品经测试证明具有高效、耐久的抗菌防臭效果，生产成本低廉，适合于工业生产。
关键词：抗菌剂，抗菌后整理，抗菌纤维1 引言近年来，随着科学技术的发展，纺织制品的种类变得更加丰富多彩。现代人越来越重视功能性的纺织品，追求生活环境的清洁性和舒适性。大多数的纺织品制造者都着眼于这个动向不断地研究，力求更多地增加纺织制品的功能。而抗菌卫生加工则是其中发展比较迅速、成熟的一种。抗菌卫生整理在美国等被称为抗细菌整理和抗微生物整理；在日本被称为抗菌防臭加工。织物的抗菌整理始于二十世纪四十年代，目前已这种织物已应用于医院、宾馆、家庭的床单、被套、毛毯、餐巾、毛巾、鞋里布、沙发布、窗帘布、医用职业装、食品和服务行业的工作服、部队的服装以及绷带、纱布等。可见，抗菌卫生整理加工的应用范围非常广泛，具有重大的社会意义。2 抗菌整理剂的分类在抗菌技术的应用过程中，抗菌剂是决定纺织品抗菌效果的关键因素，因此选择适当的抗菌剂就显得尤为重要。现阶段对抗菌纺织品的要求主要包括：具有高效广谱的抗菌能力；抗菌效果持久，耐洗涤、耐磨损、寿命长；耐热、耐日照、不易分解失效，柔软、透湿、舒适性佳；使用安全，对健康无害，不会对环境造成污染。目前，常见的抗菌剂的品种可分为天然、有机和无机三大类，并分别应用于不同领域。2.1 有机抗菌整理剂有机类抗菌整理剂可以分为两大类，即溶出型与非溶出型。溶出型抗菌整理剂与织物不是以化学方式相结合，因此能通过与水接触被带走，这类抗菌整理剂主要用于用即弃类纺织品(一次性纺织品)上。常见的溶出型抗菌剂主要有：醛类、酚类、醇类、某些表面活性剂（如季铵盐类）、有机杂环化合物（如吡唑类、嘧啶类、吡咯类）、有机金属化合物（如有机汞化合物、有机铜化合物、有机锌化合物、有机铅化合物、有机锡化合物以及一些其他有机金属化合物）等。由于这类抗菌剂一经洗涤便会脱落，所以并不能用于需要多次洗涤、效果持久的纺织品。非溶出型抗菌整理剂能与织物以化学键结合，这种整理剂处理过的织物对于穿着和反复洗涤具有耐久性。其方法是在纤维上接枝或聚合抗菌剂或在纺丝原液中混入抗菌剂，以达到控制释放活性物质从而获得耐久性的目的。非溶出型抗菌剂与纤维通过牢固的化学键结合，一方面使药剂不能进入微生物的细胞内，对细胞核（遗传因子）没有影响，不会出现耐药菌；另一方面，抗菌剂还不会被人体的分泌物吸收而进入人体内，对人体和环境具有很高的安全性能。所以除了某些特定用途，非溶出型已经全面取代了溶出型抗菌整理剂。常用的非溶出型抗菌整理剂主要有：有机硅-季铵盐类、二苯醚类、有机氮类、硝基呋喃类、双胍类等等。2.2 无机抗菌整理剂无机抗菌剂是具有抗菌性的金属离子等无机物及其与无机载体的复合体。它具有耐热加工性好的优点, 可广泛用于塑料、合成纤维、建材、造纸等行业，是非常有发展前途的高附加值新型矿物深加工产品。由于该类抗菌剂生产技术难度相对较低，所以国内外生产厂家很多，但产品质量良莠不齐。2.3 天然抗菌整理剂天然抗菌剂主要来自天然物质的提取物，如壳聚糖来自于天然贝壳、蟹壳、虾壳、鱼骨及昆虫等动物壳体非常坚硬的部分，经由脱去N-乙酰基获得。天然抗菌剂的优点是不属于化学制品，是从天然食物或植物中提取或直接使用的，在生产和使用过程中，对环境一般不产生污染危害，生物相容性好，因而受到青睐。但其缺点也是明显的： 160℃-180℃就开始炭化分解，使应用范围受到很大限制。常见的天然抗菌产品见表1。表1. 