【集萃網(wǎng)觀察】1 抗菌紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀與機理

    1.1 抗菌紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀

    隨著科學(xué)技術(shù)的進步和人民生活水平的提高,人們對紡織產(chǎn)品提出了更多、更高的要求,從而推動著抗菌防臭加工技術(shù)的深入發(fā)展。目前,品種繁多的紡織品抗菌防臭整理劑不斷面世,加工技術(shù)日趨完善,標志著服裝用及裝飾用紡織品的抗菌防臭加工技術(shù)已進入穩(wěn)定發(fā)展階段。

    抗菌防臭整理在美國等國家被稱為抗菌整理和抗微生物整理,在日本被稱為抗菌防臭加工。目前世界上許多國家尤其是日本、美國、英國的一些生產(chǎn)企業(yè)紛紛研制和生產(chǎn)出自己的抗菌纖維及紡織品,把抗菌劑加到紡絲液中制取的纖維大都是滌綸、腈綸、錦綸等。國內(nèi)目前大都是采用抗菌劑后整理的方法使產(chǎn)品獲得抗菌性能,如東華大學(xué)抗微生物腈綸織物CHA、北京潔爾爽高科技有限公司生產(chǎn)的SCJ-963抗菌整理織物等。

    1.2 紡織品的抗菌防臭機理

    織物抗菌功能的獲得主要采用纖維改性加工和織物后整理兩種方法來實現(xiàn)。采用織物后整理方法,產(chǎn)品抗菌耐久性差,洗滌多次后,抗菌效果逐漸消失;采用物理改性、化學(xué)改性、復(fù)合紡絲及把抗菌劑摻加到紡絲液中紡出纖維的方法制取抗菌纖維,再織成各種具有抗菌性能的織物及產(chǎn)品,產(chǎn)品則具有抗菌性能持久、性能穩(wěn)定、對人體安全性高等特點[1]。

    1.2.1 微生物抗菌機理

    微生物抗菌整理劑主要可分為溶出型和非溶出型兩大類。

    非溶出型抗菌劑的抗菌機理為藥劑不浸入微生物細胞,而是將微生物細胞壁用物理方法加以破壞,使其內(nèi)部組織外露而將細胞殺死。有機硅季銨鹽屬于非溶出型抗菌劑,由于細菌一般帶有負電荷,而季銨鹽在水中帶正電荷,二者因靜電引力吸引在一起,使細菌細胞壁表面停止振動,呼吸也同時停止。由于抗菌劑不浸入細菌細胞體內(nèi),不影響細胞核中的遺傳因子,因此不會產(chǎn)生遺傳變異的耐藥性菌。這種抗菌機理俗稱為“接觸殺死”,基本屬于“專守防衛(wèi)”型。當季銨N+表面上附著的細菌遺骸或塵土過多時,抗菌效果降低,但通過洗滌,抗菌效能可再現(xiàn)。溶出型抗菌劑的抗菌機理為藥物浸入微生物細胞中,通過細胞壁、細胞膜、影響其脫氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA的再生能力,使微生物細胞內(nèi)酶的代謝功能和呼吸功能發(fā)生麻痹,進而衰竭。如二苯基醚及其衍生物(酚類)的抗菌機理屬于破壞微生物的再生能力。當抗菌劑與細菌接觸時,能進入細菌細胞內(nèi)影響DNA和RNA的再生,并抑制與合成核酸和蛋白質(zhì)有關(guān)的酶的作用和功能,限制了細菌和其他微生物的生長和繁殖。

    1.2.2 大分子金屬絡(luò)合物的消臭機理

    大分子金屬絡(luò)合物的消臭一般是通過分解、氧化、還原、中和、加成等化學(xué)反應(yīng)使含臭的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無臭物質(zhì),以達到消臭的目的。如以鐵-酞菁衍生物為主要成分的消臭劑能分解含臭的硫化氫、氨、硫醇等。

