棉织物表面电镀锡及其抑菌性检测

张 平，赵旭堃，佐同林，杨 召

(1.内蒙古商贸职业学院 艺术系，内蒙古 呼和浩特 010080；2.内蒙古工业大学 轻工与纺织学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

棉织物表面电镀锡及其抑菌性检测

张 平1，赵旭堃1，佐同林2，杨 召2

(1.内蒙古商贸职业学院 艺术系，内蒙古 呼和浩特 010080；2.内蒙古工业大学 轻工与纺织学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

以平纹棉织物为基布，用含有氨基和氰基的高分子溶胶无钯活化法使棉织物表面形成活化中心，再对其进行化学镀铜和电镀锡。运用扫描电子显微镜比较观察电镀锡前后的表面形态。研究了电镀锡前后棉织物表面的增重率，并用8099大肠埃氏杆菌对其进行抑菌性检测，结果发现抑菌率与增重率之间存在一定的非线性关系，且抑菌率随增重率的增大呈增大的趋势，增重率最高可达4.53%，抑菌率最高可达96.60%，说明电镀锡棉织物抑菌性有效，满足一定的生产生活需要。

棉织物；化学镀；电镀；金属化；抑菌性

由于棉织物具有穿着舒适、吸湿性好、生产相对简单、价格便宜等诸多优点，被广泛应用于服装业。然而随着生活水平的不断提高，生存环境日益变化，再加上人体表皮的代谢物和脱落物为细菌的生长提供了适宜的温床，人们也就难免会遭受各种细菌的困扰，轻者造成轻微过敏，重者甚至可以引发细菌感染，所以赋予棉织物抑菌性[1-6]就变得尤为重要。本试验共分为三个阶段，即化学镀铜的预处理阶段、化学镀铜阶段[7-12]、电镀锡阶段[13-14]，最后进行细菌培养与抑菌性检测，以期得到具有一定抑菌功能的纯棉织物。

1 实验部分

1.1 材料、药品及仪器

材料： 纯棉坯布，98.25 g/m2，织物密度20根/cm，纱线支数165 tex。

药品：五水硫酸铜，亚铁氰化钾，2,2-联吡啶，表面活性剂，戊二醛，无水乙醇，硫酸亚锡，金属锡，氢氧化钠，甲醛溶液，酚磺酸，平平加O，蒸馏水；8099大肠埃氏杆菌；EA培养基，TSA培养液，TSB培养液。

仪器：78-1型磁力加热搅拌器；GZX-9146MBE型烘箱；HH-4数显恒温水浴锅；KQ-300B型超声波清洗器；DT-03型低温等离子体处理仪；无菌操作台；QUANTA FEG650型扫描电子显微镜(FEI)。

1.2 实验流程与方法

工艺流程：棉织物样品制备→镀前准备(含等离子体处理和活化)→制备化学镀铜液→化学镀铜→水洗→烘干→制备电镀液→电镀锡→水洗→烘干抑菌性能测试。

1.2.1 镀前准备

棉织物表面电镀锡的第一步需克服无活化中心的障碍，传统的做法是在涤纶织物表面沉积一层具有高催化活性的金属钯层，但钯属于贵金属，成本较高，用于镀层的经济效益不大，不宜采用。本文利用以氰基和氨基为基础的高分子胶体铜盐的络合性为基础，制备铜-高分子溶胶，再将其负载到棉织物表面，经还原反应生成铜-纳米粒子作为催化活性中心，以引发后续的化学镀铜反应，这种新型无钯活化工艺用铜代替贵金属钯作为催化活性中心，既经济又可具操作，对实际生产具有重要的指导意义[13]。

首先将铜盐与亚铁氰化钾、2,2-联吡啶混合，用去离子水定容至50 ml配成溶液，并进行电磁搅拌30 mim，制成含有铜的高分子溶胶，之后加入交联剂和无水乙醇，配成活化组分进行活化，再将经过等离子体处理过的布样放入其中持续30 min，浸轧一次，以使反应完全，取出布样进行二浸二轧，重复以上操作2次，放入70 ℃烘箱烘干。

