纳米银抗菌针织物的制备与性能研究

陆叶 邵怡沁 陈慰来

摘 要：采用喷雾式抗菌后整理设备，用纳米金作为负载将纳米银抗菌整理剂整理喷在涤纶针织面料上，制备具有良好耐久性能的抗菌面料。用X射线光电子能谱仪和电子扫描显微镜对抗菌整理后的织物进行表征。结果表明：纳米银成功附着于涤纶织物上，颗粒圆润。对比分析面料整理前后的结构参数、机械性能和舒适性能变化，并对面料进行抗菌耐水洗性能测试。经过抗菌后整理过程对涤纶面料基本性能的影响不大;水洗50次后，试样仍具有抗菌性，耐久性能良好。

关键词：喷雾式后整理;涤纶针织物;纳米银;抗菌织物

中图分类号： TS184.8

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）06-0067-05

Preparation and Properties of Nano-silver Antibacterial Knitted Fabrics

LU Ye， SHAO Yiqin， CHEN Weilai

（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk），Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： In this paper， spray-type antibacterial finishing equipment was used. By taking nano-gold as the load， nano-silver antibacterial finishing agent was sprayed on the knitted polyester fabric to prepare antibacterial fabrics with good durability. X-ray photoelectron spectrometer and electron scanning microscope were used to characterize the fabric after antibacterial finishing. The results indicated that the nano-silver was successfully attached to the polyester fabric， and the particles were round. The structural parameters， mechanical properties and comfort before and after fabric finishing were compared and analyzed， and the antibacterial and laundry-resistant properties of the fabrics were tested. It is concluded that the antibacterial finishing process has little effect on the basic properties of polyester fabrics. After washing for 50 times， the samples still have antibacterial properties and good durability.

Key words： spray-type finishing; knitted polyester fabric; nano-silver; antibacterial fabric

收稿日期：2020-09-24 網络首发日期：2021-04-15

基金项目：2019年重点建设高校基金项目（11150031742011）

作者简介：陆叶（1995-），女，浙江嘉兴人，硕士研究生，主要从事纺织工程方面的研究。

通信作者：陈慰来，E-mail：wlchen193@163.com

随着生活品质的提升，人们对纺织品的功能性越来越重视，尤其是具有抗菌功能的纺织品。纺织品抗菌功能化的研究也在不断探索并有新的突破[1]。抗菌功能整理主要采用浸轧整理、化学还原等方式，常用的整理剂大致可以分为无机类、有机类和天然类[2]。纳米银稳定性好、耐热性高，且具有优良的抗菌性能和安全性，常用于纺织面料的抗菌整理中。对于纳米银的抗菌机理，国外学者们进行了一系列的研究，发现纳米银主要通过与细菌细胞发生反应，破坏细胞，最终达到抑菌的效果[3-9]。

如今中国对于抗菌纺织品的开发研究取得了一定的成果，但是在纳米粒子附着稳定性、耐久性以及抗菌整理后织物风格方面存在一定的问题。邵明等[10]通过浸轧法将纳米银整理到织物上，最终织物的抑菌性能达到99.9%以上，但是纳米银抗菌整理量高达89 mg/kg。周婷婷等[11]也采用浸渍法将纳米银溶液整理在涤纶织物上，使得整理后的涤纶织物具有较好的抗菌性能，但是整理后织物上银含量较高且织物手感有一定影响。有研究采用还原法，利用棉织物的还原性和分散将银氨溶液法直接整理到棉织物上，但整理后的面料断裂强力有所下降，同时水洗50次后的抗菌棉织物抗菌效果下降明显[12]。因此仍需要不断加快新型抗菌整理方法的研究与开发[13]。

将涤纶/改性涤纶作为原料编织涤纶针织面料，并将纳米金作为负载，采用一种新型喷雾式抗菌后整理的方式将纳米银抗菌整理剂负载在织物上，用X射线光电子能谱仪和电子扫描显微镜对抗菌整理后的涤纶织物进行表征分析。将抗菌整理前后的面料进行对比，分析其结构参数、机械性能、舒适性能与抗菌耐久性能。这种新型喷雾抗菌整理工艺将对制备具有较高耐久抗菌性能的涤纶纺织品具有一定的指导意义。

