1抗菌纺织品的发展现状与机理

1.1抗菌纺织品的发展现状

随着科学技术的进步和人民生活水平的提高,人们对纺织产品提出了更多、更高的要求,从而推动着抗菌防臭加工技术的深入发展。目前,品种繁多的纺织品抗菌防臭整理剂不断面世,加工技术日趋完善,标志着服装用及装饰用纺织品的抗菌防臭加工技术已进入稳定发展阶段。

抗菌防臭整理在美国等国家被称为抗菌整理和抗微生物整理,在日本被称为抗菌防臭加工。目前世界上许多国家尤其是日本、美国、英国的一些生产企业纷纷研制和生产出自己的抗菌纤维及纺织品,把抗菌剂加到纺丝液中制取的纤维大都是涤纶、腈纶、锦纶等。国内目前大都是采用抗菌剂后整理的方法使产品获得抗菌性能,如东华大学抗微生物腈纶织物CHA、北京洁尔爽高科技有限公司生产的SCJ-963抗菌整理织物等。

1.2纺织品的抗菌防臭机理

织物抗菌功能的获得主要采用纤维改性加工和织物后整理两种方法来实现。采用织物后整理方法,产品抗菌耐久性差,洗涤多次后,抗菌效果逐渐消失;采用物理改性、化学改性、复合纺丝及把抗菌剂掺加到纺丝液中纺出纤维的方法制取抗菌纤维,再织成各种具有抗菌性能的织物及产品,产品则具有抗菌性能持久、性能稳定、对人体安全性高等特点[1]。

1.2.1微生物抗菌机理

微生物抗菌整理剂主要可分为溶出型和非溶出型两大类。

非溶出型抗菌剂的抗菌机理为药剂不浸入微生物细胞,而是将微生物细胞壁用物理方法加以破坏,使其内部组织外露而将细胞杀死。有机硅季铵盐属于非溶出型抗菌剂,由于细菌一般带有负电荷,而季铵盐印染机械设备在水中带正电荷,二者因静电引力吸引在一起,使细菌细胞壁表面停止振动,呼吸也同时停止。由于抗菌剂不浸入细菌细胞体内,不影响细胞核中的遗传因子,因此不会产生遗传变异的耐药性菌。这种抗菌机理俗称为“接触杀死”,基本属于“专守防卫”型。当季铵N+表面上附着的细菌遗骸或尘土过多时,抗菌效果降低,但通过洗涤,抗菌效能可再现。溶出型抗菌剂的抗菌机理为药物浸入微生物细胞中,通过细胞壁、细胞膜、影响其脱氧核糖核酸DNA和核糖核酸RNA的再生能力,使微生物细胞内酶的代谢功能和呼吸功能发生麻痹,进而衰竭。如二苯基醚及其衍生物(酚类)的抗菌机理属于破坏微生物的再生能力。当抗菌剂与细菌接触时,能进入细菌细胞内影响DNA和RNA的再生,并抑制与合成核酸和蛋白质有关的酶的作用和功能,限制了细菌和其他微生物的生长和繁殖。

1.2.2大分子金属络合物的消臭机理

大分子金属络合物的消臭一般是通过分解、氧化、还原、中和、加成等化学反应使含臭的物质转化为无臭物质,以达到消臭的目的。如以铁-酞菁衍生物为主要成分的消臭剂能分解含臭的硫化氢、氨、硫醇等。

2抗菌防臭整理剂及其加工方法

抗菌防臭整理剂在纺织品的抗菌防臭加工中起着极为重要的作用,它灭菌防臭效果的优劣不仅决定着被加工织物的质量,而且与人体的卫生保健息息相关。作为理想的抗菌防臭整理剂应满足下列要求:①抗菌防臭效果优良,加工方法简便,成本低。②不影响人体生理机能。③与其他加工助剂有相溶性,不损伤织物,不影响外观。④耐家庭的湿洗、干洗等。目前使用的抗菌剂大体可分为无机、有机和天然抗菌剂三大类。

