納米銀抗菌針織物的制備與性能研究

陸葉 邵怡沁 陳慰來

摘 要：采用噴霧式抗菌后整理設(shè)備，用納米金作為負(fù)載將納米銀抗菌整理劑整理噴在滌綸針織面料上，制備具有良好耐久性能的抗菌面料。用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的織物進(jìn)行表征。結(jié)果表明：納米銀成功附著于滌綸織物上，顆粒圓潤。對比分析面料整理前后的結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械性能和舒適性能變化，并對面料進(jìn)行抗菌耐水洗性能測試。經(jīng)過抗菌后整理過程對滌綸面料基本性能的影響不大;水洗50次后，試樣仍具有抗菌性，耐久性能良好。

關(guān)鍵詞：噴霧式后整理;滌綸針織物;納米銀;抗菌織物

中圖分類號： TS184.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）06-0067-05

Preparation and Properties of Nano-silver Antibacterial Knitted Fabrics

LU Ye， SHAO Yiqin， CHEN Weilai

（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk），Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： In this paper， spray-type antibacterial finishing equipment was used. By taking nano-gold as the load， nano-silver antibacterial finishing agent was sprayed on the knitted polyester fabric to prepare antibacterial fabrics with good durability. X-ray photoelectron spectrometer and electron scanning microscope were used to characterize the fabric after antibacterial finishing. The results indicated that the nano-silver was successfully attached to the polyester fabric， and the particles were round. The structural parameters， mechanical properties and comfort before and after fabric finishing were compared and analyzed， and the antibacterial and laundry-resistant properties of the fabrics were tested. It is concluded that the antibacterial finishing process has little effect on the basic properties of polyester fabrics. After washing for 50 times， the samples still have antibacterial properties and good durability.

Key words： spray-type finishing; knitted polyester fabric; nano-silver; antibacterial fabric

收稿日期：2020-09-24 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)日期：2021-04-15

基金項(xiàng)目：2019年重點(diǎn)建設(shè)高?；痦?xiàng)目（11150031742011）

作者簡介：陸葉（1995-），女，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事紡織工程方面的研究。

通信作者：陳慰來，E-mail：wlchen193@163.com

隨著生活品質(zhì)的提升，人們對紡織品的功能性越來越重視，尤其是具有抗菌功能的紡織品。紡織品抗菌功能化的研究也在不斷探索并有新的突破[1]?？咕δ苷碇饕捎媒堈怼⒒瘜W(xué)還原等方式，常用的整理劑大致可以分為無機(jī)類、有機(jī)類和天然類[2]。納米銀穩(wěn)定性好、耐熱性高，且具有優(yōu)良的抗菌性能和安全性，常用于紡織面料的抗菌整理中。對于納米銀的抗菌機(jī)理，國外學(xué)者們進(jìn)行了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)納米銀主要通過與細(xì)菌細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)，破壞細(xì)胞，最終達(dá)到抑菌的效果[3-9]。

如今中國對于抗菌紡織品的開發(fā)研究取得了一定的成果，但是在納米粒子附著穩(wěn)定性、耐久性以及抗菌整理后織物風(fēng)格方面存在一定的問題。邵明等[10]通過浸軋法將納米銀整理到織物上，最終織物的抑菌性能達(dá)到99.9%以上，但是納米銀抗菌整理量高達(dá)89 mg/kg。周婷婷等[11]也采用浸漬法將納米銀溶液整理在滌綸織物上，使得整理后的滌綸織物具有較好的抗菌性能，但是整理后織物上銀含量較高且織物手感有一定影響。有研究采用還原法，利用棉織物的還原性和分散將銀氨溶液法直接整理到棉織物上，但整理后的面料斷裂強(qiáng)力有所下降，同時(shí)水洗50次后的抗菌棉織物抗菌效果下降明顯[12]。因此仍需要不斷加快新型抗菌整理方法的研究與開發(fā)[13]。

