載金黏膠纖維的制備及其應(yīng)用性能

盧琳娜, 王成, 張峰, 陳宇岳*

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院 ，江蘇 蘇州 215000；2.沙洲職業(yè)工學(xué)院 紡織工程系，江蘇 張家港 215600；3.張家港耐爾納米科技有限公司，江蘇 張家港 215600)

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載金黏膠纖維的制備及其應(yīng)用性能

盧琳娜1, 王成1, 張峰2,3, 陳宇岳*1

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院 ，江蘇 蘇州 215000；2.沙洲職業(yè)工學(xué)院 紡織工程系，江蘇 張家港 215600；3.張家港耐爾納米科技有限公司，江蘇 張家港 215600)

以黏膠纖維和自制納米金溶液為原料，采用浸漬吸附法制備不同載金量的載金黏膠纖維；采用掃描電鏡、X-射線衍射等手段對(duì)載金黏膠纖維的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和分析，研究了載金黏膠纖維的吸濕性能、力學(xué)性能及抗菌性能。結(jié)果表明，納米金以單質(zhì)金的形式均勻負(fù)載在黏膠纖維上，最高負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2 785 mg/kg；載金前后黏膠纖維的吸濕性能和力學(xué)性能變化較?。惠d金黏膠纖維具有良好的抗菌性能，當(dāng)載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1 500 mg/kg時(shí)，載金黏膠纖維對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均可達(dá)90%以上。

黏膠纖維；納米金；吸濕性能；力學(xué)性能；抗菌性能

黃金，作為一種貴金屬?gòu)V受喜愛，但其作為一種功能材料的應(yīng)用和研究卻是近年來才開展的工作。研究表明，納米金具有優(yōu)異的光催化活性，對(duì)臭氧、有機(jī)染料等具有良好的催化降解作用[1-2]。同時(shí)納米金因良好的抗菌性能[3]、體系穩(wěn)定性[4]和生物相容性[5]等特點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景[6-7]，引發(fā)了研究熱點(diǎn)[8-9]，怎樣合理利用納米金的功能已成為新課題。

文中以黏膠纖維為納米金載體基材料制備載金黏膠纖維，以自制的納米金溶液為原料，采用浸漬吸附法制備載金黏膠纖維，探討了加工工藝參數(shù)和納米金在纖維中的沉積形式，對(duì)載金黏膠纖維的性能進(jìn)行研究和表征，為進(jìn)一步開發(fā)納米金功能材料提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料：烷基化環(huán)糊精，高碘酸鈉，氯金酸，磷酸二氫鉀，磷酸氫二鈉，均為分析純(AR級(jí)以上)；黏膠纖維，浙江富麗達(dá)股份有限公司產(chǎn)品；營(yíng)養(yǎng)瓊脂，營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基，均為生化試劑，上海盛思生化科技有限公司產(chǎn)品；大腸桿菌(E.coli)，金黃色葡萄球菌(S.aureus)，張家港市疾病預(yù)防與控制中心提供。

1.2.1 納米金溶液的制備 以高碘酸鈉為氧化劑，一定條件下與烷基化環(huán)糊精反應(yīng)得到部分醛基化環(huán)糊精溶液，將該溶液作為還原劑和保護(hù)劑稀釋至質(zhì)量濃度為3.0 g/L，與質(zhì)量濃度為2.0 g/L的氯金酸溶液等體積均勻混合，100 ℃下充分反應(yīng)10 min，即可制備得到質(zhì)量濃度為1.0 g/L的納米金溶液。

1.2.2 不同載金量載金黏膠纖維的制備 采用浸漬吸附法將2 g黏膠纖維浸漬于100 mL質(zhì)量濃度為20～100 mg/L的納米金溶液中，90 ℃高溫水浴處理180 min，后經(jīng)反復(fù)水洗并烘干即可得到不同載金量的黏膠纖維。

