抗菌纤维及其在纺织中的应用研究

2016-05-10张振方王梅珍

纺织科学与工程学报 2016年1期

关键词：麻纤维抗菌剂纳米银

张振方,孔　楠,王梅珍,林　玲,万　明

(1.浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波 315211；

2.宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室，浙江宁波 315211；

3.西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048；4.苏州科技学院数理学院，江苏苏州 215011)

抗菌纤维及其在纺织中的应用研究

张振方1,2,3,孔楠4,王梅珍1,林玲2,万明3

(1.浙江纺织服装职业技术学院，浙江宁波 315211；

2.宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室，浙江宁波 315211；

3.西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048；4.苏州科技学院数理学院，江苏苏州 215011)

摘要：抗菌纤维及纺织品应用前景巨大。概述了抗菌纤维的分类、测试方法及抗菌纺织品的应用，以期对后续抗菌产品的研究提供指导。

关键词：银系抗菌纤维抗菌纺织品

0引言

微生物存在于人们生活的角角落落，有些如螨虫、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有害生物会影响人们正常的日常生活。抗菌纤维及纺织品则应运而生，所谓抗菌纤维及纺织品是指具有抑菌或杀菌、真菌或病毒等有害生物的功能性作用的纤维或织物。随着生活水平的提高，消费者已经从最开始的追求保暖舒适转化为功能性、安全、健康的消费观念，因此，抗菌纺织品的市场潜力巨大。本文将具体介绍抗菌纤维的种类、抗菌纺织品及其抗菌检测方法，以期对抗菌领域的应用提供指导。

1抗菌纤维的分类

目前，抗菌纤维主要分为天然抗菌纤维和人工抗菌纤维[1]。天然抗菌纤维是指由于纤维自身的结构或含有的化学物质具有抑菌或杀菌的功能性作用。人工抗菌纤维是指通过后整理将抗菌剂加入到纤维表面或内部，抗菌剂在释放过程中起到杀菌的作用。

1.1天然抗菌纤维

1.1.1木棉纤维

木棉纤维是具有两端封闭的大中空结构天然纤维，中空率一般达到84.6%以上。刘维以大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及螨虫对木棉纤维进行测试，结果显示木棉纤维对大肠杆菌(革兰氏阴性菌)具有明显的杀菌作用，但对金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)无明显的杀菌作用，对于螨虫的驱螨效果明显，驱螨率达到87.54%。木棉纤维具有抗菌剂防螨作用的原因可能是由于纤维中含有一种天然的、苦味的物质。严小飞等对木棉纤维的抗菌测试结果中表明，对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌率在50%以上，但依然达不到GB/T 20944.2-2007标准的要求，其分析对木棉抗菌性的原因为木棉纤维外壁的一种物质。其对木棉混纺毛巾织物进行了抗菌测试，发现该织物不具有抗菌作用，说明木棉混纺毛巾织物在经过后处理及磨损过程中，外壁物质脱落，进一步验证了上述两位研究者的结论。此外，由于木棉两端封闭，对于厌氧性有害细菌而言，不利用细菌的生存，也许是具有抗菌作用的另外一个原因。

1.1.2壳聚糖纤维

壳聚糖是直链大分子，分子取向度好，具有良好的成纤维性，壳聚糖纤维对蛋白质具有很好的亲和性，无毒性，但对各种细菌、真菌有较好的抗菌效果[2]。所谓的壳聚糖纤维是甲壳素在浓碱溶液中加热处理后脱除乙酰基得到的。对于壳聚糖纤维的抗菌机理可大致归结[3]如下：

(1)壳聚糖对细胞会有直接损伤或者胞外干扰作用；

(2)壳聚糖作为信号物质发挥作用或者在细胞内对细胞代谢的干扰作用。壳聚糖可进入细胞内与胞内蛋白质和核酸等物质相互作用，抑制细菌生长，干扰细胞正常代谢。

壳聚糖纤维及其纺织品的应用主要针对于医用敷料，例如止血棉、纱布等，可针对烧烫伤病人，一方面由于壳聚糖织物的抗菌作用，一方面壳聚糖织物透气透水性很好[4]。

1.1.3麻纤维

具有抗菌作用的麻纤维包括大麻纤维、亚麻和罗布麻纤维。大麻纤维的抗菌大致可归结为两方面：a.大麻纤维含有大麻酚类物质，该物质是大麻纤维具有抗菌性的原因。b.大麻是中空纤维，富含氧气，使得厌氧细菌较难生存，这类似于木棉纤维。吕锐等以金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌和白色念珠菌对罗布麻纤维进行抗菌性测试，抑菌率分别为47.7%、69.0%、56.6%和40.1%，证明罗布麻具有良好的抗菌性。刘广平等[5]采用定性和定量两种方法分别对再生麻纤维、漂白整理后的再生麻纤维及染色后的纯纺织物进行了抗菌性试验，表明再生麻纤维的抗菌能力有限，需要在较长时间内发挥抗菌作用，但对不同的菌种有选择性抗菌作用。

