吸濕抗菌聚酯仿真絲纖維的研究

宋海榮，王元前，姚菊明

(1.桐昆集團股份有限公司，浙江桐鄉(xiāng)314512;2.浙江理工大學教育部先進紡織材料與制備技術重點實驗室，杭州310018)

聚酯(PET)纖維具有強度高、彈性回復性能好等優(yōu)點，是目前全球產(chǎn)量最高的合成纖維［1-3］，但由于PET分子結構緊密，分子內(nèi)部親水性基團含量甚少，決定了滌綸吸濕性差、染色性能差，標準條件下的回潮率只有0.4%左右，在服用過程中易產(chǎn)生靜電，嚴重制約了滌綸織物在紡織服裝行業(yè)中的應用［4-6］。為了克服滌綸的缺點，改善其服用性能，近年來，國內(nèi)外學者利用物理和化學方法對普通滌綸進行了多種改性處理研究，其中絲膠涂膜整理技術是將絲膠涂覆在滌綸纖維上，能改善纖維性能，并使纖維具有真絲的保健性能［7］。由于制絲及紡織工藝的需要，蠶絲要進行脫膠處理，在制絲及絲綢生產(chǎn)廠家排放的廢水中含有大量的絲膠［8］。因此開發(fā)和利用絲膠蛋白具有很好的現(xiàn)實意義。絲膠蛋白主要由絲氨酸(Ser)、天門冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和蘇氨酸(Thr)等18種氨基酸組成，分子結構中含有羥基、羧基等親水性基團，因而具有優(yōu)良的吸濕性能［9-11］。

本文首先研究了堿減量處理對聚酯纖維形貌、堿減量和回潮率的影響，再利用絲膠原位合成納米銀制備納米銀的絲膠溶膠，對聚酯纖維進行仿真絲改性，以提高滌綸織物的吸濕性和服用舒適性、拓展絲膠的回收利用，并且賦予聚酯纖維優(yōu)良的抗菌性。

1 試驗

1.1 試驗材料

聚酯纖維(桐昆集團股份有限公司);氫氧化鈉、乙二胺、催化劑1631、硝酸銀(杭州高晶精細化工有限公司);絲膠(湖州奧特絲生物化工有限公司，相對分子質(zhì)量為8 000);化學試劑均為分析純。

1.2 堿減量處理聚酯纖維

分別采用NaOH(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+催化劑1 631(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)+催化劑1 631(10 g/L)溶液對聚酯纖維作堿減量處理1 h，處理溫度(90 ±2)℃，浴比為1︰50。

1.3 吸濕抗菌聚酯纖維的制備

分別將摩爾濃度為 2、4、6、8、10 mmol/L 的AgNO3水溶液與質(zhì)量分數(shù)為4%的絲膠水溶液按體積比1︰1混合，在75℃下用1 mol/L NaOH水溶液將該初始水溶液的pH調(diào)節(jié)至11，反應120 min之后得到不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠。25%戊二醛溶液和納米銀絲膠溶膠按體積比1︰25混合，加入堿減量處理過的聚酯纖維，浴比為1︰50的條件下室溫浸漬10 min，37℃干燥12 h。

1.4 材料表征

形貌觀察:采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM，S-4800，Hitachi)對樣品進行形貌觀察。

紫外分析:利用紫外-可見光分光光度計(UVVis，U-2900，Hitachi)對樣品進行紫外分析，波長范圍為200～800 nm，掃描速度300 nm/min，步長1 nm。

吸濕性:纖維的吸濕性以回潮率作為衡量指標，將織物置于溫度23～25℃、相對濕度77% ～81%環(huán)境中，平衡24 h，測定織物的回潮率。

抗菌性:選用金黃色葡萄球菌作為抗菌菌種，進行下面的抗菌性試驗:取100 μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液涂到固體培養(yǎng)基上，再取0.05 g樣品集中黏附到培養(yǎng)基上。倒置放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，觀察抑菌效果;取5 μL105金黃色葡萄球菌加入4 mL液體培養(yǎng)基，0.05 g樣品加入以上培養(yǎng)基中，放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，將加入樣品后的培養(yǎng)基稀釋到100倍，涂到固體培養(yǎng)基上，倒置放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，統(tǒng)計每塊平板上的菌落數(shù)來定量地計算材料的抗菌性，并與空白組對照，計算抑菌率。

圖1 不同堿減量配方得到聚酯纖維的FESEM照片F(xiàn)ig.1 FESEM photographs of polyester fibers treated by different alkali deweighting formula

2 結果與討論

2.1 堿減量處理對聚酯纖維的影響

圖1是不同堿減量處理條件下得到的聚酯纖維表面的FESEM照片。從圖1可以看出，未處理的聚酯纖維表面光滑，聚酯纖維經(jīng)過NaOH(10g/L)和NaOH(10g/L)+乙二胺(10g/L)處理后表面仍沒有明顯的凹凸等結構出現(xiàn)，說明單純的NaOH或者NaOH+乙二胺都不能有效地附著在聚酯纖維表面。而堿減量處理體系中加入10 g/L催化劑1631，聚酯纖維表面明顯出現(xiàn)凹凸不平結構，堿減量處理體系中包含NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)+催化劑1631(10 g/L)，聚酯纖維表面的凹凸不平結構最為明顯，這說明在NaOH、乙二胺和催化劑1631共同作用下可使聚酯纖維進行深度水解，為聚酯纖維的絲膠涂膜整理提供交聯(lián)反應點和機械附著條件。

