棉用反應(yīng)性抗菌整理劑的應(yīng)用性能

倪中秀，李杰國，沈 華，高琴文，朱 泉

（1.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程系，安徽 合肥 230011；2.廣東德美精細(xì)化工股份有限公司，廣東 佛山 528305；3.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620）

棉用反應(yīng)性抗菌整理劑的應(yīng)用性能

倪中秀1，李杰國2，沈 華2，高琴文2，朱 泉3

（1.安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程系，安徽 合肥 230011；2.廣東德美精細(xì)化工股份有限公司，廣東 佛山 528305；3.東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620）

對自制的棉用反應(yīng)性抗菌整理劑進(jìn)行應(yīng)用性能的探討，通過正交試驗(yàn)得出最佳整理工藝，即浴比為1∶10，吸附溫度為65℃，吸附時(shí)間為35 min，固著溫度為85℃，固著時(shí)間為25 min，無水硫酸鈉用量為40 g／L，無水碳酸鈉用量為30 g／L.抗菌試驗(yàn)結(jié)果表明：隨著抗菌整理劑用量的增加，織物的抗菌效果也增加，當(dāng)抗菌劑用量達(dá)到10%（相對織物質(zhì)量百分比，owf）時(shí)，織物對于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均達(dá)100%；多次洗滌后織物的抗菌率有所下降，但50次洗滌后織物的抗菌率仍在82%以上.同時(shí)試驗(yàn)也表明，經(jīng)抗菌整理后織物的物理及力學(xué)性能變化不大.

抗菌整理劑；棉織物；抗菌率

眾所周知，微生物在合適的溫度、濕度條件下容易滋生，棉織物是微生物生長的極好媒介物，為了不讓微生物損害人體及棉織物的服用性能，人們使用抗菌整理劑對棉織物進(jìn)行抗菌整理［1］.

2，4，4′-三氯-2′-羥基二苯醚作為一種重要的殺菌劑和抑菌劑，具有優(yōu)良的殺菌效果，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，但其本身不具備反應(yīng)活性，難以與棉織物反應(yīng)達(dá)到耐久抗菌整理效果［2-4］.文獻(xiàn)［5］以2，4，4′-三氯-2′-羥基二苯醚為母體化合物，首先以氯磺酸為磺化劑引入水溶性基團(tuán)，然后與三聚氯氰反應(yīng)引入活性基團(tuán)，從而制備出具有反應(yīng)活性的水溶性一氯均三嗪基氯代羥基二苯醚化合物，該化合物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均有良好的抗菌效果.本文在文獻(xiàn)［5］的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并合成了一種單一分子結(jié)構(gòu)化合物的新型抗菌整理劑，并對該抗菌劑的應(yīng)用性能進(jìn)行系統(tǒng)研究.

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

純棉平紋梭織布：經(jīng)緯紗線密度為14.58 tex×14.58 tex，經(jīng)緯紗密度為 433 根／10 cm× 276根／10 cm，幅寬為145 cm，面密度為101 g／m2；純棉高密府綢：經(jīng)緯紗線密度為14.58 tex×14.58 tex，經(jīng)緯紗密度為551根／10 cm×551根／10 cm，幅寬為160 cm，面密度為150 g／m2；純棉針織布：紗線線密度為29 tex×2，幅寬為193 cm，面密度為280 g／m2，規(guī)格為45 cm／100 G.

無水硫酸鈉、無水碳酸鈉、瓊脂粉、蛋白胨和牛肉浸膏，均為生化試劑；抗菌整理劑，自制.

自動控制高壓蒸汽滅菌器（上海茸研儀器有限公司）；DZF-6053型真空干燥箱（天津天有利科技有限公司）；ZHWY-100B型恒溫培養(yǎng)振蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司）；GSP-9050 MBE型隔水式恒溫培養(yǎng)箱（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；Rapid小樣定型機(jī)（XIAMEN RAPID CO.LTD.）；UltraScan VIS型電腦分光測色儀（Hunter Lab）；HD 026N型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；YG 461型織物透氣性測試儀 （天津尼科斯測試技術(shù)有限公司）.

1.2 制備方法

2-氯-4-羥基-5-（2，4-二氯苯氧基）苯磺酸鈉的制備過程參見文獻(xiàn)［5］，其結(jié)構(gòu)式如下：

向500 m L三口燒瓶中加入180.4 g的2-氯-4-羥基-5-（2，4-二氯苯氧基）苯磺酸鈉溶液，使用冰水混合物使體系溫度降至0～5℃.溫度穩(wěn)定后，少量多次加入10 g三聚氯氰，0～5℃下保溫?cái)嚢?.5 h，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氫氧化鈉調(diào)節(jié)體系的p H值至6.5.使用加熱套升溫，使體系溫度升至50℃，然后加入4.4 g間苯二胺磺化物，保溫反應(yīng)3 h，期間每隔0.5 h用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈉將體系p H值調(diào)至6.5，產(chǎn)物為淺棕色液體，其結(jié)構(gòu)式如下：

所得反應(yīng)性抗菌劑溶液不需經(jīng)進(jìn)一步處理，可直接應(yīng)用于織物抗菌整理.