將滌綸/改性滌綸作為原料編織滌綸針織面料，并將納米金作為負(fù)載，采用一種新型噴霧式抗菌后整理的方式將納米銀抗菌整理劑負(fù)載在織物上，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進(jìn)行表征分析。將抗菌整理前后的面料進(jìn)行對比，分析其結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械性能、舒適性能與抗菌耐久性能。這種新型噴霧抗菌整理工藝將對制備具有較高耐久抗菌性能的滌綸紡織品具有一定的指導(dǎo)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

滌綸平針組織面料（浙江得偉紡織科技有限公司）;蒸餾水，F(xiàn)UZE 47-PHASE 1-納米金整理劑、FUZE 47-PHASE 2-納米銀整理劑（FUZE Biotech），異丙醇溶劑（廣州錦旺化工有限公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

噴霧式抗菌后整理設(shè)備（浙江得偉紡織科技有限公司），K-Alpha型X射線光電子能譜儀（美國賽默飛世爾科技公司），JSM-6700F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM，日本電子（JEOL） 公司），YG（B）141D型厚度儀（上海精密儀器儀表有限公司），YG031型電子織物氣動(dòng)頂破強(qiáng)力機(jī)（寧波大禾儀器有限公司），YM065AC型電子織物強(qiáng)力儀（萊州元茂儀器有限公司），YG461E型透氣性測試儀（溫州方圓儀器有限公司），YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀（寧波紡織儀器廠）。

2 抗菌面料制備

2.1 原料的選擇

采用滌綸紗線編織的滌綸針織面料，試樣1和2分別是未經(jīng)抗菌處理和經(jīng)過抗菌處理的織物試樣。面料的基本參數(shù)如表1所示，其中采用的滌綸為50/50滌綸/改性滌綸。

抗菌面料采用的陽離子改性滌綸長絲是用在聚酯切片中引入帶有極性基（—SO3Na）的間苯二甲酸二甲酯紡制的一種新型滌綸產(chǎn)品，其外觀與普通滌綸長絲無區(qū)別，但由于采用了離子改性，纖維的透氣性、吸濕性和上染率等方面有所改善。在后續(xù)的抗菌后整理過程，一定程度上能使納米銀粒子更好地附著于織物表面，提高織物的抗菌性能以及耐水洗性能。

2.2 抗菌后整理工藝

實(shí)驗(yàn)采用噴霧式抗菌后整理設(shè)備，其原理圖如圖1所示，具體后整理過程見圖2。

a）抗菌整理劑濃度及配比：采用蒸餾水對納米金進(jìn)行稀釋，其中蒸餾水2800 mL，F(xiàn)UZE 47-PHASE 1納米金整理劑1000 mL;采用相同量的蒸餾水對納米銀進(jìn)行稀釋，F(xiàn)UZE 47-PHASE 2納米銀整理劑1000 mL，并加入50 mL的異丙醇有機(jī)溶劑;控制納米銀與納米金的質(zhì)量濃度為3 mg/L，同時(shí)兩者的配比為1∶1，分別裝入設(shè)備容器內(nèi)。

b）噴霧設(shè)備工藝參數(shù)選擇：將坯布放到噴霧設(shè)備的滾動(dòng)輥的起始位置，啟動(dòng)氣泵，調(diào)整噴嘴流速為7 mL/min，滾動(dòng)輥的速度為15 m/min，控制面料勻速經(jīng)過噴嘴位置，使納米金和納米銀先后附著在面料表面。

c）定形：對織造后的坯布進(jìn)行定形整理，經(jīng)過抗菌處理后面料直接進(jìn)入定形設(shè)備，其中定形溫度為150℃，最終得到具有抗菌性能的滌綸面料。

3 結(jié)果與分析

3.1 XPS分析

X射線光電子能譜（XPS）通過測試物質(zhì)原子內(nèi)層的能級電子結(jié)合能，并根據(jù)結(jié)合能的特征來識(shí)別元素，是一種元素定性定量分析的高級方法。

