抗菌鍍銀纖維的制備及其性能

余鳳斌，陳瑩

（天諾光電材料股份有限公司，山東 濟(jì)南 250300）

【真空鍍】

抗菌鍍銀纖維的制備及其性能

余鳳斌*，陳瑩

（天諾光電材料股份有限公司，山東 濟(jì)南 250300）

為了使滌綸織物具有抗菌性，采用磁控濺射方法在滌綸纖維表面制備了鍍銀層。采用掃描電鏡觀察了鍍銀纖維的表面和截面形貌，測試了含鍍銀纖維的織物的抗菌性及耐洗滌性。結(jié)果表明，染整工藝會降低織物的含銀量，但對其抗菌性影響不大?？椢锏目咕噪S鍍銀纖維含量的增加而增強(qiáng)，含4%鍍銀纖維的織物即可具有優(yōu)異的抗菌性。未經(jīng)洗滌的鍍銀纖維織物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均達(dá)99%以上，經(jīng)過20次洗滌之后的抑菌率仍達(dá)95%以上，但經(jīng)50次水洗后的抑菌率分別為降到97%、73%和72%。

滌綸纖維；鍍銀；磁控濺射；織物；形貌；抗菌性；耐洗滌性

1 前言

隨著科技的進(jìn)步，各種抗菌材料應(yīng)運(yùn)而生。銀作為一種無機(jī)抗菌材料，具有安全性高、使用壽命長、無揮發(fā)性、對環(huán)境無污染、廣譜抗菌等優(yōu)點(diǎn)，將其負(fù)載于纖維表面制成抗菌銀纖維，具有獨(dú)特的抗菌除臭、防靜電、防電磁波輻射、醫(yī)療保健等特殊功能，已廣泛應(yīng)用于家紡、防電磁波輻射產(chǎn)品、醫(yī)療衛(wèi)生用品等領(lǐng)域[1-3]。

滌綸纖維具有強(qiáng)度高、耐熱性好及機(jī)械性能優(yōu)良的特點(diǎn)，自問世以來一直受到歡迎，但滌綸易被脂肪性油污沾污而滋生細(xì)菌。因此，進(jìn)一步研發(fā)和推廣抗菌滌綸功能性織物，以減少病菌對人體的危害，具有積極的意義[4]。納米銀抗菌織物的抗菌作用主要依靠游離出的銀離子和納米銀結(jié)合細(xì)菌表面的蛋白質(zhì)分子，從而抑制細(xì)菌的代謝，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。本文用真空磁控濺射方法對滌綸短纖進(jìn)行抗菌處理，研究了其抗菌性能。

2 實(shí)驗(yàn)

2. 1 試劑及材料

滌綸短纖，中國石化儀征化纖股份有限公司；鍍銀靶材，中諾新材(北京)科技有限公司；NaOH、H2O2和H2SO4，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；熒光增白劑4BK，常州樂彩染料有限公司；ECE無磷標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑，東銘儀器有限公司。

2. 2 抗菌鍍銀纖維的制備

制備抗菌鍍銀纖維的工藝流程為：短纖─無紡布─等離子處理─濺射鍍銀─開松─滌棉共紡─織造─染整。具體為：利用水刺法將1.4 D(在公定回潮率下，9 000 m長的纖維的質(zhì)量為1 D)、長38 mm的滌綸短纖制成克重(每平方米的質(zhì)量)為50的無紡布，將無紡布置于卷繞式真空機(jī)中，先后進(jìn)行等離子處理兩遍和雙面真空濺射銀，濺射完后將無紡布取出，在開松機(jī)上開松，再進(jìn)行滌棉共混紡紗、織造及染整處理。

等離子處理的真空度為10 Pa，速率1 m/min，電流為0.5 A。濺射鍍銀的真空度為0.2 Pa，電流5 A，速率1.8 m/min。染整包括前處理和染色兩步：

(1) 前處理。先在由3 g/L NaOH、0.6 g/L消泡劑和12 g/L雙氧水組成的溶液中，于98 °C下處理60 min，隨后用60 °C熱水洗10 min，再用0.5 g/L H2SO4在40 °C下洗20 min，最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的脫氧酶常溫處理20 min。

(2) 染色。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的4BK在60 °C處理30 min。

2. 3 纖維表面形貌、組成及銀含量的分析

采用日本電子株式會社的JSM-6700F掃描電鏡進(jìn)行樣品表面形貌及成分分析，采用美國 PE公司的OPTIMA2000DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測定纖維的銀含量。