1 实 验

1.1 实验材料

涤纶平针组织面料（浙江得伟纺织科技有限公司）;蒸馏水，FUZE 47-PHASE 1-纳米金整理剂、FUZE 47-PHASE 2-纳米银整理剂（FUZE Biotech），异丙醇溶剂（广州锦旺化工有限公司）。

1.2 实验设备

喷雾式抗菌后整理设备（浙江得伟纺织科技有限公司），K-Alpha型X射线光电子能谱仪（美国赛默飞世尔科技公司），JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM，日本电子（JEOL） 公司），YG（B）141D型厚度仪（上海精密仪器仪表有限公司），YG031型电子织物气动顶破强力机（宁波大禾仪器有限公司），YM065AC型电子织物强力仪（莱州元茂仪器有限公司），YG461E型透气性测试仪（温州方圆仪器有限公司），YG601-Ⅰ/Ⅱ型电脑式织物透湿仪（宁波纺织仪器厂）。

2 抗菌面料制备

2.1 原料的选择

采用涤纶纱线编织的涤纶针织面料，试样1和2分别是未经抗菌处理和经过抗菌处理的织物试样。面料的基本参数如表1所示，其中采用的涤纶为50/50涤纶/改性涤纶。

抗菌面料采用的阳离子改性涤纶长丝是用在聚酯切片中引入带有极性基（—SO3Na）的间苯二甲酸二甲酯纺制的一种新型涤纶产品，其外观与普通涤纶长丝无区别，但由于采用了离子改性，纤维的透气性、吸湿性和上染率等方面有所改善。在后续的抗菌后整理过程，一定程度上能使纳米银粒子更好地附着于織物表面，提高织物的抗菌性能以及耐水洗性能。

2.2 抗菌后整理工艺

实验采用喷雾式抗菌后整理设备，其原理图如图1所示，具体后整理过程见图2。

a）抗菌整理剂浓度及配比：采用蒸馏水对纳米金进行稀释，其中蒸馏水2800 mL，FUZE 47-PHASE 1纳米金整理剂1000 mL;采用相同量的蒸馏水对纳米银进行稀释，FUZE 47-PHASE 2纳米银整理剂1000 mL，并加入50 mL的异丙醇有机溶剂;控制纳米银与纳米金的质量浓度为3 mg/L，同时两者的配比为1∶1，分别装入设备容器内。

b）喷雾设备工艺参数选择：将坯布放到喷雾设备的滚动辊的起始位置，启动气泵，调整喷嘴流速为7 mL/min，滚动辊的速度为15 m/min，控制面料匀速经过喷嘴位置，使纳米金和纳米银先后附着在面料表面。

c）定形：对织造后的坯布进行定形整理，经过抗菌处理后面料直接进入定形设备，其中定形温度为150℃，最终得到具有抗菌性能的涤纶面料。

3 结果与分析

3.1 XPS分析

X射线光电子能谱（XPS）通过测试物质原子内层的能级电子结合能，并根据结合能的特征来识别元素，是一种元素定性定量分析的高级方法。

得到抗菌处理前后的试样表面元素全谱图，如图3所示。

从图3中可见，两组试样的XPS全谱图中C、O峰明显，两条XPS曲线只有两处细微区别，根据结合能位置推断是抗菌后整理面料表面Au（84.0 eV）和Ag（368.2 eV）元素发生了变化，但喷雾式的后整理方法且使用抗菌整理剂浓度较低，因此在XPS全谱图对比曲线变化不明显。

3.2 SEM分析

采用场发射扫描电子显微镜对抗菌整理前后的试样进行表面形貌观察，如图4所示。试样在经过抗菌整理前，表面粗糙没有明显颗粒存在。在通过抗菌整理后，通过图4（c）中看出织物表面负载了大量的纳米粒子。在放大一万倍后如图4（d），可看出纤维表面的纳米粒子颗粒圆润。

3.3 EDS分析

对抗菌整理前后的涤纶针织物进行了表面纤维的能谱分析，确定抗菌整理前后纤维表面元素的变化情况，如图5所示。在进行扫描电镜前，需对织物进行喷金处理，因此不考虑表面金元素成分。

