抗菌纖維的抗菌機(jī)理、加工方法與生態(tài)安全性分析

戴福文

摘要：本文介紹了抗菌纖維的抗菌機(jī)理、加工方法，對(duì)抗菌纖維生態(tài)安全性進(jìn)行分析，給出抗菌纖維開(kāi)發(fā)的建議。

關(guān)鍵詞：抗菌纖維;抗菌機(jī)理;加工方法;生態(tài)安全;研究分析

抗菌纖維是指采用物理或化學(xué)方法將具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的物質(zhì)引入纖維表面及內(nèi)部而成的纖維，分為天然抗菌纖維和人工合成的抗菌纖維兩種。天然抗菌纖維是指本身具有抗菌功能的天然纖維，如殼聚糖纖維、麻纖維和竹纖維等。人工合成的抗菌纖維是在化學(xué)纖維的基礎(chǔ)之上通過(guò)各種不同的方式添加抗菌物質(zhì)得到的。在抗菌纖維及織物的加工生產(chǎn)過(guò)程中，選擇安全環(huán)保的抗菌劑及加工方式達(dá)到最佳的抗菌性能是今后研究的重點(diǎn)方向。目前開(kāi)發(fā)抗菌纖維已成為抗菌紡織品的發(fā)展方向之一[1]。

1 ? ?抗菌機(jī)理

1.1 ?金屬離子接觸反應(yīng)機(jī)理[2]

金屬離子帶有正電荷，當(dāng)微量金屬離子接觸到微生物的細(xì)胞膜時(shí)，與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜發(fā)生庫(kù)侖吸引，金屬離子穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)與細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)上的巰基、氨基等發(fā)生反應(yīng)，該蛋白質(zhì)活性中心被破壞，造成微生物死亡或喪失分裂增殖能力。這是無(wú)機(jī)抗菌劑最普遍的抗菌作用機(jī)理。

1.2 ?陽(yáng)離子固定機(jī)理

細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成，在中性條件下帶負(fù)電荷。因此，細(xì)菌容易被抗菌材料上的陽(yáng)離子（如有機(jī)季銨鹽基團(tuán)）所吸引，從而降低細(xì)菌的活動(dòng)能力，抑制其呼吸功能，使其發(fā)生“接觸死亡”。另外，細(xì)菌在電場(chǎng)引力的作用下，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上的負(fù)電荷分布不均勻造成變形，發(fā)生物理性破裂，使細(xì)胞的內(nèi)臟物如水、蛋白質(zhì)等滲透體外，發(fā)生“溶菌”現(xiàn)象而死亡。

1.3 ?細(xì)胞內(nèi)容物損壞機(jī)理

有機(jī)抗菌劑大多屬于這種作用機(jī)理，它能破壞細(xì)菌的蛋白質(zhì)和核酸等結(jié)構(gòu)，并且對(duì)細(xì)菌的酶體系（酶形成、酶活性）等生理系統(tǒng)產(chǎn)生毀滅性的損壞，從而達(dá)到抗菌的目的。

1.4 ?催化激活機(jī)理

銀、鋅等微量的金屬元素，能吸收環(huán)境的能量（如紫外光，激活空氣或水中的氧），產(chǎn)生氫自由基和活性氧離子。它們能使細(xì)菌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸等與其發(fā)生反應(yīng)，破壞其正常結(jié)構(gòu)，從而使其死亡或喪失增殖能力。

2 ? ?人工抗菌纖維加工方法

2.1 化學(xué)接枝改性法

通過(guò)配位化學(xué)鍵或其他類(lèi)型的化學(xué)鍵結(jié)合具有抗菌作用的基團(tuán)對(duì)纖維表面進(jìn)行改性。該方法要求基體纖維應(yīng)含有可與抗菌劑作用的基團(tuán)，或者含有能轉(zhuǎn)換成與抗菌劑作用的基團(tuán)。但它對(duì)于抗菌基團(tuán)和原料纖維有較高的要求，而且技術(shù)也比較復(fù)雜，目前應(yīng)用還不廣泛。

