壳聚糖/Ag+复合抗菌剂整理莫代尔织物

胡凤霞， 杜兆芳， 张 健

(1. 安徽农业大学 轻纺工程与艺术学院， 安徽 合肥 230036； 2. 安徽出入境检验检疫局， 安徽 合肥 230061)

莫代尔(Modal)纤维面料手感柔软，悬垂性好，吸湿性能、透气性能优于纯棉织物，广泛用于袜子、内衣、内裤、毛巾等衣物的生产，但其对微生物的耐抗性极差，需进行抗菌整理。目前国内外对抗菌剂的研究比较多，抗菌剂大致可分为3类：有机抗菌剂、无机抗菌剂和天然抗菌剂，各种抗菌剂抗菌机制不同[1-3]。无机抗菌剂中银系抗菌剂抗菌谱广，是溶出性的，不仅能够杀灭已感染的细菌，而且能够从细菌尸体里游离出来继续与其他细菌接触并发挥作用，因而其抗菌性持久，但Ag元素在空气中不稳定，易氧化发黑，影响织物外观，且耐洗性较差[4]。壳聚糖类抗菌剂是非溶出性的，只能抑制细菌的生长，难以对已感染的皮肤或非接触性部位产生杀菌作用[5-7]。本文结合壳聚糖和银离子抗菌的优点，采用无机的银系抗菌剂与天然壳聚糖2种抗菌剂相复合，利用单因素试验与正交试验对比，探索复合抗菌剂对Modal织物的抗菌性能以及服用性能的影响，以期得出最佳的复合抗菌剂配方和整理工艺。

1 试验部分

1.1 试验材料与仪器

试样：退浆、煮练、漂白处理后的纯Modal织物。

药品：壳聚糖(工业级，脱乙酰度为90%，相对分子质量为9 000，浙江省金壳化工有限公司)，柠檬酸，硝酸银，LB培养基，金黄色葡萄球菌，大肠杆菌(安徽农业大学生命科学学院提供)。

仪器： YG-(B)026D-250型电子织物强力机、GZX-GFC101-3-S型电热恒温鼓风干燥箱、SBDY-1型织物白度仪、Sanyo Autoclave MLS-3020型电热高温高压灭菌锅、恒温振荡培养箱、Gene Quant 1300型吸光光度计、Nexus-870型傅里叶变换红外光谱仪。

1.2 单因素试验

设计不同的壳聚糖质量浓度和银离子质量浓度，探讨2种抗菌剂单独整理Modal织物时浓度对抗菌性能的影响及抗菌剂的适用浓度范围。

1.3 正交试验

参照单因素试验结果，在壳聚糖的适用浓度范围里选出3个梯度，分别为0.4、0.6、0.8 g/L。同理，也选出银离子的3个浓度梯度，分别为0.4、0.6、0.8 mg/L。pH值对抗菌效果、织物强力和白度等方面也有很大影响[8]，选择pH值的梯度为6、6.5、7，设计3因素3水平正交试验，制备复合抗菌整理剂。制备方法为：壳聚糖先在柠檬酸溶液中搅拌至全部溶解，然后加入定量的硝酸银，用柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液将复合整理液调至试验设定的pH值，在常温下放置4 h以上，制得壳聚糖/Ag+复合抗菌整理剂。

1.4 抗菌整理工艺

二浸一轧(浴比为1∶30，轧余率为80%)；然后进行预烘，预烘温度为95 ℃，时间为5 min；最后进行焙烘，温度为155 ℃，时间为2 min。

1.5 织物性能测试

1.5.1抗菌性能

抗菌整理过的Modal织物在无菌操作台中放入已经接种定量细菌的液体培养基中，在37 ℃的恒温振荡培养箱中培养12 h后取出，采用2倍稀释法将溶液稀释10倍，用吸光光度计测量600 nm处菌悬液的吸光度，计算试样中细菌减少百分率，衡量抑菌效果。该种方法对于溶出型试样或非溶出型试样都适用。

式中：A为试样吸光度；B为空白对照样的吸光度。

1.5.2白度

每块试样折成8层,用SBDY-1型织物白度仪测量5次，取其平均值。

1.5.3拉伸断裂强力

经标准大气调湿后，将织物沿纵向和横向各剪5块长为26 cm、宽为5 cm的布样，按照GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》规定进行测试，各测3次，取其平均值。