天然抗菌产品壳聚糖 如β-1，4-聚葡萄糖胺（脱乙酰壳聚糖多糖）、O-羟甲基壳聚糖（O-CMCh）日柏醇 如UNIKA MCAS-25（微胶囊化的日柏醇）、桧醇等油 脂 如蓖麻油、椿树油、花椒油等海藻类 琼脂低聚糖、海澡糖、褐藻胶植物 芦荟、艾蒿、苏紫、蕺、茶叶、竹子中草药 黄连、黄芪、鱼腥草、板蓝根、竹沥、甘草3 抗菌纺织品的生产方法虽然抗菌纺织品的种类繁多，但其生产方法可以分为两种：一种是共混纺丝法。该方法的好处是无需进行后整理，成本较低。另一种是利用抗菌剂对织物进行后整理加工的方法。这种方法整理出的纺织品抗菌效果比较耐久，优于第一种方法目前使用比较广泛的抗菌纺织品都是通过后整理的方法制成的，大约占其总量的80%。。在生产实践中可根据不同的生产方式和用途，选取不同的抗菌剂，从而制造出高性能的抗菌纺织品。3.1 后整理法抗菌整理加工是在纺织品整理过程中，采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将抗菌剂施加在纤维上，并使之固着在纺织品中的一种方法。从机理上看，抗菌纤维的后处理加工法还可分为四种： 反应性树脂将抗菌剂热固定于纤维上 以成膜物质为媒介，将抗菌剂固定于织物上 抗菌剂吸附于纤维 纤维的官能团与抗菌剂上的活性基团进行反应，形成牢固的化学键，使抗菌剂和纤维成为一体代表性抗菌整理加工法，大致介绍如下：（1）以反应性树脂为媒介，使抗菌剂热固着在织物上的方法。该加工方法是用抗菌剂处理织物，在反应性树脂的媒介作用下，将抗菌剂热固着在织物中。例如，在微粉状壳聚糖水溶液中，混合可成膜的反应性树脂，用喷雾法、浸轧法或涂层法中的任何一种方法，将它附着在尼龙或涤纶纤维织物表面，于130℃-180℃热处理0.5-3分钟，使抗菌剂热固着在纤维表面。用这种加工法制造的代表性商品如日本敷纺的Nonstack，郡氏的Sanityze等。（2）抗菌剂吸附固着在纤维表面的方法。例如，在涤纶织物染色后的还原洗净或皂洗操作时，将织物浸渍在加热到50-100℃的0.05%（V/V）1，1-六甲撑-双[5-（4-氯苯基）双胍]二盐酸盐溶液中，处理15-60分钟，脱水后经干燥工序，使抗菌剂吸附固着在纤维表面。用该加工法制造的代表性商品如Naigai的“Odoiute”，日本蚕丝染色的“Sandaulon SSN”。（3）在有机硅系季铵盐的三甲氧基和纤维表面的羟基之间进行脱醇反应，使抗菌剂固着在纤维上的方法。该加工法是通过纤维表面的羟基和有机硅系季铵盐的三甲氧基产生共价键，将抗菌剂固着在纤维上。例如，用浸渍法和浸轧法，将有机硅系季铵盐（如Jlsun®SCJ-877）处理棉织物表面，80℃-120℃干燥后、去除水分和甲醇（或乙醇）。在该操作中，抗菌剂成分分散在水中，使三甲氧基分解，纤维表面与抗菌剂成分中的氧原子形成共价键，同时，使有机硅反应性树脂接枝共聚，形成非常结实的薄膜，使抗菌剂热固着。用该加工法制造的代表性商品有东洋纺的Biosil，大和纺的milaklset以及仓纺的Cransil等。（4）用喷溅法将金属附着在纤维表面的方法。自1852年Grrove发现喷溅现象以来，它就用于制作薄膜。喷溅法有二极直流喷溅法、高频喷溅法、磁控管喷溅法、反应性喷溅法。例如用洗涤剂充分洗净涤纶塔夫绸后干燥，然后将试样装在磁控管装置的圆筒容器内，开始将真空装置内的压力减小到1*10-3 帕后，在直流电压100-1000伏下放电30分钟，去除附着在目标物（银、铜）表面上的杂质。接着，将圆筒转动速度设定为10转/分，用18℃冷却水循环，在控制目标物温度上升的同时，进行规定时间（12-120秒）喷溅。