1.3 整理工藝

采用浸漬法，用所制備的反應(yīng)性抗菌整理劑對純棉織物進(jìn)行整理，具體工藝過程如下：室溫條件下，往溢流染色機(jī)中加入織物和一定用量的整理劑（0～12%，相對織物質(zhì)量百分比，owf），使浴比為1∶10，并以2℃／min的速率升溫至50～70℃，然后加入無水硫酸鈉，保溫20～40 min；保溫結(jié)束后加入無水碳酸鈉，并繼續(xù)以2℃／min的速率升溫至65～85℃，保溫20～40 min；保溫結(jié)束后排液，室溫下清水洗1次后烘干.

1.4 織物性能測試

1.4.1 抗菌性

測試菌種：革蘭氏陽性菌-金黃色葡萄球菌（ATCC6538）和革蘭氏陰性菌-大腸桿菌（ATCC 8099）.

定量測試方法：參照FZ／T 73023—2006中附錄D8—振蕩法，對試樣進(jìn)行抗菌性能定量測試.

緩沖液的配制：稱取2.84 g磷酸氫二鈉和1.36 g磷酸二氫鉀，加蒸餾水溶解于1 L容量瓶中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)p H 值至7.2～7.4，配得0.03 mol／L的磷酸鹽緩沖液.將緩沖液倒入錐形瓶中，用醫(yī)用紗布塞緊錐形瓶口，用紙包住，再用棉線捆扎封口，放入高溫高壓滅菌鍋內(nèi)121℃下滅菌20 min，冷卻備用.

抗菌性試驗(yàn)的具體操作如下所述.

（1）接種.將裝有抗菌織物試樣和空白試樣的錐形瓶打開，在每只燒瓶中加入35 m L的緩沖液.用滅過菌的移液管往每只錐形瓶中加入2.5 m L接種菌液.蓋好錐形瓶后，設(shè)置恒溫振蕩器溫度為23.5℃，振蕩速率為150 r／min，在恒溫振蕩器上振蕩18 h.

（2）振蕩后取樣并培養(yǎng).振蕩18 h后，用移液管從錐形瓶中吸取1 m L液體，加入備有9 m L緩沖液的試管中，混合均勻.依次重復(fù)振蕩后取樣操作，并用10倍稀釋法進(jìn)行系列稀釋.從不同稀釋度的試管中取1 m L液體放入培養(yǎng)皿中，然后倒入10～15 m L固體培養(yǎng)基，蓋好培養(yǎng)皿，凝固后倒置，于37℃下放置24～48 h，然后計(jì)算菌落數(shù).

（3）計(jì)算抗菌率.記錄菌落數(shù)Z，菌落數(shù)測定以計(jì)數(shù)在30～300的培養(yǎng)皿為標(biāo)準(zhǔn).試樣活菌數(shù)K（cfu／m L）與菌落數(shù)的關(guān)系如式（1）所示.

式中：N為稀釋倍數(shù)，N＝0，1，2，….

對同一試樣至少做3次平行試驗(yàn)，然后取平均值.

試樣的抗菌率Y的計(jì)算如式（2）所示.

式中：W和Q分別經(jīng)抗菌整理前后試樣的活菌數(shù)（cfu／m L）.

（4）有效性判斷.若空白試樣（未經(jīng)抗菌整理的試樣）的活菌數(shù)在106cfu／m L以上，認(rèn)為試驗(yàn)有效，否則無效，需重做試驗(yàn).

1.4.2 耐洗性

參照FZ／T 73023—2006進(jìn)行耐洗性測試.

陪洗織物：若干塊兩層純滌針織物，每塊織物面密度約為試驗(yàn)織物的（100±25）%，尺寸為（30±3）cm×（30±3）cm，并將兩層織物的邊緣縫合在一起.

洗滌條件及程序如下：

將2 g／L標(biāo)準(zhǔn)洗滌劑及自來水加入洗衣機(jī)中，控制浴比為1∶30，水溫為（40±3）℃，將試樣放入洗衣機(jī)中，經(jīng)5 min洗滌后，在室溫下用自來水進(jìn)行清洗.洗2 min，脫水30 s，再洗2 min，脫水30 s，記為一個(gè)循環(huán)，算作洗滌1次.重復(fù)洗滌直至完成要求的洗滌次數(shù).為防止殘留的洗滌劑干擾抗菌測試，最后一次洗滌采用大量的自來水徹底清洗試樣織物，然后將試樣脫水后烘干，即可用于抗菌性能測試.