2.2 ?共混紡絲法

共混紡絲是將抗菌劑和分散劑等助劑與纖維基體樹(shù)脂混合，通過(guò)熔融紡絲生產(chǎn)抗菌纖維。此方法一直是開(kāi)發(fā)功能性纖維的主要手段。日本富士紡織株式會(huì)社采用特制的超細(xì)粉碎機(jī)，制得粒徑5μm以下的殼聚糖微細(xì)粉末，然后將其混煉入粘膠纖維中制成抗菌纖維。

2.3 ?復(fù)合紡絲法

復(fù)合紡絲法是利用含有抗菌成分的纖維，與其他纖維或者不含抗菌成分的纖維通過(guò)復(fù)合紡絲組件紡制成皮芯型、并列型、鑲嵌型、中空多心型等結(jié)構(gòu)的抗菌纖維。國(guó)內(nèi)用復(fù)合紡絲法制得的抗菌滌綸大多也是皮芯結(jié)構(gòu)。復(fù)合紡絲法雖可提高抗菌纖維的耐洗滌性能，但是噴絲板的加工難度大，生產(chǎn)成本高。

2.4 ?后整理法

后整理法是采用抗菌液對(duì)纖維進(jìn)行浸漬或涂覆把抗菌劑固定在纖維上的方法，分為表面涂層法、樹(shù)脂整理法和微膠囊法。表面涂層法是將抗菌劑與涂層劑配成溶液，對(duì)纖維進(jìn)行涂層處理，使抗菌劑固著在纖維表面，從而起到抗菌效果。此加工方法比較簡(jiǎn)單，所得纖維抗菌效果也較好，但其耐洗滌性不好。樹(shù)脂整理法是將抗菌劑溶解在樹(shù)脂中配成乳化液，將纖維放在乳化液中充分浸漬，再通過(guò)軋和烘使含有抗菌劑的樹(shù)脂附著于纖維表面，從而具有抗菌功效。微膠囊法是一種新型的纖維后整理方法，特別適用于纖維的功能性整理。微膠囊法是將抗菌劑制成微膠囊，再用高分子粘合劑或涂層劑通過(guò)浸漬或噴霧的方法將微膠囊附著到纖維上，然后經(jīng)過(guò)熱定型或焙烘使之固著在纖維表面。在使用中微膠囊破裂釋放出抗菌劑，并從纖維表面擴(kuò)散而產(chǎn)生抗菌功效。

可以看出，后整理法加工方便，可以處理各類(lèi)抗菌纖維，特別是天然纖維;同時(shí)，其加工過(guò)程簡(jiǎn)便可行，可選擇的抗菌劑范圍廣[3]。在纖維的抗菌加工中，后整理法約占70%，其采用的抗菌劑主要是有機(jī)抗菌劑，其中應(yīng)用最普遍的是季銨鹽類(lèi)抗菌劑。但由于該法只是將抗菌劑附著在纖維的表面，一旦抗菌劑脫落便不能補(bǔ)充，因而所制得的抗菌纖維不耐洗滌，抗菌持久性也不好;同時(shí)該法所用的有機(jī)抗菌劑耐熱性差，具有一定的毒性和揮發(fā)性。

3 ? ?抗菌纖維生態(tài)安全性分析

3.1 ?有機(jī)抗菌防霉劑的使用

嚴(yán)格意義上講，有機(jī)抗菌防霉劑屬于農(nóng)藥的范疇，因而對(duì)纖維用抗菌防霉劑的安全性問(wèn)題必須實(shí)行嚴(yán)格管制。早期廣泛使用的抗菌防霉劑PCP已被證實(shí)是對(duì)人體有致畸致癌作用的毒性化合物。而曾大量用作紡織品抗菌整理劑和纖維改性劑的有機(jī)金屬化合物和部分無(wú)機(jī)物含有多種重金屬離子。這些重金屬離子通過(guò)與人體接觸會(huì)被人體吸收，重金屬一旦為人體所吸收，則會(huì)傾向于累積于肝臟、骨骼、腎臟、心臟及腦中。當(dāng)受影響的器官中重金屬累積至一定程度后便會(huì)對(duì)健康造成巨大的損害[4]。

