载银抗菌剂在不同织物上的抑菌及水洗性能研究*

(安徽工程大学纺织面料重点实验室，芜湖，241000)

随着社会的发展和生活水平的提高,人们对纺织品的功能要求越来越高,纺织品的抗菌性能研究成为热点之一。棉织物作为一种天然纤维织物，具有穿着舒适、透湿性佳、透气性好、与人体亲和性高等十分优良的服用性能。但棉织物本身所具有的亲水性，使得其在使用、贮存和运输过程中很容易成为微生物附着的载体、传播的介质[1]。对织物有特定影响的微生物大致可以分为细菌、霉菌、酵母菌等。细菌可以在很多地方大量繁殖，产生难闻的气味，对周围环境卫生造成负面影响; 霉菌易对纺织材料造成特殊的污点，从而影响其美观及使用; 酵母菌生长迅速，并在生长过程中形成黏膜而产生难闻的气味，对卫生及身体健康造成负面影响[2]。由于棉织物耐微生物性能较差，从而影响织物的外观及服用性能，并对人体健康造成危害。因此针对棉织物的抗菌性能研究越来越多，以探讨减少微生物对人体的侵害[3-5]。

目前常用的抗菌剂有天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂等。银系抗菌剂属于常见的无机抗菌剂，具有抗菌谱广、抗菌时间长、最低抑菌浓度低、安全性高以及不易产生耐药性等优点，因此在很多方面得到了广泛的应用[6-8]。在众多具有抗菌作用的金属中，银的抗菌性能最佳。银离子相对其他金属离子而言对人体低毒，银系抗菌剂不但能杀灭细菌，还可以从死亡细菌中游离出来，继续与其他细菌接触并发挥抗菌作用[9]。使用银离子作为抗菌有效成分与无机载体进行络合制备抗菌剂已经成为无机抗菌材料研究的主流方向[10]，其发展和应用前景十分广阔。

本文对不同织物组织的棉织物进行抗菌后整理，对比各组织物抗菌性能的差异，并对各组棉织物的耐水洗性能以及整理剂对棉织物透气性能的影响进行了一定的研究。

1 试验部分

1.1 试验材料

壳聚糖(CS)，食品级，脱乙酰度(DAC86%～90%)，上海耐今实业有限公司；硝酸银(AgNO3)，分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司；棉织物，南京美棉纺织品有限公司；硝酸(HNO3)，分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司；氯化钠(NaCl)，分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠(NaOH)，片状，分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司；牛肉浸膏，生化试剂；蛋白胨，生化试剂；大肠杆菌菌种；蒸馏水；琼脂条。

1.2 试验仪器

JD5002型电子天平，上海华得衡器有限公司；PHB-5型便携式酸度计，杭州雷磁分析仪器厂；HH-6型数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；DHG-9070(A)型电热恒温鼓风干燥箱，上海三发科学仪器有限公司；EL-400型浸轧车，上海朗高纺织设备有限公司；GNP-9050型恒温培养箱，上海三发科学仪器有限公司；高压蒸汽灭菌锅；电炉。

1.3 制备工艺

1.3.1 载银壳聚糖抗菌剂的制备

试验中，称取一定质量的硝酸银和壳聚糖粉末，使用适量的蒸馏水分别振荡溶解并混合，用1 mol/L的稀硝酸溶液调节溶液pH值；使用容量瓶将溶液定容至100 mL，在水浴锅中使用铝箔纸密封避光加热制得银—壳聚糖抗菌整理剂。

1.3.2 棉织物的规格

各组棉织物的规格如表1所示。

表1 各组棉织物的规格

1.3.3 棉织物的抗菌后整理

(1)浸渍(浴比1∶30，50 ℃, 20 min)：按编号用分析天平分别称取5 g的待整理棉织物，将织物浸在一只盛有60 mL抗菌整理剂的烧杯中，在水浴锅中50 ℃浸渍 20 min。

(2)二浸二轧(轧余率80%～90% )：取出棉织物，调节小轧车轧余率至80%～90% ，对棉织物进行浸轧；浸轧后将织物再次放入原整理液中，待织物完全湿润后，再进行第二次浸轧。