2 結(jié)果與討論

2.1 納米金溶液的制備

圖1(a)顯示質(zhì)量濃度分別為1 000，100，10

mg/L的納米金溶液，依次呈現(xiàn)出深酒紅色、酒紅色和粉紅色。該方法制得的納米金溶液顏色鮮艷，顆粒分布均勻，穩(wěn)定性良好，粒徑分布顯示其顆粒大小在10 nm左右，如圖1(b)所示。

圖2的TEM圖像反映了該納米金溶液具有良好的分布狀態(tài)，顆粒均勻一致，分散性較好。

2.2 載金黏膠纖維的制備

2.2.1 浸漬吸附法制備載金黏膠纖維 將2 g黏膠纖維加入到不同質(zhì)量濃度的納米金溶液，90℃高溫處理過程中可以清晰地觀察到，納米金溶液中的金顆粒已基本完全負(fù)載到黏膠纖維上，納米金溶液由酒紅色變成無色透明，黏膠纖維由白色變成紫色(見圖3)，說明采用浸漬吸附法可實(shí)現(xiàn)載金黏膠纖維的制備。

2.2.2 納米金溶液的質(zhì)量濃度對(duì)浸漬效果的影響 為了研究納米金溶液的質(zhì)量濃度對(duì)浸漬效果的影響，將2 g黏膠纖維浸漬于100 mL質(zhì)量濃度為20 ～100 mg/L的納米金溶液中，90℃水浴高溫處理180 min，利用722N型可見光分光光度計(jì)測(cè)量浸漬前后納米金溶液的吸光度，計(jì)算黏膠纖維的載金量，結(jié)果如圖4所示。

[4][5]馬克思、恩格斯：《馬克思恩格斯選集》第2卷，北京：人民出版社，1995年，第32-33頁(yè)。

圖4表明，在質(zhì)量濃度為70 mg/L時(shí)，黏膠纖維對(duì)納米金負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2 785 mg/kg。在納米金質(zhì)量濃度小于70 mg/L時(shí)，隨著質(zhì)量濃度的增加負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)幾乎呈線性增長(zhǎng)；質(zhì)量濃度大于70 mg/L時(shí)，負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨質(zhì)量濃度的增加反而下降。這是因?yàn)榧{米金粒徑小，具有小尺寸效應(yīng)和高表面能，在低質(zhì)量濃度下能較好地負(fù)載在黏膠纖維上；溶液質(zhì)量濃度較大時(shí)，納米金顆粒間的靜電斥力增加，競(jìng)爭(zhēng)吸附作用增強(qiáng)，影響負(fù)載效果。

2.3 載金黏膠纖維的SEM分析

為了了解不同載金量載金黏膠纖維表面的微觀形貌特征，制備了載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為500，1 000，1 500，2 000，2 500 mg/kg的載金黏膠纖維，利用掃描電鏡分別觀察其表面形態(tài)，并與普通未載金黏膠纖維進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，載金黏膠纖維比普通未載金黏膠纖維的縱向形貌粗糙，表面有明顯的金顆粒附著，顆粒分布較為均勻。

2.4 載金黏膠纖維的XRD分析

為了判斷載金黏膠纖維表面的金顆粒屬性，分別將未載金黏膠纖維與載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 500 mg/kg的載金黏膠纖維剪成粉末，利用D8 Advance X-射線衍射儀進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖6所示。

對(duì)比圖6b未載金黏膠纖維，圖6a載金黏膠纖維在2θ為38.2°，44.4°，64.6°，77.5°附近時(shí)出現(xiàn)了4個(gè)明顯的衍射峰，對(duì)照XRD標(biāo)準(zhǔn)JCPDS卡片表明，這些峰的位置分別對(duì)應(yīng)立方晶系金的(111)、(200)、(220)和(311)晶面。由此可以判斷，載金黏膠纖維表面金顆粒為單質(zhì)金。