得到抗菌處理前后的試樣表面元素全譜圖，如圖3所示。

從圖3中可見，兩組試樣的XPS全譜圖中C、O峰明顯，兩條XPS曲線只有兩處細(xì)微區(qū)別，根據(jù)結(jié)合能位置推斷是抗菌后整理面料表面Au（84.0 eV）和Ag（368.2 eV）元素發(fā)生了變化，但噴霧式的后整理方法且使用抗菌整理劑濃度較低，因此在XPS全譜圖對比曲線變化不明顯。

3.2 SEM分析

采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對抗菌整理前后的試樣進(jìn)行表面形貌觀察，如圖4所示。試樣在經(jīng)過抗菌整理前，表面粗糙沒有明顯顆粒存在。在通過抗菌整理后，通過圖4（c）中看出織物表面負(fù)載了大量的納米粒子。在放大一萬倍后如圖4（d），可看出纖維表面的納米粒子顆粒圓潤。

3.3 EDS分析

對抗菌整理前后的滌綸針織物進(jìn)行了表面纖維的能譜分析，確定抗菌整理前后纖維表面元素的變化情況，如圖5所示。在進(jìn)行掃描電鏡前，需對織物進(jìn)行噴金處理，因此不考慮表面金元素成分。

從圖5中發(fā)現(xiàn)，抗菌整理前的試樣表面出現(xiàn)了C、N、O 3種元素，而整理后的試樣表面不僅出現(xiàn)了C、N、O 3種元素，還在3 keV左右出現(xiàn)了Ag的微弱吸收峰，可見本文采用的噴霧式抗菌整理方法成功將納米粒子負(fù)載在面料表面。

3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

對所有試樣的密度、厚度進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過噴霧抗菌整理后的試樣在密度與厚度方面并未發(fā)生任何變化，因?yàn)榧{米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負(fù)載納米粒子濃度較低，最終對面料的基本參數(shù)沒有產(chǎn)生影響。

3.5 機(jī)械性能和舒適度性能分析

常見的銀離子抗菌織物以及經(jīng)浸軋后整理方法制備的抗菌織物，由于制備過程和試劑作用導(dǎo)致纖維表面和織物性能發(fā)生變化，最終可能會(huì)影響織物的力學(xué)性能和舒適性能。從頂破性能、拉伸斷裂性

能以及透氣透濕性能這幾個(gè)方面對抗菌后整理前后的試樣進(jìn)行測試分析，評估抗菌整理對織物的性能影響，結(jié)果如圖6所示。

從圖6中看出，試樣1、2的兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在抗菌后整理前后變化不明顯，經(jīng)過抗菌后整理的試樣橫向拉伸斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率以及透氣透濕性能有所下降，但是頂破性能和縱向拉伸斷裂強(qiáng)力有一定提升，因此總體而言，經(jīng)過抗菌后整理過程對滌綸面料基本性能的影響不大?？梢姡瑖婌F式抗菌后整理相對來說是一種較好的制備方法，對制備的抗菌面料性能不會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

3.6 抗菌耐久性能分析

抗菌性能：根據(jù)GB/T 20944.3—2008 《紡織品抗菌性能的評價(jià)第3部分：振蕩法》，革蘭氏陽性菌

金黃色葡萄球菌（S.aureu）和革蘭氏陰性菌大腸桿菌（E.coli）為試驗(yàn)菌種。待測樣對S.aureu和E.coli的抑菌率均大于等于70%，表明樣品具有一定的抗菌作用。

抗菌耐久性能：按照前述標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20944.3—2008，對測試樣進(jìn)行50次標(biāo)準(zhǔn)洗滌，測試其抗菌耐久性，測試結(jié)果如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)來看，抗菌試樣無論在水洗前還是水洗后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%，因此試樣具有抗菌性能。對比水洗前后的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌率，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組試樣2的抑菌率在水洗50次后仍能保持在97%以上。目前常用的浸軋工藝制備的抗菌面料，抗菌持久性能以及織物風(fēng)格具有一定的局限性。可見，噴霧式抗菌后整理方法能有效地改善滌綸纖維與抗菌整理劑結(jié)合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等問題，是較為科學(xué)的一種抗菌后整理方法。