(3)烘干：将二浸二轧的棉织物取出，置于DHG-9070(A)型电热恒温鼓风干燥箱中，调节温度至80 ℃，预烘3 min；将棉织物取出，调节温度至120 ℃，焙烘3 min。

1.4 性能测试

1.4.1 棉织物的抗菌性能测试

测试方法采用AATCC90试验法[11]。称取一定量的牛肉浸膏、蛋白胨、氯化钠及琼脂条，分别加入热水中溶解制成营养基，并使用氢氧化钠调节pH值至7.0～7.2。将制作完成的营养基连同培养皿、涂布棒、胶头滴管等器具放入高压蒸汽锅中121 ℃高温灭菌20 min。待灭菌完成后，于无菌工作台中将营养基趁热注入培养皿中。待培养基冷却后，使用涂布棒将稀释过的大肠杆菌菌液均匀地涂抹在培养皿中的营养基上，按编号贴入经抗菌整理剂处理过的布片。将所有培养基翻转，并放入恒温培养箱中培养24 h。

培养完成后，由于试验布片具有抗菌效果，使得试样周围有抑菌环产生，测试并计算抑菌环的宽度，最终结果取其平均值。抑菌环计算按照公式(1)得出：

(1)

式中：W——抑菌环宽度， mm；

X——试片和抑菌环的总宽度，mm；

Y——试片的宽度，mm。

1.4.2 棉织物的水洗性能测试

测试方法参照GB 12799—1991。用中速，弱碱性不含酶和增白剂的洗涤剂，浓度为2 g/L,浴比(织物∶洗液)为1∶30，洗液温度为(30±3) ℃，pH值≤9，水容≥30 L，待测织物取样大小以满足测取剩余性能为度。试样不足时，用与试样相同的织物补足。洗涤10 min后排水，漂洗2 min，脱水2 min，晾干或烘干，此为一次。如此重复，直至满足要求的洗涤次数为止。

1.4.3 棉织物的透气性能测试

测试方法参照GB/T 5453—1997。试验面积为20 cm2，压降为100 Pa，对不同布样进行10次测试，并取其平均值。

2 试验结果与讨论

2.1 抗菌整理剂的附着情况

对8块样布随机抽取进行试验观察，图1中分别为处理前、后棉织物的SEM照片。对比图1中两张照片可以发现，未经处理的棉纤维表面相对光滑平整，处理后棉纤维表面有十分明显的整理剂附着痕迹。图2为处理后棉织物的能谱分析结果，由谱图中可以看出，在纤维的表面含有C、O、 Ag等元素，其中C、O等元素是棉纤维的主要组成部分。观察可以发现，能谱中还存在一定量的Ag元素。在抗菌整理剂的配制过程中，在适宜的外界条件下，由于壳聚糖分子中含有氨基侧基，且—NH2邻位是—OH，可以借助氢键，也可以借助盐键形成具有类似网状结构的笼形分子，对银离子产生稳定配位作用，从而制得银—壳聚糖抗菌整理剂。制得的整理剂经过一定工序的后整理，即可牢牢附着在棉纤维的表面。

2.2 织物的抗菌性能表征

对织物进行抗菌性能测试，试验结果如表2所示。

图1 纤维表面的扫描电镜分析

图2 纤维表面的EDS分析图谱

表2 抗菌试验结果

各织物的显微结构如图3所示。对上述抑菌环试验结果进行分析发现，3号和6号均为细布棉织物，2块样布的经纬密度分别为27(根/cm)×27(根/cm)和35(根/cm)×34(根/cm)，两者的经纬密度相近，但两者的纱线线密度分别为19和10 tex，3号布样的纱线要比6号粗一倍。由抑菌环宽度的结果可以发现，3号布样的抗菌效果要比6号布样略好，考虑到可能是由于更粗的纱线具有更大的比表面积所致。对斜纹布组进行分析，2号、4号和8号均为斜纹布，由抗菌性能可以发现，8号﹥4号﹥2号。就经纬密度而言，8号最大，4号次之，2号最小。由显微照片可以看出，经纬密度越大，使得单位面积内棉织物对整理剂附着的比表面积越大，从而最终附着整理剂的量越大。