从图5中发现，抗菌整理前的试样表面出现了C、N、O 3种元素，而整理后的试样表面不仅出现了C、N、O 3种元素，还在3 keV左右出现了Ag的微弱吸收峰，可见本文采用的喷雾式抗菌整理方法成功将纳米粒子负载在面料表面。

3.4 结构参数分析

对所有试样的密度、厚度进行测试，发现经过喷雾抗菌整理后的试样在密度与厚度方面并未发生任何变化，因为纳米粒子为粒径极小的颗粒，且通过喷雾式整理方法，面料表面所负载纳米粒子浓度较低，最终对面料的基本参数没有产生影响。

3.5 机械性能和舒适度性能分析

常见的银离子抗菌织物以及经浸轧后整理方法制备的抗菌织物，由于制备过程和试剂作用导致纤维表面和织物性能发生变化，最终可能会影响织物的力学性能和舒适性能。从顶破性能、拉伸断裂性

能以及透气透湿性能这几个方面对抗菌后整理前后的试样进行测试分析，评估抗菌整理对织物的性能影响，结果如图6所示。

从图6中看出，试样1、2的两组实验数据在抗菌后整理前后变化不明显，经过抗菌后整理的试样横向拉伸断裂强力、断裂伸长率以及透气透湿性能有所下降，但是顶破性能和纵向拉伸断裂强力有一定提升，因此总体而言，经过抗菌后整理过程对涤纶面料基本性能的影响不大。可见，喷雾式抗菌后整理相对来说是一种较好的制备方法，对制备的抗菌面料性能不会产生较大的影响。

3.6 抗菌耐久性能分析

抗菌性能：根据GB/T 20944.3—2008 《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，革兰氏阳性菌

金黄色葡萄球菌（S.aureu）和革兰氏阴性菌大肠杆菌（E.coli）为试验菌种。待测样对S.aureu和E.coli的抑菌率均大于等于70%，表明样品具有一定的抗菌作用。

抗菌耐久性能：按照前述标准GB/T 20944.3—2008，对测试样进行50次标准洗涤，测试其抗菌耐久性，测试结果如表2所示。

从表2数据来看，抗菌试样无论在水洗前还是水洗后对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌大肠杆菌的抑菌率均大于80%，因此试样具有抗菌性能。对比水洗前后的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抑菌率，发现实验组试样2的抑菌率在水洗50次后仍能保持在97%以上。目前常用的浸轧工艺制备的抗菌面料，抗菌持久性能以及织物风格具有一定的局限性。可見，喷雾式抗菌后整理方法能有效地改善涤纶纤维与抗菌整理剂结合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等问题，是较为科学的一种抗菌后整理方法。

4 结 论

本文研究了一种针织涤纶面料的喷雾式抗菌整理方法，对抗菌整理前后的针织涤纶面料进行各项性能对比分析，得到以下结论：

a）采用喷雾式抗菌后整理方法对针织涤纶面料进行抗菌处理，用X射线光电子能谱仪和电子扫描显微镜对抗菌整理后的涤纶织物进行表征，结果表明纳米金银粒子成功附着于涤纶织物上，且分布较为均匀。

b）对抗菌整理前后的面料进行结构参数、机械性能和舒适性能测试分析。实验组的两块试样的结构参数、机械性能和舒适性能影响不大，因为纳米粒子为粒径极小的颗粒，且通过喷雾式整理方法，面料表面所负载金银纳米粒子浓度较低。实验组与参照组的结构参数差异不大。

c）对整理后的面料进行抗菌性能和耐久性能测试分析。试样在水洗50次后对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌及革兰氏阴性菌大肠杆菌的抑菌率均大于80%，因此在水洗后仍具有抗菌性能。在水洗50次后，抗菌制备的面料抑菌率仍能达到97%以上，具有良好的抗菌耐久性能。

目前采用的浸轧工艺方法存在涤纶纤维与抗菌整理剂结合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等问题，且对制备的抗菌面料织物风格有一定的影响。采用喷雾制备工艺对处理前后的面料性能影响微小，且经过水洗50次后仍具有较高的抑菌性能，因此为涤纶纤维抗菌耐久性改善提供了一种新的方法。

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