表1為堿減量處理對聚酯纖維堿減量率和回潮率的影響。從表1可以看出，聚酯纖維的堿減量率隨著催化劑1631的加入由0.59%增加到16.16%，說明堿減量處理過程中催化劑1631的添加起到了較強的促進作用。而回潮率數(shù)據(jù)表明，聚酯纖維經(jīng)過堿減量處理后，回潮率反而有所下降，其原因在于NaOH刻蝕掉了帶有較多親水基團的低分子聚酯。堿減量處理并不能增多聚酯纖維表面的親水基團的數(shù)量，而是在其表面生成凹凸不平等缺陷結構。

表1 堿減量處理對聚酯纖維堿減量和吸濕性的影響Tab.1 Effect of alkali deweighting on the deweighting rate and moisture regain of polyester fiber

2.3 仿真絲聚酯纖維的形貌

圖2是不同摩爾濃度的AgNO3制備的納米銀/絲膠溶膠的紫外-可見光圖譜。從圖2可以看出，產(chǎn)物在400～420 nm處有一個明顯的吸收峰，這是銀納米粒子的吸收峰，證實了銀納米粒子的形成［12-14］。隨著AgNO3摩爾濃度的增大，產(chǎn)物的吸收峰越來越明顯，吸收峰寬度變窄，且從419 nm分別藍移至410 nm，說明反應中低AgNO3摩爾濃度生成大的銀粒子，在高 AgNO3摩爾濃度，生成較多的納米銀粒子。

圖2 不同摩爾濃度硝酸銀制備的納米銀/絲膠溶膠的紫外-可見光圖譜Fig.2 UV-vis spectra of nano-Ag/silk sericin produced by different molar concentrations of AgNO3

圖3 是不同摩爾濃度的納米銀/絲膠溶膠涂覆經(jīng)堿減量處理的聚酯纖維的FESEM照片。由圖3可以看到，涂覆在聚酯纖維表面的絲膠分布比較均勻，而且還有一定的凹凸不平結構存在，不僅由絲膠提供了大量的親水基團，同時還有利于水分的傳導。

圖3 不同摩爾濃度納米銀絲膠溶膠處理聚酯纖維的FESEM照片F(xiàn)ig.3 FESEM photographs of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

2.4 仿真絲纖維的吸濕性和抗菌性

圖4 是不同摩爾濃度的納米銀絲膠溶膠涂覆的聚酯纖維的回潮率。從圖4可以看出，涂覆聚酯纖維的回潮率都保持在1.2%以上，而且隨著納米銀含量的增加略有增加。比不涂覆的堿減量聚酯纖維0.45%要高出1.7倍，說明聚酯纖維經(jīng)絲膠涂覆處理后吸濕性得到較大改善。這是由于絲膠與滌綸大分子之間通過戊二醛發(fā)生了交聯(lián)反應，在滌綸大分子上引入了絲膠大分子，絲膠中含有大量的—OH、—NH2、—COOH等親水基團，易與水分子結合，故回潮率高，吸濕性得到較大改善。

圖4 不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的回潮率Fig.4 Moisture regain of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

圖5 是不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的固體抗菌性試驗結果。從圖5可以看到，對照樣PET-SS(0號)樣品周圍固體培養(yǎng)基長滿了金黃色葡萄糖球菌，而隨著納米銀摩爾濃度的增大，樣品附件出現(xiàn)明顯的抑菌現(xiàn)象，尤其是納米銀達到4 mmol/L以上在纖維周圍出現(xiàn)明顯的抑菌圈，說明涂覆了納米銀/絲膠溶膠的聚酯纖維具有優(yōu)良的抗菌性。

圖5 不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的抗菌性Fig.5 Antibacterial property of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

對涂覆了納米銀/絲膠溶膠的聚酯纖維的抗菌性做進一步定量表征，結果見表2。從表2可見，單純的絲膠涂覆的聚酯纖維(PET-SS)抑菌率在18.74%，抗菌性很低，而隨著納米銀摩爾濃度的增大，納米銀在4 mmol/L抑菌率達到92.05%，抗菌性優(yōu)良，與定性的固體抗菌性實驗結果一致。當納米銀在5 mmol/L抑菌率達到97.60%。

表2 納米銀絲膠溶膠對聚酯纖維抗菌性的影響Tab.2 Effect of nano-Ag/silk sericin on the antibacterial property of polyester fiber

3 結論

1)NaOH、乙二胺和催化劑1631共同對聚酯纖維進行堿減量處理，得到纖維表面凹凸不平結構，提高了聚酯纖維的絲膠涂覆效果。

2)仿真絲聚酯纖維的回潮率試驗表明:絲膠涂覆前后織物的回潮率由0.45%提高到1.20%以上，吸濕性得到較大改善?？咕栽囼灲Y果表明:添加了納米銀的絲膠涂覆聚酯纖維具有優(yōu)良的抗菌性，在納米銀摩爾濃度超過4 mmol/L，仿真絲聚酯纖維具有92%以上的抑菌率。

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