金纳米粒子改性靛蓝染料的制备及性能研究

段太刚

(四川省宜宾惠美线业有限责任公司，四川 宜宾644000)

随着科学技术水平的进步和消费水平的提高，人们对纺织品的要求不仅局限于遮体、防寒、装饰等基本属性，更加注重其功能性，如抗菌消臭、自清洁、防静电、阻燃、防紫外线和电磁屏蔽等[1]。抗菌纺织品由于其应用广泛越来越受到研究者们的重视，抗菌纺织品的加工方法主要有原纤维法和后整理法2种[2]，但大多数的抗菌剂在经过织物染整过程后会因为抗菌剂溶出、变性和染料包覆等问题导致染色织物抗菌性能下降，因此寻求可耐受染整过程的抗菌剂具有重要意义。

金属纳米粒子，特别是金纳米粒子具有良好的抗菌性，且具有无毒、功能化强、多价效应、易检测和生物相容等特点，在抗菌材料的开发中具有重要的应用价值[3]。化学还原法是制备金纳米粒子的重要方法，即利用还原剂和稳定剂通过还原反应得到有机分子或聚合物稳定的金纳米粒子[4]，因此若可通过还原反应获得以染料为稳定剂的金纳米粒子，有望实现同浴染色和抗菌整理。

1 试验部分

1.1 试剂和仪器

2-硝基苯甲醛(纯度为99%，上海阿拉丁生化科技有限公司)；丙酮(纯度为99%，天津市风船化学试剂科技有限公司)；氯金酸(Au≥47.5%)、柠檬酸钠(纯度为98%)、保险粉(纯度为90%)、氢氧化钠(纯度为97%，均为上海阿拉丁生化科技有限公司)；棉织物(29 tex×29 tex，193根/10 cm×196根/10 cm，东莞市兴浩纺织品有限公司)。

UV-1800型紫外分光光度计(上海马达仪器有限公司)；D8 DISCOVER型X射线衍射仪(德国BRUKER公司)；K-alpha型X射线光电子能谱仪(美国赛默飞世尔科技公司)；Instron3369型万能强力试验机(美国英斯特朗公司)。

1.2 改性靛蓝的制备

称取100 ml蒸馏水，加入3.0 g 2-硝基苯甲醛并搅拌，升温至100℃，将氯金酸(0.085 g，0.153 g)加入并搅拌，保持温度30 min。进行真空抽滤，随后将所得滤饼加入到配置好的丙酮溶液中(9 ml丙酮，9 ml蒸馏水，15 ml 1 mol/L氢氧化钠)静置10 min，用40%乙醇进行充分洗涤并真空抽滤，随后烘干。

1.3 棉织物染色

称取100 ml蒸馏水并升温至40℃，加入0.1 g改性靛蓝，0.5 g保险粉和1.1 g氢氧化钠并搅拌，升温至60℃，将0.5 g棉织物加入到染浴中震荡45 min，将棉织物取出放在空气中氧化15 min，并多次进行染色与氧化过程，最后进行水洗、烘干[5]。对棉织物用商业靛蓝染色进行对比研究。

1.4 性能测试

紫外分光光度测试，使用UV-1800型紫外分光光度计进行测试；XRD使用D8 Discover型X射线衍射仪进行分析测试，2θ范围是5°～80°；XPS使用 K-alpha型X射线光电子能谱仪进行测试；上染率按照NMP溶解法进行测试[6-7]；力学性能测试使用Instron3369型万能强力试验机对试样拉伸强力和断裂伸长率进行测试，拉伸速度为10 mm/min。抗菌性能测试按照GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分:振荡法》对试样进行抗菌性能的测试，所选菌种为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌[8-9]。

2 结果与讨论

2.1 改性靛蓝结构

图1(a)为2-硝基苯甲醛与改性2-硝基苯甲醛的XRD图，2-硝基苯甲醛与改性2-硝基苯甲醛的衍射峰位置基本相同，而改性2-硝基苯甲醛在2θ为37.9°、44.0°、64.3°和77.2°处出现4个衍射峰，分别对应着金纳米粒子在(111)、(200)、(220)和(311)的晶面[10]，证明了金纳米粒子在2-硝基苯甲醛上的生成。图1(b)为靛蓝与改性靛蓝XRD图，从图可知使用改性2-硝基苯甲醛合成的靛蓝与商业靛蓝在2θ为37.9°、44.0°、64.3°和77.2°处同样出现4个衍射峰，证明了改性2-硝基苯甲醛合成的靛蓝上存在金纳米粒子。

图2 为靛蓝与改性靛蓝的XPS图，相比于商业靛蓝，改性靛蓝的XPS图在82～90 e V处出现金元素，XPS图直接说明金元素的存在，验证了金纳米粒子成功负载到靛蓝上。

图3 为金纳米粒子悬浮液与改性2-硝基苯甲醛滤液的紫外分光光谱，利用柠檬酸钠直接还原得到的金纳米粒子悬浮液在540 nm处有着明显的吸收峰，此为金纳米粒子的吸收峰[10]。而改性2-硝基苯甲醛滤液在此处没有明显的吸收峰，证明金纳米粒子在生成过程中与2-硝基苯甲醛结合紧密。

2.2 改性靛蓝对棉织物的染色性能

图4 为靛蓝校验曲线，其线性回归方程为Y=1 818.643 5X-0.173 52，式中r2=0.999 78，证明该线性回归曲线具有良好相关性。根据线性方程计算出棉织物上染率(见表1)，商业靛蓝和改性靛蓝其棉织物上染率分别为3.2%和3.5%，改性靛蓝上染率比商业靛蓝的上染率略高，证明经过金纳米粒子改性后的靛蓝具有良好的染色性能。

表1 商业靛蓝与改性靛蓝上染率

表2为未染色棉织物和经商业靛蓝、改性靛蓝染色后的棉织物力学性能测试结果，从表2中可知断裂强力分别为83.1±2.8 N、57.6±4.1 N和60.3±4.8 N，断裂伸长率分别为5.18%±0.67%，6.91%±0.60%和6.58%±0.94%。结果说明，染色后棉织物的力学性能有一定下降，这是染色过程需要升温搅拌使得一些纤维受损所致。经改性靛蓝染色后棉织物的力学性能要略高于商业靛蓝染色样品，表明改性靛蓝对保持棉织物的力学性能有一定优势。

表2 不同棉织物力学性能

2.3 抗菌性能测试

利用振荡法测试了改性靛蓝染色后棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能，结果见表3。从表3结果可知，经改性靛蓝染色后的棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均大于90%，说明经改性靛蓝染色后的棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较强的抗菌作用，金纳米粒子改性靛蓝具有良好的抗菌性能。

表3 改性靛蓝染色后棉织物抗菌性能

3 结语

以2-硝基苯甲醛作为稳定剂使金纳米粒子与其结合，随后利用改性2-硝基苯甲醛成功制备具有优异抗菌性能的靛蓝。通过XRD分析、XPS分析、紫外分光光度测试、上染率测试、力学性能测试和抗菌测试表明，金纳米粒子成功与2-硝基苯甲醛结合，并且利用改性2-硝基苯甲醛制备了金纳米粒子改性靛蓝染料。金纳米粒子改性靛蓝染料对棉织物具有良好的染色性能和抗菌性能，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为95%和90%。