載銀抗菌劑在不同織物上的抑菌及水洗性能研究*

(安徽工程大學(xué)紡織面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蕪湖，241000)

隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高,人們對(duì)紡織品的功能要求越來越高,紡織品的抗菌性能研究成為熱點(diǎn)之一。棉織物作為一種天然纖維織物，具有穿著舒適、透濕性佳、透氣性好、與人體親和性高等十分優(yōu)良的服用性能。但棉織物本身所具有的親水性，使得其在使用、貯存和運(yùn)輸過程中很容易成為微生物附著的載體、傳播的介質(zhì)[1]。對(duì)織物有特定影響的微生物大致可以分為細(xì)菌、霉菌、酵母菌等。細(xì)菌可以在很多地方大量繁殖，產(chǎn)生難聞的氣味，對(duì)周圍環(huán)境衛(wèi)生造成負(fù)面影響; 霉菌易對(duì)紡織材料造成特殊的污點(diǎn)，從而影響其美觀及使用; 酵母菌生長(zhǎng)迅速，并在生長(zhǎng)過程中形成黏膜而產(chǎn)生難聞的氣味，對(duì)衛(wèi)生及身體健康造成負(fù)面影響[2]。由于棉織物耐微生物性能較差，從而影響織物的外觀及服用性能，并對(duì)人體健康造成危害。因此針對(duì)棉織物的抗菌性能研究越來越多，以探討減少微生物對(duì)人體的侵害[3-5]。

目前常用的抗菌劑有天然抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和無機(jī)抗菌劑等。銀系抗菌劑屬于常見的無機(jī)抗菌劑，具有抗菌譜廣、抗菌時(shí)間長(zhǎng)、最低抑菌濃度低、安全性高以及不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，因此在很多方面得到了廣泛的應(yīng)用[6-8]。在眾多具有抗菌作用的金屬中，銀的抗菌性能最佳。銀離子相對(duì)其他金屬離子而言對(duì)人體低毒，銀系抗菌劑不但能殺滅細(xì)菌，還可以從死亡細(xì)菌中游離出來，繼續(xù)與其他細(xì)菌接觸并發(fā)揮抗菌作用[9]。使用銀離子作為抗菌有效成分與無機(jī)載體進(jìn)行絡(luò)合制備抗菌劑已經(jīng)成為無機(jī)抗菌材料研究的主流方向[10]，其發(fā)展和應(yīng)用前景十分廣闊。

本文對(duì)不同織物組織的棉織物進(jìn)行抗菌后整理，對(duì)比各組織物抗菌性能的差異，并對(duì)各組棉織物的耐水洗性能以及整理劑對(duì)棉織物透氣性能的影響進(jìn)行了一定的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

殼聚糖(CS)，食品級(jí)，脫乙酰度(DAC86%～90%)，上海耐今實(shí)業(yè)有限公司；硝酸銀(AgNO3)，分析純AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；棉織物，南京美棉紡織品有限公司；硝酸(HNO3)，分析純AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉(NaCl)，分析純AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉(NaOH)，片狀，分析純AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；牛肉浸膏，生化試劑；蛋白胨，生化試劑；大腸桿菌菌種；蒸餾水；瓊脂條。

1.2 試驗(yàn)儀器

JD5002型電子天平，上海華得衡器有限公司；PHB-5型便攜式酸度計(jì)，杭州雷磁分析儀器廠；HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司；DHG-9070(A)型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；EL-400型浸軋車，上海朗高紡織設(shè)備有限公司；GNP-9050型恒溫培養(yǎng)箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋；電爐。

1.3 制備工藝

1.3.1 載銀殼聚糖抗菌劑的制備

試驗(yàn)中，稱取一定質(zhì)量的硝酸銀和殼聚糖粉末，使用適量的蒸餾水分別振蕩溶解并混合，用1 mol/L的稀硝酸溶液調(diào)節(jié)溶液pH值；使用容量瓶將溶液定容至100 mL，在水浴鍋中使用鋁箔紙密封避光加熱制得銀—?dú)ぞ厶强咕韯?/p>

1.3.2 棉織物的規(guī)格

各組棉織物的規(guī)格如表1所示。

表1 各組棉織物的規(guī)格

1.3.3 棉織物的抗菌后整理

(1)浸漬(浴比1∶30，50 ℃, 20 min)：按編號(hào)用分析天平分別稱取5 g的待整理棉織物，將織物浸在一只盛有60 mL抗菌整理劑的燒杯中，在水浴鍋中50 ℃浸漬 20 min。

(2)二浸二軋(軋余率80%～90% )：取出棉織物，調(diào)節(jié)小軋車軋余率至80%～90% ，對(duì)棉織物進(jìn)行浸軋；浸軋后將織物再次放入原整理液中，待織物完全濕潤(rùn)后，再進(jìn)行第二次浸軋。

(3)烘干：將二浸二軋的棉織物取出，置于DHG-9070(A)型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，調(diào)節(jié)溫度至80 ℃，預(yù)烘3 min；將棉織物取出，調(diào)節(jié)溫度至120 ℃，焙烘3 min。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 棉織物的抗菌性能測(cè)試