2.1无机抗菌剂无机抗菌防臭剂是近几年开发的较为成功的品种,适宜添加于合成纤维熔融纺丝原液中。它是通过物理吸附、离子交换等方法,将银、铜、锌金属或其化合物固定在沸石、硅胶等多孔材料的表面得到的。代表性的产品有:日本钟纺的Bactekiller泡沸石。此类抗菌剂最大优点是耐热性可达500℃,非常稳定和安全。但加入合成纤维纺丝原液最大的困难是粉末或颗粒的粒径较大[2]。

随着纳米技术研究的进展,将含有TiO2、ZnO和SiO2等的纳米微粉掺入天然或合成纤维中,可纺出各种抗菌和除臭的纤维[3]。这种纤维具有优良的保健功能,特别适用于制作医药用品,如手术服、护士服、手术巾、绷带等。目前,日本及一些西欧国家已广泛采用纳米TiO2用于化纤织物的整理。有关无机化合物的抗菌机理,一般认为是银离子溶出机理,或与光作用产生活性氧机理。

2.2合成有机抗菌剂

合成有机抗菌剂根据其化学结构可分为二十余大类,其中结构较为简单是醛基水溶液(福尔马林),结构较为复杂是异噻唑和咪唑类等[4]。合成有机抗菌剂发展较早,但存在着耐热性低、易挥发分解、安全性差、抗菌持续时间短等缺点[5]。用在纺织品上的合成有机抗菌整理剂主要有有机季铵盐类、季铵盐类、双胍类、有机金属化合物等。

2.2.1季铵盐类

季铵化合物是最常用的抗菌剂,由于其与纤维的结合力很差,故与反应性树脂并用,以提高其耐久性[6]。例如,日本可乐丽的Saniter与日清纺的Peachfresh就是季铵盐与反应性树脂同浴整理而成的产品。这类抗菌剂主要用于纯聚酯织物上,系脂肪族季铵盐或烷氧基氯化铵。其主要品种还有烷基二烷基芳基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、聚氧化乙烯三甲基氯化铵、聚烷基三烷基氯化铵、十八烷基二甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵等。

2.2.2有机硅季铵盐类

1972年美国道康宁公司开发的DC-5700,即十八烷基二甲基(3-甲氧基硅烷基丙基)氯化铵,是具有代表性的优良抗菌剂。DC-5700为阳离子型抗菌剂,故可与阳离子型和非离子型助剂同浴使用,采用浸渍或浸轧的方法将其固定在合成纤维的表面,赋予纤维抗菌性能。它既能与纤维的阴离子发生结合,又能自身缩聚成膜,在起到杀菌作用的同时,还可使织物具有良好的耐洗性。国内也开发出类似产品,如上海树脂厂的SAQ-1、山东大学的STU-101、宁波化工研究所的NBM SI-4等。因此类为阳离子型抗菌剂,故可与阳离子型和非离子型同浴使用,而和阴离子型助剂同用则必须采用一浴二步法或二步法加工,并注意处理前对织物进行充分水洗。工艺流程主要为:浸渍或浸轧织物后,随即于30℃~120℃烘干,以除去溶剂。此时,整理剂在纤维表面缩聚并与纤维形成共价键或离子键结合。

2.2.3酚类(二苯基醚及其衍生物类)

国外使用的酚类织物抗菌剂主要是2,4,4’-三氯-2’-二羟基二苯醚,它是目前国际市场上最流行的广谱高效环保型抗菌剂之一。近年来该产品在国际市场上十分紧俏,主要生产厂家是汽巴精化,价格高达60万元/吨。国内四川天然气化工研究院、浙江黄岩东亚医药化工公司等,相继开发出这类产品,并已进入市场。此类抗菌整理剂属于非离子型乳化分散液,故可与其他助剂、柔软剂以印染机械设备及乙二醛类、三聚氰胺等树脂同用,这点显然比阳离子型抗菌剂优越。主要工艺流程为:乳液通过浸轧或喷法施加于织物,经烘干,再于120℃焙烘3分钟后固着于纤维。抗菌整理产品手感柔软且耐久性好。常用整理产品有毛巾、手帕、袜子、内衣、衬衫、运动服、床上用品和地毯等。