1.1.4竹纤维

竹纤维是一直以来的研究热点，竹纤维表面有微沟槽，具有良好的吸湿透气性，加上其具有持久高效的抑菌杀菌作用，开发了适应于市场多种纺织品。竹纤维之所以具有抗菌作用，孙居娟[6]认为竹原纤维含有α位酚羟基和β位酚羟基的蒽醌化合物，这是一种橘红色结晶物，溶于热水、丙酮等有机试剂中。竹浆黏胶纤维是一种再生纤维素纤维，其不利于细菌的生存，对金黄色葡萄球菌的抑菌率达70%以上，但对白色念珠菌并无任何作用[7]。

1.1.5炭化棉纤维[8]

炭化棉纤维是在真空状态下将棉布加热到800—1000℃，蒸发掉所有水分。其纤维的PH值达到1.9至3，正是由于这种纤维的强烈的酸性，对纤维的杀伤力极强，但这种纤维应用于服用织物的可能性则较小。

1.2人工抗菌纤维

1.2.1纳米银抗菌纤维

纳米银抗菌纤维发挥抗菌性是依靠不断释放的纳米银颗粒，其抗菌织物的常用合成方法是添加法和后加工法。添加法是将纳米银添加到纤维内部，其抗菌效果耐洗涤、抗菌效力持久。有人[9]用银镜反应和压力差作用制备中空载银纤维，银离子存在于纤维的内壁上，但由于中空纤维的特殊结构，在释放时，银离子只能从纤维的头尾端口释放。后加工法制得的纤维不耐洗，其抗菌性随着洗涤次数和使用时间的增多而逐渐减弱，在产业用及服用中不适宜，属于一次性抗菌制品。关于纳米银的抗菌机制，多数学者认为由于超细状态的银表面积极大，在水或水介质中会发生电离，但电离出的银离子与细菌的一些成分或血浆中的蛋白质结合，或与氯离子反应生成沉淀，抗菌能力下降。纳米银因为具有广谱强效，渗透性强，且具有促进愈合伤口的作用，减少伤疤的生成。但纳米银存在着生物安全性方面的威胁。纳米银由于直径较小，可通过呼吸道、皮肤等途径进入到人体，此外，纳米银具有吸入毒性和经口毒性，大鼠实验结果显示，在吸入纳米银后，大鼠出现了肺功能的改变。由于纳米原子具有很强的吸附能力和化学活性，因此纳米银具有细胞毒性[10]。因此，虽然纳米银抗菌纤维具有良好的杀菌作用，但其生物安全性问题一直存在并在短期内得不到解决，因此纳米银抗菌纺织品的开发与研发受到了一定的限制。

1.2.2有机抗菌剂抗菌纤维

所谓有机抗菌剂抗菌纤维就是将微量的有机抗菌剂在不改变纤维的基本性能的前提下添加进纤维里，有机抗菌剂在国外的研究较成熟，杀菌快而强，价格便宜等优点，以季铵盐类、有机金属类等为代表物。据研究[11]，其抗菌机理主要是与细菌的细胞膜表面的阴离子结合，破坏细胞膜的正常运转系统，进而达到抗菌抑菌的作用。但有机抗菌剂存在着有毒，耐热性差、易产生微生物耐药性等问题。

2抗菌的测试方法

2.1定性测试方法

定性测试方法主要有晕圈法(琼脂平皿法)、抗微生物性实验法、纺织材料抗霉菌和抗腐烂性能的评定和GB/T 20944.1-2007等。定性测试方法不能准确地得出抗菌率，只能定性得到抗菌效果，但费用低且速度快。

2.2半定量实验法

对于半定量测试中应用较多的平行划线法，这种方法可用来确定具有可扩散抗菌剂的纺织品的抗菌性能，它的优点之一是取代了繁琐的AATCC-100,是对纺织材料抗菌性能的半定量分析。