1.2.2 化学镀铜

化学镀铜的组成液主要包括铜盐、络合剂、缓冲剂、还原剂、稳定剂等。具体做法是先用少量去离子水溶解计算量铜CuSO4、络合剂、碱；再按规定量配制稳定剂溶液，之后加入如还原剂，并配以去离子水定容，不断搅拌。得到化学镀铜的织物后，将此织物取出烘干，用以接下来的电镀实验。

1.2.3 电镀锡

以溶液pH值、温度、时间为变量，按照L9(34)进行正交试验，因素水平数如表1所示。由此得出增重率和抑菌率的最佳组合方案。具体试验过程如下：在267 ml的赫尔槽中，以纯锡板(99.9%)为阳极，镀铜的棉织物为阴极进行电镀。在进行电镀实验过程中，需一边不断搅拌，一边将浓硫酸倒入去离子水中，水的体积约为电镀液的70%，趁热缓慢加入SnSO4，搅拌1 h，待其完全溶解后过滤，加入各种添加剂，并用去离子水稀释至规定体积。镀锡完成之后，分别用去离子水和无水乙醇进行洗涤。

表1 因素水平表

1.2.4 抑菌性实验

将每一个试样分别放置在小玻璃瓶内，在其上压一支玻璃棒，或用线将其两边固定。根据试样的纤维和整理类型选择灭菌方法，一般采用高压锅灭菌法。用适当的材料将装入试样的小玻璃瓶和瓶盖分别包覆后放在高压消毒锅内消毒(121 ℃，103 kPa，15 min)。从高压消毒锅取出小瓶和瓶盖，去掉包覆材料，放在干净工作台上干燥60 min后盖上瓶盖。

分别用新的移液器从稀释液(菌液)试管中取1 ml溶液用划线法涂布在EA平皿内(45～46 ℃)，盖好盖子，一个稀释液制作2个平皿，待培养基凝固后，将平皿倒置，37 ℃±2 ℃下培养24～48 h。培养后，计数出现30～300个菌落平皿上的菌落数(CFU)。若最小稀释倍数的菌落数<30，则按实际数量记录；若无菌落生长，则菌落数记为<1[15-17]。

1.2.5 抑菌率的计算与评价

(1)

其中：Ct为空白(圆圈)内的菌落数(个)；CT为圆形布样上的菌落数(个)。

以抑菌值或抑菌率的计算值作为结果。当抑菌值或抑菌率计算结果为负数时，表示为“0”；当抑菌率计算值>99%，表示为“99%”。

2 结果与讨论

设计L9(34)正交表，对棉织物进行电镀锡，从而得出增重率最大的最佳条件配组和抑菌率最大的条件配组，结果如表2所示。

表2 电镀锡正交试验结果与分析(经水洗布样)

2.1 棉织物表面金属化前后表面形态

用QUANTAFEG650型扫描电子显微镜对织物拍照，对比电镀前后织物表面的变化，从宏观角度分析镀锡棉织物在表面的分布情况。

图1是棉织物在电镀锡前后的SEM照片。图1(a)为电镀锡之前的表面形态，其表面被严重刻蚀，但纤维表面还算光滑均匀，未见异常物质附着；而图1(b)表面有明显的附着物，且凹凸不平。通过电镀锡前后纤维表面形态对比，说明棉织物在电镀前后发生了明显的变化。

2.2 电镀锡后棉织物的增重率

引入织物增重率的概念，即织物经电镀锡处理后的重量变化，增重率可以直观地表达出进行金属化整理到布样上的有效金属含量，亦对后面布样的抑菌率测试具有量化指导作用。增重率公式可表示为：

(2)