2. 4 纖維成分及抗菌性能測定

成分及抗菌性能委托山東省纖維檢驗(yàn)局、上海天祥檢測，分別參照GB/T 2910–2009《紡織品 定量化學(xué)分析》和GB/T 20944.3–2008《紡織品抗菌性能的評價(jià)第3部分：振蕩法》，以大腸桿菌(ATCC 8739)、白色念珠菌(ATCC 10231)和金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)為實(shí)驗(yàn)菌種。

2. 5 耐洗滌性檢測

洗滌程序參照GB/T 20944.3–2008方法執(zhí)行。具體步驟為：將染整處理后的試樣(尺寸為10 cm × 10 cm)和10粒鋼珠同時(shí)放入150 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的ECE無磷標(biāo)準(zhǔn)洗滌液中洗滌45 min，洗滌液溫度為(40 ± 3) °C，然后在100 mL、(40 ± 3) °C的水中清洗2次，每次1 min。如此1個(gè)循環(huán)視為洗滌5次。經(jīng)20、50次洗滌后測試?yán)w維的抗菌性能。

3 結(jié)果與討論

3. 1 纖維的表面形貌及成分分析

圖1a、1b分別為鍍銀短纖外觀形貌和截面形貌照片。從圖1a可以看出，鍍銀纖維表面有一層發(fā)亮物質(zhì)，即鍍銀層，鍍層完全包覆在纖維表面，厚度均勻。從圖1b也可以看出鍍層厚度均勻。

為檢驗(yàn)樣品表面的元素，對制備出的鍍銀纖維進(jìn)行能譜分析，如圖2所示，元素成分的分析結(jié)果見表1。從圖2及表1可以看出，樣品表面分布有銀、碳等元素，其中碳元素含量較高，可能是銀鍍層較薄所致。鍍層中的元素 Au是由于樣品做掃描電鏡時(shí)經(jīng)過表面噴金處理引入的，元素Cl可能是染整過程中清洗殘留下來的雜質(zhì)。

圖1 鍍銀纖維外觀及其截面微觀形貌照片F(xiàn)igure 1 Images of appearance and cross-sectional morphology of silver-plated fiber

圖2 鍍銀纖維的能譜圖Figure 2 Energy-dispersive spectrum of silver-plated fiber

表1 鍍銀纖維的成分分析結(jié)果Table 1 Elemental analysis results of silver-plated fiber

3. 2 鍍銀纖維銀含量的測試

由于染整過程是在堿性條件下進(jìn)行，而滌綸纖維不耐堿，其溶解可能導(dǎo)致銀鍍層脫落。因此，有必要對染整前后纖維的銀含量進(jìn)行測定。用等離子發(fā)射光譜儀測得染整前、后抗菌纖維中金屬銀的含量分別為472 mg/kg和341 mg/kg，說明染整后銀含量較染整前明顯減少。針對這個(gè)情況，可以采用活性染料低溫染整工藝，在較低的 pH條件下進(jìn)行，從而降低染整工藝過程對滌綸短纖的腐蝕，減少銀鍍層的脫落。

3. 3 抗菌性檢測

由于金黃色葡萄球菌是無芽胞細(xì)菌中抵抗力最強(qiáng)的致病菌，可作為革蘭氏陽性菌的代表；大腸桿菌分布廣泛，已作為通常的革蘭氏陰性菌的代表性菌種用于各種試驗(yàn)；白色念珠菌是人體皮膚黏膜常見的條件致病性真菌，對藥物具有敏感性，常作為真菌的代表。因此選擇上述3類菌種進(jìn)行抗菌測試。

對染整后織物進(jìn)行抗菌檢測的結(jié)果如表 2所示。從表中可以看出，當(dāng)織物中銀纖維含量為4%時(shí)，織物的抗菌性都超過 90%，抗菌效果明顯。當(dāng)銀纖維含量增加到8%時(shí)，織物的抗菌性提高?？紤]到銀纖維含量的增加不僅會增加成本，而且會導(dǎo)致織物變色，因此選擇銀纖維含量為4%即可。

表2 不同鍍銀纖維含量的織物的抗菌性Table 2 Antibacterial properties of the fabrics with different contents of silver-plated fiber