測(cè)試方法采用AATCC90試驗(yàn)法[11]。稱取一定量的牛肉浸膏、蛋白胨、氯化鈉及瓊脂條，分別加入熱水中溶解制成營(yíng)養(yǎng)基，并使用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7.0～7.2。將制作完成的營(yíng)養(yǎng)基連同培養(yǎng)皿、涂布棒、膠頭滴管等器具放入高壓蒸汽鍋中121 ℃高溫滅菌20 min。待滅菌完成后，于無菌工作臺(tái)中將營(yíng)養(yǎng)基趁熱注入培養(yǎng)皿中。待培養(yǎng)基冷卻后，使用涂布棒將稀釋過的大腸桿菌菌液均勻地涂抹在培養(yǎng)皿中的營(yíng)養(yǎng)基上，按編號(hào)貼入經(jīng)抗菌整理劑處理過的布片。將所有培養(yǎng)基翻轉(zhuǎn)，并放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。

培養(yǎng)完成后，由于試驗(yàn)布片具有抗菌效果，使得試樣周圍有抑菌環(huán)產(chǎn)生，測(cè)試并計(jì)算抑菌環(huán)的寬度，最終結(jié)果取其平均值。抑菌環(huán)計(jì)算按照公式(1)得出：

(1)

式中：W——抑菌環(huán)寬度， mm；

X——試片和抑菌環(huán)的總寬度，mm；

Y——試片的寬度，mm。

1.4.2 棉織物的水洗性能測(cè)試

測(cè)試方法參照GB 12799—1991。用中速，弱堿性不含酶和增白劑的洗滌劑，濃度為2 g/L,浴比(織物∶洗液)為1∶30，洗液溫度為(30±3) ℃，pH值≤9，水容≥30 L，待測(cè)織物取樣大小以滿足測(cè)取剩余性能為度。試樣不足時(shí)，用與試樣相同的織物補(bǔ)足。洗滌10 min后排水，漂洗2 min，脫水2 min，晾干或烘干，此為一次。如此重復(fù)，直至滿足要求的洗滌次數(shù)為止。

1.4.3 棉織物的透氣性能測(cè)試

測(cè)試方法參照GB/T 5453—1997。試驗(yàn)面積為20 cm2，壓降為100 Pa，對(duì)不同布樣進(jìn)行10次測(cè)試，并取其平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 抗菌整理劑的附著情況

對(duì)8塊樣布隨機(jī)抽取進(jìn)行試驗(yàn)觀察，圖1中分別為處理前、后棉織物的SEM照片。對(duì)比圖1中兩張照片可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的棉纖維表面相對(duì)光滑平整，處理后棉纖維表面有十分明顯的整理劑附著痕跡。圖2為處理后棉織物的能譜分析結(jié)果，由譜圖中可以看出，在纖維的表面含有C、O、 Ag等元素，其中C、O等元素是棉纖維的主要組成部分。觀察可以發(fā)現(xiàn)，能譜中還存在一定量的Ag元素。在抗菌整理劑的配制過程中，在適宜的外界條件下，由于殼聚糖分子中含有氨基側(cè)基，且—NH2鄰位是—OH，可以借助氫鍵，也可以借助鹽鍵形成具有類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的籠形分子，對(duì)銀離子產(chǎn)生穩(wěn)定配位作用，從而制得銀—?dú)ぞ厶强咕韯?。制得的整理劑?jīng)過一定工序的后整理，即可牢牢附著在棉纖維的表面。

2.2 織物的抗菌性能表征

對(duì)織物進(jìn)行抗菌性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖1 纖維表面的掃描電鏡分析

圖2 纖維表面的EDS分析圖譜

表2 抗菌試驗(yàn)結(jié)果

各織物的顯微結(jié)構(gòu)如圖3所示。對(duì)上述抑菌環(huán)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，3號(hào)和6號(hào)均為細(xì)布棉織物，2塊樣布的經(jīng)緯密度分別為27(根/cm)×27(根/cm)和35(根/cm)×34(根/cm)，兩者的經(jīng)緯密度相近，但兩者的紗線線密度分別為19和10 tex，3號(hào)布樣的紗線要比6號(hào)粗一倍。由抑菌環(huán)寬度的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，3號(hào)布樣的抗菌效果要比6號(hào)布樣略好，考慮到可能是由于更粗的紗線具有更大的比表面積所致。對(duì)斜紋布組進(jìn)行分析，2號(hào)、4號(hào)和8號(hào)均為斜紋布，由抗菌性能可以發(fā)現(xiàn)，8號(hào)﹥4號(hào)﹥2號(hào)。就經(jīng)緯密度而言，8號(hào)最大，4號(hào)次之，2號(hào)最小。由顯微照片可以看出，經(jīng)緯密度越大，使得單位面積內(nèi)棉織物對(duì)整理劑附著的比表面積越大，從而最終附著整理劑的量越大。