其中：m1为镀锡之前的棉织物克重(g)；m2为镀锡之后的棉织物克重(g)。

综合表3和表2可以得出，当pH=1.5，温度控制在75 ℃左右，反应时间为1.5h时，棉织物的增重率达到最大值4.53%，此时织物的抑菌率也达到最大为96.60%，而正交试验所得出的最优方案为A3B3C3，即pH=4.5，温度为75 ℃，反应时间1.5h，这与正交表中的第3组试验不符，由此显示出正交试验的必要性。经过加试试验发现，组合A3B3C3的方案所得抑菌率大于A1B3C3的方案，即A3B3C3为真正的优方案。

试样编号镀锡前织物克重m1/g镀锡后织物克重m2/g增重率/%第1组1.7511.7670.91第2组1.7981.8160.99第3组1.8951.9854.53第4组1.8651.8971.69第5组1.8461.8731.44第6组1.8391.8460.38第7组1.8291.8842.92第8组1.8191.8561.99第9组1.7951.8784.42

2.3 电镀锡后增重率对抑菌性的影响

结合表4和表2可知，棉织物增重率达到最大值时的水平组合为pH=4.5，镀液温度75 ℃，时间1.5h。由图2可以看出， 所得布样的抑菌率均集中在95.10%以上，且随棉织物增重率的增加，呈上升的趋势，最高可达96.60%以上，表明镀锡棉织物对大肠杆菌具有一定的抑制作用。

表4 电镀锡棉织物EA培养大肠杆菌菌落数及抑菌率

自由度方 差均方差F值显著性变 量21.181580.590795.429940.04507误 差60.652820.1088合 计81.8344

y=a+bx+cx2

(3)

在上面的多项式拟合方程中，a=95.28，b=0.43，c=0.07，Adj.R-Square值四舍五入到1，说明拟合有效。由表5方差分析表知，FA=5.429 94>F0.05(2，6)=5.14，F分布的概率值为0.045 07，也小于0.05，说明增重率对抑菌率的影响显著。由于试验指标抑菌率越大越好，从表2可以看出，在不考虑交互作用的前提下，最优方案应取因素最大K值所对应的水平，即为A3B3C3。表明镀锡棉织物对大肠杆菌具有一定的抑制作用。

3 结论

棉织物经过化电镀锡后，SEM显示纤维被严重刻蚀，甚至发生断裂，这主要是预处理阶段中的等离子体刻蚀化学镀铜阶段的腐蚀引起的。另外，棉织物表面形成一层结节状白色物质，这主要是由所镀锡层堆积造成的。经过对镀锡棉织物表面锡含量(布样增重率)影响因素溶液pH值、水浴温度Tw、电镀时间的研究，发现当pH=4.5，镀液温度75 ℃，时间1.5h时，镀锡含量达到最大值。布样上镀锡含量的多少可以反应出棉织物抑菌率大小，随着增重率的增大，棉织物的抑菌率也呈现出增大的趋势，抑菌效果逐渐变好，抑菌率均在95.10%以上，甚至可达96.60%，表明镀锡棉织物具有一定的抑菌效果。

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Study of the Electroless Tin Plating Process on Cotton Fabric and Its Antibacterial Property

ZHANG Ping1，ZHAO Xu-kun1，ZUO Tong-lin2，YANG Zhao2

(1.Department of Art Design, Inner Mongolia Business &Trade Vocational College, Hohhot 010080, China;2.Institute of Light Industry and Textile, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot, 010051,China)

The cotton fabric was proceeded electroless copper plating and tin plating using amino and cyano polymer sol containing palladium free activation method to make the fabric surface form the activation center. The surface morphology of the fabric was observed by the scanning electron microscope (SEM). The weight gain rate of the surface of the cotton fabric before and after tin plating was studied. The antibacterial activity was detected with 8099 E. coli. The results showed that there was a certain nonlinear relationship between the inhibition rate and weight gain rate, and the inhibition rate increased with the increase of weight ratio. The weight gain rate was 4.53%, and the inhibition rate was 96.60%.

cotton fabrics; electroless plating; electroplating; metal; antibacterial activity

2016-04-15

佐同林(1974-)，男，讲师，主要从事纺织材料的结构与性能、功能性纺织品的设计与研究，E-mail:80068869@qq.com。

TS190.92

A

1673-0356(2016)07-0039-04