芦荟纳米银在真丝织物上的应用研究

林 红，黄小萃，2，周婷婷，刘 艳，陈宇岳

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.苏州市纤维检验所，国家丝绸及服装产品质量监督检验中心，江苏 苏州 215000)

芦荟纳米银在真丝织物上的应用研究

林 红1，黄小萃1，2，周婷婷1，刘 艳1，陈宇岳1

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021；2.苏州市纤维检验所，国家丝绸及服装产品质量监督检验中心，江苏 苏州 215000)

为赋予真丝制品新的功能，拓展其应用领域，采用自制的芦荟纳米银溶液整理真丝织物，测试其抗菌和抗紫外性能。研究表明，采用植物芦荟可成功制备纳米银，整理的真丝织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率可达99.71 %和99.54 %，且耐洗性良好。真丝织物的UPF值由处理前的6.52提高到处理后的36.62，且洗涤50次后UPF值仍可达24以上。芦荟纳米银整理真丝织物具有良好的抗菌性能和紫外线屏蔽效果。

真丝织物；芦荟纳米银；抗菌；抗紫外

随着生活水平的提高，人们对服装的功能性也提出了更高的要求。普通真丝制品在抗菌、抗紫外等功能性方面尚有欠缺，有效地对其进行功能性整理，可拓宽真丝制品的应用领域。纳米材料因其具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特性，具有诱人的应用前景。将功能纳米材料应用到纺织品功能整理领域，开发多功能、高附加值的功能织物，是纺织业的重要研究方向之一[1]。

芦荟是一种集医疗、美容、保健、观赏于一身的天然植物，含有丰富的芦荟苷、芦荟大黄素和芦荟苦素等蒽醌类物质，同时也含有多糖、多种氨基酸、有机酸、维生素、矿物质及生物活性酶等[2]。其多种特殊的功效早已引起人们的关注，芦荟提取物用于纺织品整理方面的研究也越来越受到重视[3]。本研究采用自制的芦荟纳米银溶液整理真丝织物，研究了整理后真丝织物的抗菌和抗紫外性能。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

材料：桑蚕丝电力纺(64 g/m2)，库拉索芦荟(市售)，AgNO3(分析纯)，氨水(分析纯)。大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)(苏州大学生命科学学院)。

仪器：HPPS 5001型激光粒度分布仪(英国马尔文公司)，TecnaiG220型透射电镜(美国FEI公司)，S-570型扫描电子显微镜(日本日立公司)，PLA-SPECI型等离子体发射光谱仪(美国Leeman公司)，D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪(日本理学)，UV-1000F型抗紫外因子测试仪(美国Labsphere公司)。

1.2 纳米银溶液的制备及其表征

芦荟含有丰富的多糖及一些具有高度活性的酚类化合物，可将银离子还原为纳米银[4]；同时多糖和蒽醌类化合物中的羟基，可以和银离子配位，从而吸附到生成的纳米银的表面[5]，防止纳米银团聚，进而得到稳定的纳米银溶液。

1.2.1 纳米银溶液的制备

将芦荟叶片洗净、切块，用榨汁机榨成汁液后，煮沸5 min，冷却后过滤，滤液备用。芦荟液与银氨溶液的体积比为10∶1，银氨浓度为0.005 mol/L(AgNO3和氨水制备银氨溶液，氨水不过量)，配比溶液，常温下反应24 h，待测。

1.2.2 纳米银的XRD测试

将纯净芦荟液和反应后的芦荟纳米银溶液置于真空干燥箱内干燥后，研磨成粉末状，利用D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪测试。测试条件：管电压40 kV，管电流30 mA，扫描速度2(°)/min，2θ为20°～80°。

1.2.3 纳米银的UV-Vis测试

取反应后的芦荟纳米银溶液，在U-3010紫外-可见分光光度仪中测试该溶液的紫外吸光度。

1.2.4 纳米银的粒径测试

取5～10 mL制备的纳米银溶液在HPPS 5001型激光粒度分布仪的测试皿中于25 ℃下测试。

1.2.5 纳米银的TEM测试

取一定量纳米银溶液，滴加于铜网上，自然晾干后用TecnaiG220型透射电镜观察。加速电压200 kV，点分辨率0.24 nm，线分辨率0.14 nm。

1.3 织物整理及其测试

1.3.1 整理工艺

采用浸渍法整理真丝织物，浴比1∶50，40 ℃下浸渍60 min，取出水洗后，自然状态下晾干。

1.3.2 纤维表面形态

用S-570型扫描电子显微镜(SEM)放大一定倍数观察纤维的纵向表面形态。

1.3.3 织物上银含量

取50 mg整理后真丝织物，用10 mL浓硝酸(65 %)溶解，用水稀释10倍。用PLA-SPECI型等离子体发射光谱仪测量溶液在Ag波段(328 nm)上的值，在此基础上计算织物上银含量。