1.5.4折皱回复性能

用YG(B)541D型折皱回复性能测试仪，按照GB/T 3819—1997《纺织品 织物折皱回复性的测定回复角法》规定进行测试，各测5次，取其平均值。

1.5.5耐洗性能

将洗衣粉加入抗菌整理过的试样，在29 ℃水中手洗5 min，晾干，重复50次，然后测其抗菌性能。

2 结果分析与讨论

2.1 单因素试验结果与分析

以壳聚糖质量浓度为变量，在pH值为6.5时，对Modal织物进行抗菌整理，结果如表1所示。以银离子质量浓度为变量，在pH值为6.5时，对Modal织物进行抗菌整理，结果如表2所示。

表1 壳聚糖质量浓度对2种细菌抑菌效果的影响Tab.1 Antibacterial effect of two kinds of bacteria effected by chitosan

综合表1、2可看出：对大肠杆菌起主要抗菌作用的是壳聚糖，且抗菌率随着壳聚糖质量浓度的增大而增大；对金黄色葡萄球菌起主要抗菌作用的是银离子，抗菌率随着银离子质量浓度的增大而增大，但整理后织物白度下降较大，这主要是由于银离子在空气中不稳定，易氧化发黑，影响织物外观[9]。

表2 银离子质量浓度对2种细菌抑菌效果的影响Tab.2 Antibacterial effect of two kinds of bacteria effected by silver ion

2.2 壳聚糖/Ag+复合抗菌剂正交试验结果

在上述单因素试验的基础上，选择壳聚糖质量浓度、银离子质量浓度、抗菌液的pH值3个因素，每个因素分为3个水平，进行L9(33)正交试验，配制复合抗菌剂，对Modal织物进行整理。分别测试织物的抗菌性、断裂强力、折皱回复角、白度，找出复合抗菌剂最佳配方和各个因素对Modal织物性能的影响，因素水平见表3，结果及分析见表4、5。

表3 因素水平表Tab.3 Factor and level of orthogonal experiments

表4 正交试验结果Tab.4 Orthogonal experiments

由表4看出，复合抗菌剂的抗菌效果明显优于单独使用壳聚糖或银离子对Modal织物的抗菌效果。这是因为壳聚糖中大量游离的—NH2在氨基配位键的作用下与银离子发生了螯合反应[10]，而壳聚糖和棉纤维又能产生稳定的结合，所以壳聚糖/Ag+复合抗菌整理剂抗菌性能优良。由表5看出：对Modal织物的断裂强力影响较大的因素是抗菌液的pH值，溶液pH值为6时，对Modal织物的断裂强力损伤最大；复合抗菌液对Modal织物的白度影响较小；对Modal织物的折皱回复角影响最大的因素是复合抗菌液中壳聚糖质量浓度，壳聚糖的浓度越大折皱回复角就越大。

当抗菌液配方为A3B3C2时，整理后Modal织物上大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为93.9%和93.1%，抗菌效果最好，经1.5规定的洗涤方法洗涤50次后抗菌率依然保持87.1%和85.5%，说明具有一定的耐洗性。织物白度为76.7，克服了单独采用Ag元素整理后易氧化发黑，影响织物外观的缺陷，断裂强力损伤较小且大幅提高了Modal织物的抗皱性能，所以最佳工艺方案是A3B3C2，即壳聚糖质量浓度为0.8 g/L，银离子质量浓度为0.8 mg/L，抗菌液pH值为6.5。

表5 正交试验结果分析Tab.5 Analysis of orthogonal experiments

图1 Modal织物的红外光谱图Fig.1 IR spectra of Modal fabrics

3 结 论

1)壳聚糖/Ag+复合抗菌剂整理后，提高了Modal织物的抗菌性能，同时提高了Modal织物的抗皱性能，且对白度、断裂强力损伤比较小。

2)正交试验得出复合抗菌剂最佳配比：壳聚糖质量浓度为0.8 g/L，银离子质量浓度为0.8 mg/L，抗菌液pH值为6.5。整理后Modal织物对大肠杆菌的抗菌率为93.9%，对金黄色葡萄球菌的抗菌率为93.1%，效果良好。

FZXB

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