3. 4 耐洗滌測試

耐洗滌性是衡量抗菌纖維及織物實(shí)用性的一個(gè)重要指標(biāo)。對鍍銀纖維進(jìn)行耐洗滌性測試，結(jié)果如表 3所示。

表3 不同洗滌次數(shù)下含鍍銀纖維的織物的抗菌性Table 3 Antibacterial properties of the fabrics containing silver-plated fibers under different washing times

從表 3可以看出，未經(jīng)洗滌的樣品對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均高達(dá) 99%以上，顯示出優(yōu)異的抗菌活性。抗菌纖維經(jīng)過20次洗滌之后，抑菌率仍達(dá)95%以上，抗菌性沒有出現(xiàn)較為明顯的下降。經(jīng)過50次水洗之后，抗菌纖維對大腸桿菌的抑菌率為 97%，沒有出現(xiàn)明顯下降，然而對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率為 70%左右，雖然抗菌效果有所下降，但仍有殺菌作用，符合GB/T 20944.3–2008要求。實(shí)驗(yàn)表明，多次洗滌后抗菌纖維仍可抑制細(xì)菌生長，殺滅細(xì)菌。在相同條件下，抗菌纖維對大腸桿菌的抗菌效果略好于其他兩類細(xì)菌，這可能是不同病菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)存在一定差異所致[6-7]。

4 結(jié)論

采用磁控濺射工藝制備了鍍銀纖維，并對其表面形貌、成分、含銀量及抗菌性等進(jìn)行測試。結(jié)果表明，采用磁控濺射工藝可以在纖維表面鍍上一層均勻的銀層。染整工藝會降低纖維的銀含量，但不影響其抗菌性。銀纖維含量為4%即有明顯的抗菌性，水洗50次后，鍍銀纖維對大腸桿菌的抑菌率仍高達(dá) 97%，但對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分別為 73%和72%，抗菌性雖有所下降，但仍具有抗菌作用。

[1] 馮晏萌, 唐振庭, 霍細(xì)香, 等. 內(nèi)鍍銀纖維的抗病毒性能[J]. 環(huán)境與健康雜志, 2005, 22 (5): 374-376.

[2] LIAU S Y, READ D C, PUGH W J, et al. Interaction of silver nitrate with readily identifiable groups: relationship to the antibacterial action of silver ions [J]. Letters in Applied Microbiology, 1997, 25 (4): 279-283.

[3] 陸春華, 倪亞茹, 許仲梓, 等. 無機(jī)抗菌材料及其抗菌機(jī)理[J]. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2003, 25 (1): 107-110.

[4] 周婷婷, 林紅, 陳宇岳. 納米銀的制備及其對滌綸織物抗菌整理[J].紡織學(xué)報(bào), 2011, 32 (12): 98-102.

[5] 韓秀秀, 何文, 田修營, 等. 銀系無機(jī)抗菌材料抗菌機(jī)理及應(yīng)用[J]. 山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 24 (1): 25-27.

[6] 張娜, 吳政. 含銀離子纖維抗菌性能的研究[J]. 北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 28 (4): 52-57.

[7] 馬廷方, 戚麗華, 劉琳, 等. 新型納米銀抗菌棉織物的制備及其性能檢測[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù), 2012, 20 (1): 16-19, 23.

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Preparation of antibacterial silver-plated fiber and its performance //

YU Feng-bin*, CHEN Ying

A silver layer was deposited by magnetron sputtering on the surface of polyester fiber to achieve the antibacterial property of polyester fabric. The surface and cross-sectional morphologies of the silver-plated fiber was observed by scanning electron microscopy. The antibacterial property and washing durability of the fabric made of the silver-plated fibers were tested. The results showed that the dyeing and finishing process reduces the silver content of fabric, but slightly affects the antibacterial property. The antibacterial property of the fabric is improved with increasing silver content. The fabric containing 4% of silver fibers has excellent antibacterial property, presenting an antibacterial rate of 99% for colon bacillus, staphylococcus aureus, and candida albicans before washing, and higher than 95% after washing 20 times, but is decreased to 97%, 73%, and 72% respectively after washing 50 times.

polyester fiber; silver plating; magnetron sputtering; fabric; morphology; antibacterial property; washing durability

Shandong Tiannuo Photoelectric material Co., Ltd., Jinan 250300, China

TS195.6; TB333

A

1004 – 227X (2012) 11 – 0036 – 03

2012–04–26

2012–05–29

余鳳斌（1982–），男，工程師，主要從事抗菌銀纖維、復(fù)合導(dǎo)電材料方面的研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) fengbin0710@163.com。