1.4.3 物理力學(xué)性能測試

（1）白度.按照GB 8425—1987，使用電腦分光測色儀測定試樣白度，每塊試樣測試5個(gè)不同部位的白度，取5個(gè)數(shù)據(jù)的平均值表示試樣的白度.

（2）透氣性能.按照GB／T 5453—1997，每塊試樣測試5個(gè)不同部位的透氣性，取5個(gè)數(shù)據(jù)的平均值表示試樣透氣性.

（3）頂破強(qiáng)力.按照 GB／T 19976—2005，首先從試樣5個(gè)不同部位剪取圓形，圓形直徑為6 cm，測試頂破強(qiáng)力，取5個(gè)數(shù)據(jù)的平均值表示該試樣的頂破強(qiáng)力值.

2 結(jié)果與討論

2.1 整理工藝正交試驗(yàn)

選擇純棉針織布為測試織物，整理劑用量為織物質(zhì)量的2%，浴比為1∶10，采用6因素5水平正交試驗(yàn)，研究吸附溫度（A）、吸附時(shí)間（B）、固著溫度（C）、固著時(shí)間（D）、無水硫酸鈉用量（E）和無水碳酸鈉用量（F）這6個(gè)因素對整理后試樣抗菌率的影響，抗菌率測試時(shí)以大腸桿菌為試驗(yàn)菌種.正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分別如表1和2所示.

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 The orthogonal test design

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of the orthogonal test

由表2可以看出，即使整理劑用量（owf）只有2%，抗菌整理后部分試樣的抗菌率也能達(dá)到90%以上，說明該整理劑具有極佳的抗菌效果.計(jì)算可知，整理過程中影響抗菌率的因素由高到低的順序?yàn)闊o水硫酸鈉用量（E）＞無水碳酸鈉用量（F）＞固著溫度（C）＞固著時(shí)間（D）＞吸附溫度（A）＞吸附時(shí)間（B）.極差分析可得優(yōu)化工藝條件為A4B4C5D2E5F5，與之對應(yīng)的整理工藝：吸附溫度為65℃，吸附時(shí)間為35 min，固著溫度為85℃，固著時(shí)間為25 min，無水硫酸鈉用量為40 g／L，無水碳酸鈉用量為30 g／L.

2.2 抗菌性能

2.2.1 整理劑用量對織物抗菌效果的影響

參照2.1節(jié)所得的優(yōu)化工藝條件，在該工藝條件下采用不同用量的整理劑整理純棉針織物，并分別以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為試驗(yàn)菌種，采用振蕩燒瓶法進(jìn)行抗菌測試，考察抗菌整理劑對不同菌種的抗菌效果，并以大腸桿菌為例測試整理后織物的耐洗性能，對整理后織物分別進(jìn)行0，10，20，30和50次洗滌，結(jié)果如表3和4所示.

表3 整理劑用量對織物抗菌效果的影響Table 3 The effects of finishing agent dosage on the fabric antibacterial rate

由表3可知，隨著整理劑用量的增加，織物的抗菌效果也隨之增加.當(dāng)整理劑用量（owf）為1%時(shí)，其對大腸桿菌具有一定殺菌效果，但對金黃色葡萄球菌沒有效果；當(dāng)整理劑用量（owf）為5%時(shí)，對兩種菌種均具有良好的殺菌效果；當(dāng)整理劑用量（owf）為10%時(shí)，整理后織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均為100.00%.

表4 不同整理劑用量下洗滌次數(shù)對織物抗菌率的影響Table 4 The effects of washing times on the fabric antibacterial rate under different finishing agent dosage

由表4可以看出，在不同整理劑用量下，隨著洗滌次數(shù)增多，織物的抗菌率均有所下降，但幅度均很小.抗菌整理后織物經(jīng)50次洗滌后，其抗大腸桿菌的抗菌率仍在82%以上.由此表明，本文所制備的反應(yīng)性抗菌整理劑具有優(yōu)良的耐洗滌性能.

2.2.2 織物結(jié)構(gòu)對抗菌效果的影響

改變整理劑用量，在優(yōu)化抗菌整理工藝條件下對平紋、高密府綢和針織棉織物進(jìn)行整理，考察織物結(jié)構(gòu)對抗菌性能的影響，結(jié)果如表5所示.

表5 織物結(jié)構(gòu)對其抗菌性能的影響Table 5 The effects of fabric construction on the fabric antibacterial rate

從表5可以看出，當(dāng)整理劑用量（owf）為2%，平紋棉織物的抗菌效果較差，主要是由于所用平紋織物較為稀薄，整理時(shí)相對帶液量低所致.在其他整理劑用量下，抗菌整理后3種織物的抗菌效果都非常好.由此表明，在恰當(dāng)?shù)挠昧織l件下，該抗菌整理劑對不同結(jié)構(gòu)純棉織物均有良好的抗菌效果，適用于多種棉織物的抗菌功能整理.

