纳米抗菌防臭PET纤维的研制

刘伟时

(广东省化学纤维研究所，广东 广州510245)

PET(涤纶)纤维具有优良的物理化学性能，是合成纤维中生产量最大、应用领域最广的纤维，其应用范围已扩展到服装、装饰和产业用等各个领域。由于PET纤维吸水性能差，PET织物表面的自由含水量较多，导致细菌的生长速度要高于吸水性能优良的天然纤维［1］;同时制备PET纤维的聚合物部分能被微生物分解，加上PET织物在加工过程中通常需要添加可作为微生物营养的物质进行处理，当外界温湿度条件成熟，PET织物很容易滋生多种微生物，导致织物变色、长斑酶、产生臭味等。因此，PET纤维的抗菌改性一直是国内外研究者关注的课题之一。

纳米技术作为近年来新崛起的一门高新技术，在机械、电子、材料、光学、化工、医药等诸多领域正在取得越来越广泛的应用。由于纳米材料的较高化学活性、较大比表面积及微粒子的超细化，使得它在许多方面优于传统材料的性能，能制造出许多功能独特、设计新颖的材料［2］。在纺织工业上，纳米技术在制造纺织新原料、改善织物功能如抗紫外线、抗老化、高强耐磨、抗静电、导电、抗菌、吸附等方面，都有较大的开发价值和发展前景。

本文采用纳米银系抗菌剂与PET成纤树脂制成的抗菌专用母粒，与PET切片熔融共混纺丝，制备纳米抗菌防臭PET纤维，同时研究了此纤维的物理性能和抗菌性能。

1 抗菌机理

本文制备的抗菌纤维中有效抗菌成分是纳米级银系抗菌剂，它的抗菌机理是:银离子与细菌接触后，到达微生物细胞壁，带正电荷的银离子吸附在带负电荷的细胞壁上，依靠库仑力使两者牢固吸附，银离子穿透细胞壁进入细胞内，与－SH基反应，使蛋白质凝固，使微生物细胞发生破裂而死亡，影响微生物所需基本物质的传输，破坏细胞合成酶的活性，用中断DNA复制的形式阻止微生物繁殖。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，抗菌效果持久［3］。另外，纳米级的银颗粒具有较强的光催化能力，能够激活水和空气中的氧，产生羟基自由基(·OH)及负氧离子(O－2)，它们能使细菌中的蛋白质、不饱和脂肪酸、糖苷等与之发生反应，破坏其正常结构，从而使细菌死亡或丧失增殖能力［4］。

2 实验

2.1 实验材料及仪器

PET聚酯切片(佛山塑料集团股份有限公司，顺通聚酯分公司)，纳米银系抗菌母粒(自制)，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌菌源(广东省微生物分析检测中心)。

PF－25BT塑料干燥机(佛山市顺德区华威分机制造公司)，HDF－6A纺丝设备(烟台华大塑料机械有限公司)，YG061A电子单纱强力仪器(莱州市电子仪器有限公司)。

2.2 实验方法

2.2.1 纳米抗菌防臭PET纤维的制备

将干燥后的抗菌母粒和PET聚酯切片以不同比例混合，在HDF－6A纺丝设备上经熔融纺丝制得抗菌防臭PET纤维，其中抗菌母粒的质量分数依次为0，4%，4.5%，5%，5.5%。

2.2.2 力学性能测试

按照GB/T 16604－2008标准测试纤维的断裂强度和断裂伸长率。

2.2.3 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:震荡法测试纤维的抗菌能力:将试样与对照样分别装入一定浓度的试验菌液的三角烧瓶中，在规定的温度下震荡一定时间，测定三角烧瓶内菌液在震荡前及震荡一段时间后的活菌浓度，计算抑菌率，以此评价试样的抗菌效果。

3 结果与讨论

3.1 抗菌防臭PET纤维的力学性能

按照本文2.2.1方案制备抗菌防臭PET纤维，对它们进行拉伸测试，结果如表1所示。

从表1中可以看出，PET纤维中加入抗菌母粒后，其断裂强度发生不同程度的下降，而断裂伸长率则有所增加。强度来源于晶区和非晶区的取向，由于抗菌银纳米粒子和聚酯之间配位络合的阻碍，影响了大分子在牵伸时沿轴向的取向，故而纳米抗菌PET纤维的强度有所下降;断裂伸长率的增加是因为纳米粒子的添加使得聚酯大分子链由刚性变为柔性，分子链段运动更容易，纤维有从硬而强型向软而韧型转变的趋势［5］。

同时，从表1数据可见，抗菌母粒质量分数为5.5%时，纤维的强度和伸长率都发生了很大程度的下降，这是因为当抗菌母粒的量增大，纳米微粒易于团聚，同时添加的纳米银系抗菌母粒是刚性粒子，在抗菌PET纤维中易引起应力集中，导致强度和伸长率下降。所以，纺丝时抗菌母粒的加入必须适量。

表1 不同抗菌母粒添加量的PET纤维的力学性能

3.2 抗菌防臭PET纤维的抗菌性能

对2.2.1中制备的抗菌纤维进行抗菌性能测试，结果如表2所示。

表2 不同抗菌母粒添加量的PET纤维的抗菌性能

从表2可以看出，加入抗菌母粒的PET纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用，抑菌率都在90%以上。随着抗菌母粒质量分数的增加，纤维的抑菌率升高，这是由于银离子在纤维中游离的浓度和细菌吸附的速度相关:当抗菌母粒质量分数增加时，单位空间上的银离子浓度增加，与细菌接触和反应的数量也增多，提高了纤维的抑菌率。

综合考虑纤维强度、抗菌性及成本因素，抗菌防臭PET纤维纺丝时抗菌母粒的加入量以质量分数5%为宜。

4 结论

在纳米抗菌防臭PET纤维熔融混纺中，加入纳米银系抗菌母粒作为有效抗菌成分，利用银离子与细胞生物体内蛋白质、核酸中一些官能团发生反应，降低蛋白质或酶的活性，使细菌的代谢繁殖受到抑制，从而达到抗菌的目的。加入抗菌母粒的PET纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑制作用，抑菌率都在90%以上;当加入抗菌母粒的质量分数为5%时，PET纤维具有很强的抗菌性，同时具有良好的力学性能。

［1］肖红，施楣梧，刘丽丽.抗菌纺防臭纺织品相关基础性问题［J］.纺织学报，2011(9):147－150.

［2］石宏亮.利用纳米技术开发抗菌纤维的探讨［J］.产业用纺织品，2001(6):13－15.

［3］刘伟时.抗菌纤维的发展及抗菌纺织品的应用［J］.化纤与纺织技术，2011，40(3):22－27.

［4］王兴雪.聚丙烯/超细无机抗菌剂共混物及其细旦纤维的研究［D］.上海:东华大学，2005.

［5］朱平，隋淑英，李静，王炳.纳米抗菌涤纶纤维的性能研究［J］.纳米科技，2007(4):21－25.