1.3.4 抗菌性能

参照FZ/T 73023－2006《抗菌针织品》标准，选用革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中最具有代表性的两个菌种——大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为测试菌种，通过测定未整理织物与纳米银整理织物中细菌数量的变化，评价整理织物的抗菌性能。采用菌落计数法测定细菌数量。织物试样的抗菌性能以抑菌率表示，抑菌率Ω/%＝(1－B/A)×100。其中，A为未整理织物上的活菌数，B为纳米银整理织物的活菌数。

1.3.5 抗紫外性能

采用Labshere UV-1000F型纺织品抗紫外因子测试仪，测定波长250～450 nm范围内的光线透过率和织物防紫外系数UPF，每块布样不同位置测量5次，取平均值。根据GB/T 18830－2002《纺织品 防紫外性能的评定标准》，即样品的紫外线防护系数UPF＞30，且日光紫外线UVA的透过率T(UVA)AV＜5 %时，可称为“防紫外线产品”[6]。

1.3.6 抗菌、抗紫外耐洗性能

参照FZ/T 73023－2006《抗菌针织品》中附录C的简化洗涤条件及程序，对整理织物进行10、20、50次标准洗涤。用2 g/L标准合成洗涤剂，浴比1∶30，水温(40±3)℃，洗涤5 min，清洗2 min，为洗涤1次。

2 结果和讨论

2.1 芦荟液及纳米银溶液的XRD分析

X射线衍射技术是鉴定物质晶相的有效手段，通过X射线衍射图谱可以确定纳米单元的结构参数，获得纳米粒子排布的变化情况，确定纳米粒子的粒径分布和分析晶体的结构。

图1为芦荟液和制取的芦荟液纳米银的X射线衍射图谱。与图1a相比，图1b中在(111)、(200)、(220)和(311)4个晶面出现明显的峰值，峰位置与JCPDS卡上数据(JCPDS NO.4-0781)一致。可以断定，产物是单质银[8]。这一结论同时也证明了芦荟在纳米银溶液制备过程中发挥了还原剂的作用，银离子(Ag+)被还原为单质银(Ag0)，并形成纳米银。

2.2 纳米银的UV-Vis图谱分析

金属胶体在紫外-可见光区有吸收带或者吸收区，这是由于等离子共振激发或者带间跃迁形成的[9]。在紫外-可见光范围内的特征吸收是纳米银颗粒的重要性质，因此，在纳米银材料的研究中，常常采用紫外-可见吸收光谱来表征纳米银的形成和跟踪纳米银的形成过程。不同晶形的纳米银颗粒，其紫外-可见特征吸收峰的形状也不同，在400 nm左右出现的特征吸收峰，则表明了球形纳米银颗粒的形成[10]。

图1 芦荟纳米银XRD图谱Fig.1 XRD spectrum of aloe solution(a) and aloe nano-silver solution (b)

本研究对制备的溶液进行了紫外-可见吸收光谱分析。如图2所示，在412 nm处出现特征吸收峰，这是纳米级银颗粒在紫外可见光区的吸收峰，说明成功制备了球形芦荟纳米银。

图2 纳米银颗粒的紫外-可见吸收光谱Fig.2 UV-Vis spectra of aloe nano-silver solution

2.3 纳米银的粒径分布

图3为芦荟纳米银溶液的粒径分布直方图。由图3可知，纳米银平均粒径约为5.27 nm，粒径分布较窄，说明制得的纳米银在溶液中分散性较好。

图3 芦荟纳米银的粒径分布直方图Fig.3 Size distribution histogram of aloe nano-silver

2.4 纳米银的TEM形貌分析

对制备的芦荟纳米银溶液中的颗粒进行透射电镜观察，结果如图4所示。可以看出，制得的纳米银形貌约呈球形。结合图3的结果，进一步验证成功制备了芦荟纳米银溶液，且分散均匀。