2.3 整理前后織物的物理力學(xué)性能變化

在優(yōu)化抗菌整理工藝條件下，使用不同用量抗菌劑整理純棉針織物，并測試整理前后織物的物理機(jī)械性能，結(jié)果如表6所示.

表6 不同用量整理劑整理前后織物的物理力學(xué)性能變化情況Table 6 The change of mechanical properties of the fabric before and after finished by different finishing agent dosage

由表6可知，抗菌整理后織物白度和透氣率均稍有降低，但隨著整理劑用量的增加，織物的白度和透氣性均未進(jìn)一步降低.而抗菌整理后棉織物的頂破強(qiáng)力沒有呈明顯的變化規(guī)律，且差值較小.總體而言，抗菌整理前后織物的物理力學(xué)性能變化較小，表明所制備的整理劑適宜于棉織物的耐久抗菌整理.

3 結(jié) 語

本文對一種新型反應(yīng)性棉用抗菌整理劑的應(yīng)用性能進(jìn)行研究，采用6因素5水平正交試驗(yàn)確定了該抗菌整理劑的最佳整理工藝：浴比為1∶10，吸附溫度為65℃，吸附時(shí)間為35 min，固著溫度為85℃，固著時(shí)間為25 min，無水硫酸鈉用量為40 g／L，無水碳酸鈉用量為30 g／L.采用所制備的抗菌整理劑，對棉織物進(jìn)行抗菌整理，并分別測試了不同整理劑用量下和不同結(jié)構(gòu)織物的抗菌性及物理力學(xué)性能.試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)條件下整理后織物抗菌率均高于70%，部分達(dá)到90%以上，說明該整理劑具有極佳的抗菌效果；隨反應(yīng)性抗菌整理劑用量的增加，織物的抗菌效果隨之增加，且50次洗滌后織物的抗菌率均在82%以上；織物結(jié)構(gòu)對抗菌性能影響較??；整理前后織物的物理力學(xué)性能變化不大.

［1］蘭克健.新型抗菌除臭整理面料的研制［J］.印染，2001，27（8）：11-12.

［2］MODEL E，BINDLER J.Halogenated 2-acryloxy-diphenylether as bactericides and fungieids：US，3784694［P］.1974-01-08.

［3］DI TEODORO A，H?LZL W，REINEHR D，et al.Process for the preparation of 4， 4′-dihalogen-o-hydroxydiphenyl compounds：US，6596907［P］.2003-07-22.

［4］馬夢林.鹵代苯醚類化合物的合成與抑菌活性研究［D］.成都：四川大學(xué)化學(xué)學(xué)院，2003：1-5.

［5］HE J X，ZHU Q，WANG J S.The synthesis of the reactive antibacterial agents and their antibacterial activities［J］.Journal of China Textile University：English Edition，1998，15（4）：1-5.

Application Performances of Reactive Antibacterial Finishing Agent for Cotton

NIZhong-xiu1，LIJie-guo2，SHENHua2，GAOQin-wen2，ZHUQuan3

（1.Department of Textile Engineering，Anhui Vocational Technical College，Hefei Anhui 230011，China；2.Dymatic Chemicals Inc.，F(xiàn)oshan Guangdong 528305，China；3.College of Chemistry，Chemical Engineering and Biotechnology，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The application performance on cotton fabric of the reactive antibacterial agent synthesized in the lab was discussed.The optimal finishing process was obtained by a series of perpendicular experiments，that is，bath ratio 1∶10 adsorption for 35 min at 65℃，and then fixing for 25 min at 85℃，sodium sulfate 40 g／L，sodium carbonate 30 g／L.The antibacterial experiment result showed that the antibacterial rate of the treated fabric increased with the increasing of antibacterial agent amount，and the antibacterial rate reached to 100%when the dosage of the agent was 10%（on the weight of fabric，owf）.After washing the fabric repeatedly，the antibacterial rate declined，but still above 82%after 50 times laundering.Meanwhile，the experiment result also indicated that the physical and mechanical properties of the fabric were insignificant after antibacterial finishing.

antibacterial finishing agent；cotton fabric；antibacterial rate

TS 190.6

A

2013-12-30

倪中秀（1963—），女，安徽桐城人，副教授，碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔棶a(chǎn)品的開發(fā)研究與教學(xué)工作.E-mail：nizhongxiu＠aliyun.com

朱 泉（聯(lián)系人），男，教授，E-mail：qzhu＠dhu.edu.cn

1671-0444（2014）03-0306-05