2.3定量测试

纺织品准确的抗菌性能的测试主要采用定量检测，一般包括烧瓶振荡法和吸收法。所谓的烧瓶振荡法是将纺织材料或纤维在菌液中振荡，使得纺织材料与菌液中的抗菌剂充分接触，从而根据细菌数量的变化得到抗菌效果。振荡法一般适用于非溶出型纺织材料，且操作复杂。另外一种是吸收法，其对溶出或非溶出都适用，测试结果精确，主要是将菌液分别处理试样和对照样，之后记录洗涤后的活菌数，通过前后对比活菌数量计算其抗菌效果。根据定量测试方法分类主要有：菌数测定法、定量实验法、固着性抗菌剂抗菌性的动态测试法、GB/T 20944.2-2007以及FZ/T02021-92等方法。

3抗菌纺织品的开发

3.1抗菌纺织品的处理方式

开发抗菌产品的制备方法一般有纤维改性和织物后整理。纤维改性是指在纺丝液的高聚物里添加银系抗菌剂，纺丝成型并加工成为织物。织物后整理则是对成型织物进行抗菌处理，一般是涂层或浸渍的方式，这种方式的纺织品的抗菌效果持久性差。

表1　抗菌纺织品的处理方式

(1)纤维改性主要是针对化纤而言，对天然纤维则没有应用，主要有接枝法、离子交换法、湿纺方法、熔融共混纺丝法、复合纺丝法[12]等。

(2)后整理加工是通过化学结合的方法将抗菌液或树脂整理在织物上，利用皮肤与织物的直接接触作用发挥抗菌作用，主要包括表面涂层法、树脂整理法、微胶囊法。倪昭玉等制备了复合芳香微胶囊并以浸渍法整理在丝巾上，丝巾获得了良好的芳香气味，抗菌效果明显。

3.2抗菌纺织品的应用

目前抗菌纺织品的领域正在逐渐扩大，其应用领域主要包括以下几个方面：

3.2.1医用纺织品

利用抗菌纺织品应用于医学领域，可大大减少细菌的滋生及病人的痊愈，如手术缝合线、口罩、手术手套等。以掺沸石/棉(65/35)制得的抗菌织物在洗涤50次后对肺炎杆菌的抗菌率达70%以上。

3.2.2家用纺织品

家居纺织品由于温湿度、氧气等环境条件良好，容易滋生螨虫和细菌等，因此，家用抗菌纺织品的开发显得很有意义。前述已提到木棉纤维具有抗菌防螨作用，但某公司开发的木棉混纺毛巾经测试则不具有抗菌作用。浙江三弘集团与东华大学联合开发木棉絮料用于家纺产品，经测试其絮料的抗菌防螨效果较好。此外，在床垫的抗菌防螨产品开发中也得到了很多成果，张振方[13]等在论文中综述了很多抗菌防螨床垫的发明及实用专利。

3.2.3产业用纺织品

在过滤布、汽车内饰等产业用纺织品中也已经开始实用抗菌纺织品。例如在汽车内饰中使用抗菌座椅及内饰，可大大减少车内细菌的滋生，这对于户外房车爱好者是很重要的；通过整理使过滤布具有抗菌性也开始使用，具有抗菌作用的过滤布可大大减少过滤物的细菌等有害菌的生存，有利于节约成本。

4结束语

目前对于抗菌纤维及纺织品的开发是多样化的，但以银系抗菌为例，其生物安全性有待于解决，此外，应尽量采用不会产生二次抗菌污染的抗菌处理方法。天然抗菌纤维及其纺织品的开发有难度但应该受到重视。

参考文献

[1]王建平,抗菌纤维与抗菌剂体系(二)[J].合成纤维,2003(3):5-9.

[2]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(9):34-37.

[3]王玉鹏.抗菌纤维的研究进展[J].鲁东大学学报：自然科学版，2009，2(35)23-26.

[4]葛婕.抗菌纤维的最新研究进展[J].纺织导报，2006(3):28-30.

[5]李毕忠.抗菌纤维及抗菌织物的研制与开发[J].纺织科学研究，2003(6):29-33.

[6]陈道江.抗菌纤维及其纺织品的发展[J].广西纺织科技，2006(35):10-15.

[7]师利芬.抗菌纤维及其最新研究进展[J].纺织科技进展，2005(2):16-18.