與此同時(shí)，8號(hào)的紗線線密度最大，為18 tex×48 tex，4號(hào)及2號(hào)的紗線線密度為18×18，8號(hào)的緯紗要比其他兩組粗2倍左右，故斜紋布組中抗菌效果最好的為8號(hào)，4號(hào)次之，2號(hào)最差。對(duì)府綢布組進(jìn)行分析，1號(hào)、5號(hào)均為府綢布，兩者的抑菌環(huán)寬度相同。對(duì)比兩者的組織參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，兩者的經(jīng)緯紗線密度以及組織的經(jīng)緯密度基本相同，故兩組布樣的抗菌性能沒有明顯的差距。最后采用的7號(hào)小提花布，經(jīng)緯密度偏小，紗線線密度偏大，故其抗菌性能相對(duì)于其他組而言略小。

圖3 織物顯微照射圖片

2.3 織物的水洗性能測(cè)試

對(duì)織物的水洗性能進(jìn)行了測(cè)試，分別采用水洗10、20、30、40次，然后測(cè)試其水洗后的抗菌性能，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 水洗試驗(yàn)的抑菌環(huán)結(jié)果單位：mm

棉織物水洗后的抗菌性能保留率如表4所示，水洗性能的相關(guān)抗菌試驗(yàn)圖片如圖4所示。對(duì)比上述各組試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)水洗10次時(shí)，各組棉織物的抗菌性能都有不同程度的下降，其中2號(hào)和5號(hào)的抗菌性能仍達(dá)到原有抗菌性能的90%左右；最差的為3號(hào)和6號(hào)，其抗菌性能只有水洗前的50%左右。當(dāng)對(duì)各組棉織物水洗20次時(shí)，各組的抗菌性能保留率均有大幅度下降，下降最大的為2號(hào)及5號(hào)，這兩組的抗菌性能下降近50%，這對(duì)產(chǎn)品的抗菌性能造成了很大的影響。抗菌性能最好的為8號(hào)，其抗菌性能保留率仍能達(dá)到70%，與水洗10次相比僅下降了7%。當(dāng)水洗超過20次后，各組的抗菌性能保留率開始趨于穩(wěn)定；對(duì)比水洗30及40次的數(shù)據(jù)可知，各組布樣抗菌性能保留率的損失為10%～20%。其中最好的一組為8號(hào)，其保留率達(dá)到了42%，其次為1號(hào)和4號(hào)，均超過20%，其余各組均為10%左右。

表4 水洗后棉織物的抗菌性能保留率(%)

圖4 織物水洗性能測(cè)試圖片

2.4 織物的透氣性能測(cè)試

對(duì)整理前后的棉織物進(jìn)行透氣性能測(cè)試，對(duì)統(tǒng)一試樣的不同區(qū)域進(jìn)行至少10次的反復(fù)測(cè)試，取其平均值。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 各組棉織物的透氣率

由處理前的數(shù)據(jù)可以看出，3號(hào)、6號(hào)、7號(hào)試樣的透氣性能最佳。對(duì)比棉織物顯微照射圖片可以看出，上述幾塊棉織物的緊湊程度較小，相對(duì)空隙較大，因此其透氣率較高。棉織物在進(jìn)行整理劑整理后，其透氣率的保留率最高的也為3號(hào)、6號(hào)、7號(hào)試樣，由此可以看出，由于棉織物的結(jié)構(gòu)相對(duì)松散以及經(jīng)緯密度偏小，使得其空隙增大，整理劑的處理對(duì)其透氣率影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。但對(duì)于其他各組棉織物而言，整理后其透氣率均損失20%～30%，對(duì)其透氣率造成了一定的影響。對(duì)其纖維圖片進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，這幾組布樣的經(jīng)緯密度均偏大，單根紗線之間的空隙較小，部分試驗(yàn)組中幾乎沒有空隙，當(dāng)整理劑附著在棉織物表面時(shí)，就會(huì)對(duì)這些空隙造成一定的堵塞和覆蓋，從而造成了試樣透氣率的下降。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)比各組布樣的抗菌性能以及組織結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，棉織物的經(jīng)緯紗密度、紗線線密度以及棉織物的緊密度、相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)均會(huì)對(duì)抑菌劑的附著造成一定影響。就抗菌性能來看，紗線越粗，經(jīng)緯紗密度越大，棉織物單位面積上的比表面積越大，越有利于抑菌劑的附著。因此8號(hào)布樣的抗菌性能最佳。

(2)對(duì)棉織物進(jìn)行水洗性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，水洗10次，對(duì)各組棉織物的抗菌性能影響不大，但當(dāng)水洗次數(shù)達(dá)到20時(shí)，棉織物的抗菌性能將會(huì)大幅下降，隨后抗菌性能趨于穩(wěn)定。當(dāng)水洗40次時(shí)，大部分試驗(yàn)組布樣的抗菌性能只有水洗前的10%～20%，只有8號(hào)布樣最高，達(dá)到了40%以上。

(3)對(duì)整理前后棉織物的透氣率對(duì)比試驗(yàn)可知，經(jīng)緯密度較大、紗線較粗的織物，其本身的透氣率較小，整理后對(duì)透氣率也具有較大的影響。

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