    2 抗菌防臭整理劑及其加工方法

    抗菌防臭整理劑在紡織品的抗菌防臭加工中起著極為重要的作用,它滅菌防臭效果的優(yōu)劣不僅決定著被加工織物的質(zhì)量,而且與人體的衛(wèi)生保健息息相關(guān)。作為理想的抗菌防臭整理劑應(yīng)滿足下列要求:①抗菌防臭效果優(yōu)良,加工方法簡便,成本低。②不影響人體生理機能。③與其他加工助劑有相溶性,不損傷織物,不影響外觀。④耐家庭的濕洗、干洗等。目前使用的抗菌劑大體可分為無機、有機和天然抗菌劑三大類。

    2.1 無機抗菌劑

    無機抗菌防臭劑是近幾年開發(fā)的較為成功的品種,適宜添加于合成纖維熔融紡絲原液中。它是通過物理吸附、離子交換等方法,將銀、銅、鋅金屬或其化合物固定在沸石、硅膠等多孔材料的表面得到的。代表性的產(chǎn)品有:日本鐘紡的Bactekiller泡沸石。此類抗菌劑最大優(yōu)點是耐熱性可達500℃,非常穩(wěn)定和安全。但加入合成纖維紡絲原液最大的困難是粉末或顆粒的粒徑較大[2]。

    隨著納米技術(shù)研究的進展,將含有TiO2、ZnO和SiO2等的納米微粉摻入天然或合成纖維中,可紡出各種抗菌和除臭的纖維[3]。這種纖維具有優(yōu)良的保健功能,特別適用于制作醫(yī)藥用品,如手術(shù)服、護士服、手術(shù)巾、繃帶等。目前,日本及一些西歐國家已廣泛采用納米TiO2用于化纖織物的整理。有關(guān)無機化合物的抗菌機理,一般認為是銀離子溶出機理,或與光作用產(chǎn)生活性氧機理。

    2.2 合成有機抗菌劑

    合成有機抗菌劑根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為二十余大類,其中結(jié)構(gòu)較為簡單是醛基水溶液(福爾馬林),結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜是異噻唑和咪唑類等[4]。合成有機抗菌劑發(fā)展較早,但存在著耐熱性低、易揮發(fā)分解、安全性差、抗菌持續(xù)時間短等缺點[5]。用在紡織品上的合成有機抗菌整理劑主要有有機季銨鹽類、季銨鹽類、雙胍類、有機金屬化合物等。

    2.2.1 季銨鹽類

    季銨化合物是最常用的抗菌劑,由于其與纖維的結(jié)合力很差,故與反應(yīng)性樹脂并用,以提高其耐久性[6]。例如,日本可樂麗的Saniter與日清紡的Peachfresh就是季銨鹽與反應(yīng)性樹脂同浴整理而成的產(chǎn)品。這類抗菌劑主要用于純聚酯織物上,系脂肪族季銨鹽或烷氧基氯化銨。其主要品種還有烷基二烷基芳基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、聚氧化乙烯三甲基氯化銨、聚烷基三烷基氯化銨、十八烷基二甲基氯化銨、3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨等。

    2.2.2 有機硅季銨鹽類

    1972年美國道康寧公司開發(fā)的DC-5700,即十八烷基二甲基(3-甲氧基硅烷基丙基)氯化銨,是具有代表性的優(yōu)良抗菌劑。DC-5700為陽離子型抗菌劑,故可與陽離子型和非離子型助劑同浴使用,采用浸漬或浸軋的方法將其固定在合成纖維的表面,賦予纖維抗菌性能。它既能與纖維的陰離子發(fā)生結(jié)合,又能自身縮聚成膜,在起到殺菌作用的同時,還可使織物具有良好的耐洗性。國內(nèi)也開發(fā)出類似產(chǎn)品,如上海樹脂廠的SAQ-1、山東大學(xué)的STU-101、寧波化工研究所的NBM SI-4等。因此類為陽離子型抗菌劑,故可與陽離子型和非離子型同浴使用,而和陰離子型助劑同用則必須采用一浴二步法或二步法加工,并注意處理前對織物進行充分水洗。工藝流程主要為:浸漬或浸軋織物后,隨即于30℃~120℃烘干,以除去溶劑。此時,整理劑在纖維表面縮聚并與纖維形成共價鍵或離子鍵結(jié)合。