2.5 纤维表面形态

图5为纳米银整理前后真丝纤维的纵向微观形态。可以看出，普通真丝纤维的表面光滑、平整。经纳米银整理后，丝纤维表面明显附着大量的纳米级银颗粒，且分布较均匀，纳米银成功整理到真丝织物上。

图4 芦荟纳米银的TEM照片Fig.4 TEM photo of aloe nano-silver

图5 真丝纤维的纵向表面形态Fig.5 Longitudinal surface morphology of silk fi bers by SEM

2.6 织物的抗菌性能

由表1可知，整理后真丝织物具有优异的抗菌性能。随着洗涤次数的增加，整理织物上的银含量减少，但洗涤50次后，整理织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌仍具有97 %以上的抑菌率，说明经芦荟纳米银整理后的织物抗菌耐洗性良好。

表1 整理织物的布面银含量及抗菌性能Tab.1 Inf l uence of laundering on silver content and antimicrobial performance of fi nished silk fabric

2.7 织物的抗紫外性能

织物的抗紫外线性能由UVA、UVB波段透过率和UPF值来评价。图6为经芦荟纳米银溶液整理后的真丝织物的抗紫外性能(1#为未整理样；2#、3#、4#、5#分别为经0、10、20、50次等不同程度洗涤的整理样)。

图6 织物的抗紫外性能Fig.6 Anti-UV properties of fi nished silk fabrics

由图6a可知，与整理前相比，整理后真丝织物UVA、UVB波段平均透过率都大幅下降。由图6b可知，整理织物的UPF值由6.52提高到36.62，紫外线屏蔽效果明显。随着洗涤次数的增加，UPF值下降，但洗涤50次后织物的UPF值仍达24左右，说明经芦荟纳米银溶液整理后的真丝织物具有较好的抗紫外耐洗性。这跟芦荟中蒽醌类物质有关，芦荟中的蒽醌类化合物能够吸收290～320 nm的紫外光，可有效防止日光紫外线引起的皮肤红肿、灼伤、晒黑及皮肤过敏等[11]，用于织物整理时，亦可赋予织物优良的防紫外效果。

3 结 论

1)利用芦荟液可制备纳米银溶液，纳米银颗粒呈球形，且粒径分布均匀。用制得的芦荟纳米银溶液整理真丝织物，织物表面的银以纳米级颗粒存在，纳米银成功整理到真丝织物上。

2)芦荟纳米银溶液整理后的真丝织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有较好的抑菌作用，且织物抗菌耐洗性良好。

3)整理后真丝织物在UVA、UVB波段透过率大幅度下降，UPF值有很大的提高，且耐洗性良好，说明经芦荟纳米银溶液整理的真丝织物具有很好的抗紫外性能。

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Research on the application of aloe nano-silver on silk fabrics

LIN Hong1, HUANG Xiao-cui1,2, ZHOU Ting-ting1, LIU Yan1, CHEN Yu-yue1
(1.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2. Suzhou Institute of Inspection on Fiber, China National Silk Quality Supervision Testing Center, Suzhou 215000, China)

In order to realize the multifunctionality of silk product and develop its application, aloe nanosilver solution was prepared. Then the silk fabrics were treated with aloe nano-silver solution, and their antibacterial properties and anti-UV properties were studied. The results showed the finished silk fabrics had good antibacterial performances and anti-UV properties. Bacteriostatic rate respectively reached 99.71 % and 99.54 % against Escherichia coli (E.coli) and Staphylococcus aureus (S.aureus) with good washing durability,and the anti-UV properties were enhanced distinctly, with the UPF value from original 6.52 to 36.62 and still maintained up to 24 after washing 50 times.

Silk fabric; Aloe nano-silver; Antibacterial performance; Anti-UV radiation

TS195.5

B

1001-7003(2011)03-0001-04

2010-12-15

国家教育部博士点基金项目(200602850004)；江苏省高校重大基础研究项目(08KJA540001)

林红(1976－ )，女，讲师，主要从事纺织新材料的研究和开发。通讯作者：陈宇岳，教授，博导，chenyy@suda.edu.cn。