4 結(jié) 論

本文研究了一種針織滌綸面料的噴霧式抗菌整理方法，對抗菌整理前后的針織滌綸面料進(jìn)行各項(xiàng)性能對比分析，得到以下結(jié)論：

a）采用噴霧式抗菌后整理方法對針織滌綸面料進(jìn)行抗菌處理，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進(jìn)行表征，結(jié)果表明納米金銀粒子成功附著于滌綸織物上，且分布較為均勻。

b）對抗菌整理前后的面料進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械性能和舒適性能測試分析。實(shí)驗(yàn)組的兩塊試樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械性能和舒適性能影響不大，因?yàn)榧{米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負(fù)載金銀納米粒子濃度較低。實(shí)驗(yàn)組與參照組的結(jié)構(gòu)參數(shù)差異不大。

c）對整理后的面料進(jìn)行抗菌性能和耐久性能測試分析。試樣在水洗50次后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%，因此在水洗后仍具有抗菌性能。在水洗50次后，抗菌制備的面料抑菌率仍能達(dá)到97%以上，具有良好的抗菌耐久性能。

目前采用的浸軋工藝方法存在滌綸纖維與抗菌整理劑結(jié)合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等問題，且對制備的抗菌面料織物風(fēng)格有一定的影響。采用噴霧制備工藝對處理前后的面料性能影響微小，且經(jīng)過水洗50次后仍具有較高的抑菌性能，因此為滌綸纖維抗菌耐久性改善提供了一種新的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹陳華.耐久性納米抗菌面料研發(fā)[D].西安：西安工程大學(xué)，2018.

[2]趙欣，朱健健，李夢，等.我國抗菌劑的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)狀[J].材料導(dǎo)報(bào)，2016，30（7）：68-73

[3]謝小保，李文茹，曾海燕，等.納米銀對大腸桿菌的抗菌作用及其機(jī)制[J].材料工程，2008，36（10）：106-109.

[4]MATSUMURA Y，YOSHIKATAK，KUNISAKI S I， et al.Mode of bactericidal action of silver zeolite and its comparison with that of silver nitrate[J].Applied and Environmental Microbiology，2003，69（7）：4278-4281.

[5]王靜，冀志江，水中和，等.納米銀溶膠與大腸桿菌作用及作用機(jī)理研究[J].材料導(dǎo)報(bào)，2013，27（24）：4-8.

[6]VISHNUPRIYA S， CHAUDHARIK，JAGANNATHAN R， et al. Single-cell investigations of silver nanoparticle-bacteria interactions[J].Particle&Particle Systems Characterization，2013，30（12）：1056-1062.

[7]OUDA SAHAR H. Some nanoparticles effects on Proteus sp. and Klebsiella sp. isolated from water[J].American Journal of Infectious Diseases and Microbiology， 2014，2（1）：4-10.

[8]LI W R，XIE X B，SHI Q S，et al.Antibacterial activity and mechanism of silver nanoparticles on Escherichia coli[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2010，85（4）：1115-1122.

[9]HWANG E T，LEE J H，CHAE Y J，et al.Analysis of the toxic mode of action of silver nanoparticles using stress-specific bioluminescent bacteria[J].Small，2008，4（6）：746-750.

[10]邵明，趙敏，周翔.棉織物納米銀抗菌整理[J].印染，2006， 32（10）：1-4.

[11]周婷婷，林紅，陳宇岳.納米銀的制備及其對滌綸織物抗菌整理[J].紡織學(xué)報(bào)，2011，32（12）：98-102.

[12]高曉紅，賈雪平.抗菌棉織物的納米銀原位制備及其性能[[J].印染，2014，40（5）：15-18.

[13]張治斌，李剛，毛森賢，等.滌綸及其織物抗菌功能改性的研究與開發(fā)[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2019（3）：67-70.