    2.2.3 酚類(二苯基醚及其衍生物類)

    國外使用的酚類織物抗菌劑主要是2,4,4’-三氯-2’-二羥基二苯醚,它是目前國際市場上最流行的廣譜高效環(huán)保型抗菌劑之一。近年來該產(chǎn)品在國際市場上十分緊俏,主要生產(chǎn)廠家是汽巴精化,價格高達60萬元/噸。國內(nèi)四川天然氣化工研究院、浙江黃巖東亞醫(yī)藥化工公司等,相繼開發(fā)出這類產(chǎn)品,并已進入市場。此類抗菌整理劑屬于非離子型乳化分散液,故可與其他助劑、柔軟劑以及乙二醛類、三聚氰胺等樹脂同用,這點顯然比陽離子型抗菌劑優(yōu)越。主要工藝流程為:乳液通過浸軋或噴法施加于織物,經(jīng)烘干,再于120℃焙烘3分鐘后固著于纖維�？咕�整理產(chǎn)品手感柔軟且耐久性好。常用整理產(chǎn)品有毛巾、手帕、襪子、內(nèi)衣、襯衫、運動服、床上用品和地毯等。

    2.2.4 胍類

    這類抗菌劑由英國ICI公司在1980年研制成功。胍類抗菌劑的品種有1,1-六甲撐-雙[5-(4-氯苯基)雙胍]二葡萄糖酸酯、聚六甲撐雙胍鹽酸鹽等,這類抗菌劑對纖維的附著力很強,耐洗性和殺菌效果均很好,但防霉效果、耐熱和耐光性能較差。

    2.3 天然抗菌整理劑

    天然抗菌整理劑尚處于起步階段。目前天然抗菌物質(zhì)越來越受到重視,因為它們毒性低、對環(huán)境無害,更易被消費者接受。

    2.3.1 植物類提取物

    這類提取物通常是液體。液體提取物施加到織物上常使用微膠囊技術(shù),提取物封入微膠囊以后,再以樹脂固著在織物上。目前使用較多的是檜柏油,其主要組分是4-異丙基-2-羥基-環(huán)庚基-2,4,6三烯-1-酮,這是一種七個原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物[6]。其抗菌機理是分子結(jié)構(gòu)上有兩個可供配位絡(luò)合的氧原子,它與微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)作用使之變性[7]。

    2.3.2 甲殼質(zhì)(殼聚糖)

    甲殼質(zhì)是除纖維素外第二個最豐富的天然聚合物。殼聚糖是甲殼質(zhì)在濃堿液中脫去乙�；�的衍生物形式,早已被用作織物整理劑。近幾年發(fā)現(xiàn)它還具有抗菌及皮膚護理特性。殼聚糖微粉可均勻地混入粘膠紡絲液中,再紡成抗菌粘膠絲。殼聚糖具有良好的生物活性,與生物體能親和相容,可對多種菌類表現(xiàn)出抗菌性。殼聚糖的抗菌機理為分子中的氨基吸附細菌,和細菌表面的陰離子成分結(jié)合,阻礙細胞壁內(nèi)外物質(zhì)的輸送[7]。

    2.3.3 微生物發(fā)酵產(chǎn)物

   氨基葡萄糖苷ST-7是用一種放線菌發(fā)酵獲得的抗生物質(zhì),對細菌的繁殖有明顯的抑制作用。安全性高,對皮膚無刺激。其抗菌機理為:它作用于細菌細胞核蛋白質(zhì)的子單位上,阻礙間核糖核酸的密碼因子和特核糖核酸反密碼因子的相互作用,使其合成異常蛋白質(zhì)而致死[8]。

    2.3.4 昆蟲抗菌性蛋白質(zhì)