用该加工法制造的产品目前尚未商品化。3.2 纤维改性法由于化学纤维可以为纤维改性提供十分广阔的天地，人们开始逐渐把纺织品抗菌处理的视角转向纤维改性以获取具有持久抗菌效果的纺织品。随着化学纤维的迅速发展，抗菌纤维在纤维消费领域中逐渐占主导地位，各种纯化纤或者化纤与天然纤维的混纺产品已成为各类紡织品的主角。国际上自八十年代开始出现通过化学纤维的高分子结构改性和共混改性的方法制取抗菌纤维的方法，其中以共混方式为主。共混纺丝法是将抗菌剂和分散剂等助剂与纤维基体树脂混合，通过熔融纺丝生产抗菌纤维。采用该法，抗菌剂要经过与基体树脂熔融混合、纺丝、拉伸等工序，要求抗菌剂耐温性能好，粒径足够小。在纺丝过程中，将抗菌剂掺加到聚合物中混合纺丝，对于湿纺而言，即将合适的整理剂经有机溶剂溶解后加入到纺丝原料中。而熔纺则是将整理剂制成抗菌母粒，再与原料共混后熔融纺丝，此类抗菌剂要求耐高温，且对于聚合物有良好的分散性和相容性。早期的用于化纤共混纺丝的抗菌剂一般均为含金属离子的复合物，其中有不少抗菌剂含重金属离子。近年来，随着人们环保意识的增强，重金属离子对人体的生态毒性问題已逐渐被重视起来，抗菌效果好但毒性较大的含重金属离子的抗菌剂已被逐渐淘汰，取而代之的是含有金属离子的复合物，目前所用的是对人体无害的金属氧化物、盐或在负载物及金属化合物上的活性金属离子，如含Ag沸石、Zn、Cu复合物或TiO 2等。这种抗菌剂有广谱抗菌效果，对人体无害，而且热稳定性好，有利于共混纺丝。据报道通过这种方法制得的抗菌纤维的抗菌率仅达70%-80%，抗菌效果不够理想。1995年以来，北京洁尔爽高科技有限公司研制成功了Jlsun® 永久性抗菌纤维，它对人体无害、与纤维用高分子材料相容性好、具有广谱的抗菌效果、经数十次标准方式洗涤后仍可保持90%以上的抗菌率，而且纤维特性与常规纤维基本相同，使永久性抗菌纤维的研究和生产达到了一个新的水平。除了共混纺丝法，对纤维进行改性还可采用复合纺丝法和化学接织改性法。复合纺丝法是利用含有抗菌成分的纤维与其他纤维或者不含抗菌成分的纤维复合纺丝，制成并列型、芯鞘型、镶嵌型、中空多心型等结构的抗菌纤维。化学接枝法是通过对纤维表面进行改性处理，进而通过配位化学键或其他类型的化学键结合具有抗菌作用的基团使纤维具有抗菌性能的一种加工方法。即利用化学改性技术。4 抗菌棉织物生产实例我厂采用高效抗菌剂并用后整理的方法对织物进行加工，由于要求织物经整理后具有耐久的抗菌性能，因此对抗菌剂的品种和加工过程中的技术要求特别高。本文参照《AATCC100-1993美国纺织印染协会标准》，用北京洁尔爽高科技有限公司研制生产的有机抗菌剂SCJ-2000对纯棉织物进行整理，以代表性菌种大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠球菌为试验菌种，测试了纺织品的抗菌效果和耐洗涤性，并对抗菌剂SCJ-2000的抗菌机理、安全性以及环保进行了分析。抗菌剂SCJ-2000带有高活性反应基团。它也是一种永久型非溶出性抗菌卫生整理剂,具有良好的安全性、广谱高效的抗菌性和优异的耐洗涤性。抗菌防臭整理剂SCJ-2000适用于棉、麻、丝、毛、涤棉、锦纶、粘纤等织物的抗菌卫生整理，特别适用于纯棉针织物和毛巾的浸渍法抗菌防臭处理。如生产具有抗菌、防臭、防霉功能的床单、内衣、毛巾、袜子、地毯、无纺布、鞋用布、装饰用布、空气过滤材料等。