在抗菌劑安全性評(píng)價(jià)中，急性毒性指標(biāo)是最重要的，如LD50（引起半數(shù)受試動(dòng)物死亡的劑量），對(duì)皮膚、黏膜和眼睛的刺激等。目前用于纖維或紡織品的抗菌劑絕大部分屬于低毒[LD50（mg/kg）≤500～5000]或中等毒[LD50（mg/kg）≤50～500]。由于用在紡織品上載荷量不同，實(shí)際對(duì)人體的危害程度可能很低或基本無(wú)害，但長(zhǎng)期的累積毒性問(wèn)題仍不可忽視。除急性毒性外，紡織品用抗菌劑的慢性毒性問(wèn)題亦應(yīng)引起足夠的重視。慢性毒性的主要考核內(nèi)容包括：致畸、致癌、致突變和對(duì)生殖系統(tǒng)的影響等。目前仍在使用的部分有機(jī)抗菌劑據(jù)稱(chēng)慢性毒性嚴(yán)重。

3.2 ?有機(jī)抗菌防霉劑的選擇

除了安全性問(wèn)題之外，一般用于熔融紡絲的有機(jī)抗菌防霉劑的耐熱性要求是：熔點(diǎn)高于成纖聚合物的軟化溫度，分解溫度在紡絲溫度以上，以確?？咕鷦┑挠行Ш亢涂咕行圆皇芗徑z影響;所選擇的抗菌劑應(yīng)具有廣譜抗菌效果，且不溶于水，以保持良好的抗菌效果的耐久性;同時(shí)保證抗菌劑本身應(yīng)與成纖聚合物具有良好的相容性;確?？咕鷦┍旧響?yīng)無(wú)色、無(wú)嗅，另外對(duì)酸、堿和光以及氧化劑具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，以保證織物的抗菌性能不受漂、染和后整理等各道化學(xué)處理工序的影響[5]。

3.3 ?無(wú)機(jī)添加劑的輻射問(wèn)題

最早源于氧化鋯用于齒科材料的輻射安全性問(wèn)題擔(dān)憂(yōu)，無(wú)機(jī)抗菌添加劑的輻射問(wèn)題才引起了重視。但科學(xué)研究已經(jīng)證明，氧化鋯本身并無(wú)輻射性，只是在開(kāi)采中，有一種共生礦與氧化鋯形影不離，很難提純，而這種共生礦的主要成分為鉿（Hf），具有放射性，因而，天然無(wú)機(jī)添加劑的輻射性問(wèn)題不容忽視，而人工合成的則沒(méi)有輻射安全性問(wèn)題。事實(shí)上，天然礦物質(zhì)原料的輻射安全性問(wèn)題遠(yuǎn)不止氧化鋯一種，以在一定條件下具有熱電或壓電效應(yīng)的天然電氣石作為功能性添加劑制得的功能性纖維，同樣面臨類(lèi)似的風(fēng)險(xiǎn)[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李會(huì)改， 萬(wàn)明， 王梅珍， 等. 銀系抗菌纖維的研究現(xiàn)狀[J].合成纖維， 2014：29-32.

[2] 馬肅， 劉崢， 袁帥， 等. 載銀劍麻抗菌纖維的制備及其抗菌性能的研究[J]. 化工新型材料， 2012，（12）：143-6.

[3] 龔文忠. 新型存儲(chǔ)緩釋抗菌纖維特征及應(yīng)用技術(shù)[J]. 非織造布， 2013，（6）：76-79.

[4] 姜潛遠(yuǎn). 鹵胺類(lèi)抗菌劑的合成及其抗菌納米纖維的制備[D]. 無(wú)錫： 江南大學(xué)， 2013.

[5] 趙博. 抗菌滌綸纖維與竹漿纖維及棉纖維混紡竹節(jié)紗的開(kāi)發(fā)[J].上海毛麻科技， 2014，（1）：29-32.

[6] 金瑞娣， 施磊， 尤克非，等. 載銅抗菌纖維的制備[J]. 印染， 2012，38（15）：1-3.

（作者單位：安徽省纖維檢驗(yàn)局/國(guó)家功能纖維及紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）