    利用昆蟲抗菌性蛋白質(zhì)是紡織工業(yè)利用生物技術(shù)的一個方面。昆蟲適應(yīng)環(huán)境能力很強,對細菌霉菌和病毒等微生物的侵襲有很強的抵抗力。從它們體內(nèi)分離出抗菌性蛋白質(zhì)并設(shè)法用于紡織品上,是抗菌防臭加工今后努力的方向。

    2.3.5 天然抗菌整理加工方法

    天然抗菌整理應(yīng)用于紡織品的抗菌整理加工可采用:①與化纖混合紡絲,如日本富士紡織公司將殼聚糖混入粘膠中紡絲生產(chǎn)的Pchitopolyi。②與合成樹脂混合后在織物表面成膜。第一種方法可以得到持久功能的抗菌纖維,但工藝復(fù)雜。第二種方法工藝雖簡單,但需要解決牢度問題。

    3 抗菌防臭效果測試

    衡量抗菌防臭整理的抑菌、殺菌的水平,即抗菌防臭紡織品的檢測方法,目前國內(nèi)尚無統(tǒng)一標準,一般參考日本和美國的一些方法。

    3.1 ATCC-90試驗法

    在瓊脂培養(yǎng)基上,接種試驗菌種,再緊貼上試樣。另取一塊未整理織物,貼在同一培養(yǎng)基上作對照。于37℃下培養(yǎng)24小時后,借放大鏡觀察菌類繁殖情況和試樣周圍無菌區(qū)的暈圈大小,同時與對照的試驗情況比較。故該法也稱暈圈試驗法。

    3.2 AATCC-100試驗法

    目前,在美國的三種抗菌定量試驗法中,AATCC-100為惟一的標準試驗法。其方法是:在滅菌織物上,接種革蘭氏陰性菌和陽性菌,以瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng),培養(yǎng)后與未整理織物相比較,得出細菌減少數(shù)。此法適用于容易從被加工纖維上溶出的抗菌劑,而不適用于和加工纖維以化學(xué)方式相結(jié)合的抗菌劑,如DC-5700,因為加工在纖維制品上的DC-5700和試驗菌接觸機會少,經(jīng)一定時間培養(yǎng)后生存繁殖的菌數(shù)和對照物上的菌數(shù)幾乎相同,因而無法計測。

    3.3 振蕩燒瓶試驗法

    振蕩燒瓶試驗法是美國道康寧公司為克服AATCC-100法的缺點而開發(fā)的,可用來評價用DC-5700加工的非溶出型抗菌纖維制品抗菌性能。此法為了增強試驗菌與試樣的接觸,把試樣投到盛有大量菌液的三角燒瓶中,經(jīng)一定時間強烈振蕩后計測燒瓶內(nèi)的細菌數(shù),并與振蕩前的細菌數(shù)比較,定量表示其抑菌率。

    3.4 Humidity-jat試驗法

    這是美國環(huán)保局為檢測由于霉的污染而開發(fā)出的一種方法。將霉接種于樣布上并放置28天,通過視覺觀察樣布上霉的生長情況。

    4 結(jié)語

    國內(nèi)抗菌紡織品發(fā)展中存在的主要問題是產(chǎn)品的質(zhì)量體系尚未健全。到目前為止,還沒有相關(guān)的技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門對抗菌產(chǎn)品性能進行檢測,消費者也無法從外觀上鑒別抗菌性能。因此需要建立產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督和管理體系,使紡織品抗菌整理得到健康的發(fā)展。

    國外抗菌防臭整理技術(shù)已進入穩(wěn)定發(fā)展階段,美國和日本居于領(lǐng)先地位。我國對抗菌防臭整理技術(shù)的研究起步較晚,但發(fā)展速度很快。隨著人們生活水平的提高和科研技術(shù)的發(fā)展,抗菌整理紡織品將會越來越受到人們的青睞,其應(yīng)用范圍也會越來越廣泛。因此,開發(fā)抗菌性能好、成本低的抗菌劑,優(yōu)化抗菌整理工藝,建立相應(yīng)的規(guī)范制度將是未來幾年紡織品抗菌整理的發(fā)展方向。

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    來源: 印染在線