4.1 实验4.1.1 实验坯布全面府绸 40×40 133×72 65”4.1.2 实验药品 抗菌剂SCJ-2000（由北京洁尔爽高科技有限公司提供）4.2 工艺分析4.2.1 工艺流程坯布→缝缝→烧毛→退浆→煮练→漂白→染色→烘干→浸轧抗菌溶液→拉幅4.2.2 前处理前处理工艺应用常规工艺达到正常印染半成品质量要求，烧毛效果3-4级，白度在80%以上，毛效要求在8cm/30min以上。4.2.3 抗菌整理工艺浸轧抗菌溶液(轧液率80%，60℃)→烘干(100℃)→拉幅（130℃,2min）4.2.2 工艺配方SCJ-2000 50克/升柔软剂 20克/升4.3 工艺分析4.3.1 抗菌剂用量对抗菌织物性能的影响不同抗菌剂添加量会使织物产生不同的抗菌效果。一味地增加抗菌剂的用量虽然能增强抗菌效果，但却会影响织物的各项物理指标，强力就是其中比较重要的一项。因此有必要对抗菌剂的用量、轧余率、抑菌率以及撕破强降进行综合考虑，选出最有生产工艺。表2. 抗菌剂不同用量对抗菌织物性能的影响抗菌剂用量g/l 0 20 30 50 60 70轧余率% 0 70 80 80 90 9培养后的菌株数 212 ＜200 ＜100 ＜20 ＜20 ＜20灭菌率% 0 99.9 99.9 99.9 99.9 99.9撕破强度下降% 0 5 5 6 6 64.3.2 焙烘温度时间对抗菌织物的影响表3. 不同焙烘温度时间对抗菌织物性能的影响焙烘温度℃ 100 120 130 140 150 160焙烘时间min 4 3 2 2 1 1培养后的菌株数 ＜200 ＜100 ＜20 ＜20 ＜20 ＜20撕破强度下降% 20 20 25 30 30 35从表3可见，焙烘温度、时间对抗菌织物的耐洗性能影响很大，同时由于温度过高会使织物撕破强力下降。综合各项指标，本工艺最终选取130℃为焙烘温度，时间为2分钟。5 抑菌效果检测5.1 主要实验设备、器材紫外线微生物无菌室电热压力蒸汽灭菌锅电热培养箱营养琼脂培养基5.2 测试方法及菌种方法：AATCC100-1993美国纺织印染协会标准菌种：大肠杆菌（8099） 4.1×105cfu/mL 金黄色葡萄球菌（ATCC6538） 3.8×105cfu/Ml 白色念珠菌（ATCC10231） 3.2×105cfu/Ml5.3 检测样品抗菌防臭整理剂SCJ-2000整理过的织物与经过50次洗涤的抗菌整理织物未经抗菌处理的同材质织物作为实验对照5.4 抑菌效果表2. 经过抗菌整理的织物抑菌效果检测样品 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 白色念珠菌被测抗菌整理织物 99.61 99.44 99.27洗涤50次被测抗菌整理织物 95.29 97.19 91.716 结论目前，国内外纺织品的抗菌卫生整理技术已经走到了成熟阶段，抗菌棉织物不论是从抗菌谱还是耐久性方面都优于抗菌纤维。我厂也积极进行技术方面的探索，使用目前最优秀的抗菌整理剂，通过对批量生产的全棉抗菌织物性能指标的测试，证明以上工艺能够满足客户对抗菌产品质量的要求。参考文献:[1] 商成杰.抗菌卫生整理的研究[J].产业用纺织品,1987(6)：1-9.[2] 商成杰.新型染整助剂手册[M].第一版.北京：中国纺织出版社，2002.234. 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