2.5 載金黏膠纖維的吸濕性能和力學(xué)性能分析

為了了解浸漬吸附法對(duì)黏膠纖維吸濕性能和力學(xué)性能的影響，依據(jù)GB/T 14337—2008和GB/T 650—2008分別測(cè)試載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 500 mg/kg的載金黏膠纖維與未載金黏膠纖維的吸濕性能和力學(xué)性能，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，黏膠纖維載金后的回潮率略有下降，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)、斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)指標(biāo)也略有降低，但總體變化不大；表明負(fù)載納米金對(duì)黏膠纖維自身的吸濕性能以及力學(xué)性能影響較小，保留了普通黏膠纖維的優(yōu)良性能。由此說明，浸漬吸附法制備載金黏膠纖維具有一定的可行性。

2.6 載金黏膠纖維的抗菌性能分析

為了探究不同載金量載金黏膠纖維的抗菌性能，以未載金黏膠纖維為對(duì)照樣，參照GB 15979—2002《一次性使用衛(wèi)生用品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》附錄C5非溶出性抗(抑)菌產(chǎn)品抑菌性能試驗(yàn)方法，分別檢測(cè)載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500，1 000，1 500，2 000，2 500 mg/kg的載金黏膠纖維對(duì)E.coli和S.aureus的抑菌率，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出,隨著載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加，載金黏膠纖維的抑菌率逐漸提高。當(dāng)載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 500 mg/kg時(shí)，載金黏膠纖維對(duì)E.coli和S.aureus的抑菌率達(dá)到90%以上，表現(xiàn)出較好的抗菌效果。

表1 未載金黏膠纖維與載金黏膠纖維的吸濕性能與力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

表2 不同載金量的載金黏膠纖維抑菌率

3 結(jié)語(yǔ)

1)納米金以單質(zhì)金的形式均勻負(fù)載在黏膠纖維上，且隨著載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黏膠纖維表面金顆粒的密度顯著增加，最高載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)2 785 mg/kg。

2)浸漬吸附法制備得到載金黏膠纖維的吸濕性能和力學(xué)性能，對(duì)其本身的吸濕性能和力學(xué)性能影響較小。

3)載金黏膠纖維具有較好的抗菌性能，當(dāng)載金質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1 500 mg/kg時(shí)，載金黏膠纖維對(duì)E.coli和S.aureus的抑菌率均可達(dá)90%以上。

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(責(zé)任編輯：楊勇)

Preparation of Gold-Loaded Viscose Fibers for Application as Antibacterial Materials

LU Linna1, WANG Cheng1, ZHANG Feng2,3, CHEN Yuyue*1

(1. College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215000, China；2. Department of Textile Engineering, Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, China; 3. Zhangjiagang Nellnano Technology Company Limited, Zhangjiagang 215600, China)

In this paper, gold-loaded viscose fibers were prepared via impregnation adsorption method by immersing viscose fibers into lab made nanogold solution. Structure of the gold-loaded viscose fiber was characterized by SEM and XRD. Moisture absorption, mechanical and antibacterial properties were investigated. The results showed that nano-gold evenly distributed on the surface of viscose fibers as metallic gold and the maximum load capacity was up to 2 785 mg/kg. The moisture absorption and mechanical properties of viscose fibers after gold-loading has almost no chang.The gold-loaded viscose fibers showed excellent antibacterial property. When nano-gold content reached to 1 500 mg/kg, the antibacterial rates against bothE.coliandS.aureuswere over 90%.

viscose fiber，nano-gold，moisture adsorption，mechanical property，antibacterial property

2016-07-02；

2016-08-17。

江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(BE2013649)；江蘇省青藍(lán)工程項(xiàng)目(BE2013649)。

盧琳娜(1993—)，女，碩士研究生。

*通信作者：陳宇岳(1962—)，男，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)槔w維材料的功能化改性、纖維資源研發(fā)等。

TS 102.511.1

A

2096-1928(2016)04-0358-05

Email:chenyy@suda.edu.cn