2.2.4胍类

这类抗菌剂由英国ICI公司在1980年研制成功。胍类抗菌剂的品种有1,1-六甲撑-双[5-(4-氯苯基)双胍]二葡萄糖酸酯、聚六甲撑双胍盐酸盐等,这类抗菌剂对纤维的附着力很强,耐洗性和杀菌效果均很好,但防霉效果、耐热和耐光性能较差。

2.3天然抗菌整理剂

天然抗菌整理剂尚处于起步阶段。目前天然抗菌物质越来越受到重视,因为它们毒性低、对环境无害,更易被消费者接受。

2.3.1植物类提取物

这类提取物通常是液体。液体提取物施加到织物上常使用微胶囊技术,提取物封入微胶囊以后,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[6]。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[7]。

2.3.2甲壳质(壳聚糖)

甲壳质是除纤维素外第二个最丰富的天然聚合物。壳聚糖是甲壳质在浓碱液中脱去乙酰基的衍生物形式,早已被用作织物整理剂。近几年发现它还具有抗菌及皮肤护理特性。壳聚糖微粉可均匀地混入粘胶纺丝液中,再纺成抗菌粘胶丝。壳聚糖具有良好的生物活性,与生物体能亲和相容,可对多种菌类表现出抗菌性。壳聚糖的抗菌机理为分子中的氨基吸附细菌,和细菌表面的阴离子成分结合,阻碍细胞壁内外物质的输送[7]。

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:它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[8]。

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印染机械设备有很强的抵抗力。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。

2.3.5天然抗菌整理加工方法

天然抗菌整理应用于纺织品的抗菌整理加工可采用:①与化纤混合纺丝,如日本富士纺织公司将壳聚糖混入粘胶中纺丝生产的Pchitopolyi。②与合成树脂混合后在织物表面成膜。第一种方法可以得到持久功能的抗菌纤维,但工艺复杂。第二种方法工艺虽简单,但需要解决牢度问题。

3抗菌防臭效果测试

衡量抗菌防臭整理的抑菌、杀菌的水平,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。

3.1 ATCC-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24小时后,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。

3.2 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,而不适用于和加工纤维以化学方式相结合的抗菌剂,如DC-5700,因为加工在纤维制品上的DC-5700和试验菌接触机会少,经一定时间培养后生存繁殖的菌数和对照物上的菌数几乎相同,因而无法计测。

3.3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。

3.4 Humidity-jat试验法

这是美国环保局为检测由于霉的污染而开发出的一种方法。将霉接种于样布上并放置28天,通过视觉观察样布上霉的生长情况。

4结语

国内抗菌纺织品发展中存在的主印染机械设备要问题是产品的质量体系尚未健全。到目前为止,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。

国外抗菌防臭整理技术已进入稳定发展阶段,美国和日本居于领先地位。我国对抗菌防臭整理技术的研究起步较晚,但发展速度很快。随着人们生活水平的提高和科研技术的发展,抗菌整理纺织品将会越来越受到人们的青睐,其应用范围也会越来越广泛。因此,开发抗菌性能好、成本低的抗菌剂,优化抗菌整理工艺,建立相应的规范制度将是未来几年纺织品抗菌整理的发展方向。

参考文献

[1]许炳义.抗菌纺织品的新发展[J].山东纺织科技,2002,(4)

[2]杨栋梁.纤维用抗菌防臭整理剂[J].印染,2001,(3)

[3]Rong Wang,Kazuhito Hashimoto,AkiraFujishima.Light-induced amphiphilic surfaces[J].Nature,1997,388:431-432.

[4]吉向飞等.抗菌剂及抗菌材料的发展和应用[J].太原理工大学学报,2003,(1)

[5]迟广俊.沉淀二氧化硅载银抗菌剂的制备及抗菌性能[J].天津大学学报,2002,(3)

[6]宋肇棠.功能性织物整理的进展[J].印染,2003,(11)

[7]李辉芹等.天然抗菌整理剂[J].纺织导报,2002,(2)

[8]许莹等.壳聚糖与纤维素的结合及其抗菌性能的研究[J].印染,2002,(2)