与此同时，8号的纱线线密度最大，为18 tex×48 tex，4号及2号的纱线线密度为18×18，8号的纬纱要比其他两组粗2倍左右，故斜纹布组中抗菌效果最好的为8号，4号次之，2号最差。对府绸布组进行分析，1号、5号均为府绸布，两者的抑菌环宽度相同。对比两者的组织参数可以发现，两者的经纬纱线密度以及组织的经纬密度基本相同，故两组布样的抗菌性能没有明显的差距。最后采用的7号小提花布，经纬密度偏小，纱线线密度偏大，故其抗菌性能相对于其他组而言略小。

图3 织物显微照射图片

2.3 织物的水洗性能测试

对织物的水洗性能进行了测试，分别采用水洗10、20、30、40次，然后测试其水洗后的抗菌性能，测试结果如表3所示。

表3 水洗试验的抑菌环结果单位：mm

棉织物水洗后的抗菌性能保留率如表4所示，水洗性能的相关抗菌试验图片如图4所示。对比上述各组试验结果可知，当水洗10次时，各组棉织物的抗菌性能都有不同程度的下降，其中2号和5号的抗菌性能仍达到原有抗菌性能的90%左右；最差的为3号和6号，其抗菌性能只有水洗前的50%左右。当对各组棉织物水洗20次时，各组的抗菌性能保留率均有大幅度下降，下降最大的为2号及5号，这两组的抗菌性能下降近50%，这对产品的抗菌性能造成了很大的影响。抗菌性能最好的为8号，其抗菌性能保留率仍能达到70%，与水洗10次相比仅下降了7%。当水洗超过20次后，各组的抗菌性能保留率开始趋于稳定；对比水洗30及40次的数据可知，各组布样抗菌性能保留率的损失为10%～20%。其中最好的一组为8号，其保留率达到了42%，其次为1号和4号，均超过20%，其余各组均为10%左右。

表4 水洗后棉织物的抗菌性能保留率(%)

图4 织物水洗性能测试图片

2.4 织物的透气性能测试

对整理前后的棉织物进行透气性能测试，对统一试样的不同区域进行至少10次的反复测试，取其平均值。试验结果如表5所示。

表5 各组棉织物的透气率

由处理前的数据可以看出，3号、6号、7号试样的透气性能最佳。对比棉织物显微照射图片可以看出，上述几块棉织物的紧凑程度较小，相对空隙较大，因此其透气率较高。棉织物在进行整理剂整理后，其透气率的保留率最高的也为3号、6号、7号试样，由此可以看出，由于棉织物的结构相对松散以及经纬密度偏小，使得其空隙增大，整理剂的处理对其透气率影响很小，几乎可以忽略不计。但对于其他各组棉织物而言，整理后其透气率均损失20%～30%，对其透气率造成了一定的影响。对其纤维图片进行观察可以发现，这几组布样的经纬密度均偏大，单根纱线之间的空隙较小，部分试验组中几乎没有空隙，当整理剂附着在棉织物表面时，就会对这些空隙造成一定的堵塞和覆盖，从而造成了试样透气率的下降。

3 结语

(1)对比各组布样的抗菌性能以及组织结构可以发现，棉织物的经纬纱密度、纱线线密度以及棉织物的紧密度、相关的组织结构均会对抑菌剂的附着造成一定影响。就抗菌性能来看，纱线越粗，经纬纱密度越大，棉织物单位面积上的比表面积越大，越有利于抑菌剂的附着。因此8号布样的抗菌性能最佳。

(2)对棉织物进行水洗性能测试发现，水洗10次，对各组棉织物的抗菌性能影响不大，但当水洗次数达到20时，棉织物的抗菌性能将会大幅下降，随后抗菌性能趋于稳定。当水洗40次时，大部分试验组布样的抗菌性能只有水洗前的10%～20%，只有8号布样最高，达到了40%以上。

(3)对整理前后棉织物的透气率对比试验可知，经纬密度较大、纱线较粗的织物，其本身的透气率较小，整理后对透气率也具有较大的影响。

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