凹土胶体粒子改性蓖麻蚕丝的结构与抗菌性能研究

姜为青 刘艳 高小亮 周彬

摘 要：采用凹土胶体对蓖麻蚕丝进行浸轧整理，对经凹土整理后蓖麻蚕丝进行结构与抗菌性能测试与分析。结果表明：凹土颗粒为棒状结构，粒径在100 nm左右，在蓖麻蚕丝表面分布比较均匀；当凹土质量分数为10%时，对金黄色葡萄菌抑菌率为88.9%，大肠杆菌的抑菌率为84.3%，达到抗菌要求，洗涤20次后，凹土整理蓖麻蚕丝对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的耐洗性为71.4%和68.5%，保持一定的抗菌性能。

关键词：凹土；蓖麻蚕丝；抗菌；整理

中图分类号：TS195.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2017）03-0045-04

Study on Structure and Antibacterial Property of Castor silk Modified

by Attapulgite Colloid Nanoparticles

JIANG Weiqing1，2， LIU Yan1， GAO Xiaoliang1，2， ZHOU Bin1，2

（1.Department of Textile and Garment ，Yancheng Institute of Industry Technology ，Yancheng，

Jiangsu 224005； 2.Jiangsu R&D Center of the Ecological Textile Engineering &Technology，

Yancheng Institute of Industry Technology， Yancheng， Jiangsu 224005）

Abstract：In order to enhance the additional properties of castor silk， it was finished by attapulgite colloid nanoparticles. The structure and antibacterial property of the castor silk were tested and analyzed respectively before and after it was finished by attapulgite colloid nanoparticles. The results indicate the attapulgite particles are rod-shaped with the size of about 100nm， and evenly distributed on the surface of cassilk silk. When the mass fraction of attapulgite is 10%， the finished silk has good antibacterial property， and the inhibition rate for Staphylococcus aureus and Escherichia coli are 88.9% and 84.3% respectively. The anti-microbial requirement is met. After washing 20 times， the washability of the finished cassilk silk reaches 71.4% and 68.5% respectively for Staphylococcus aureus and Escherichia coli.

Key words：attapulgite； castor silk； antibacterial property； finishing

凹凸棒石黏土（Attapulgite Clay），又稱为“凹土”，是一种层链状的含水富镁铝硅酸盐的稀有非金属矿产资源，提纯后凹土的化学结构式如图1所示[1]。蓖麻蚕又称印度蚕，是一种适应性很强的多食性蚕，在适宜条件下无滞育期，可全年连续饲养。因此，蓖麻蚕丝的来源丰富，经济效益可观[2-3]。

姜为青等[4]采用高温高压处理方式对蓖麻蚕丝进行脱胶整理提取纤维，提高蓖麻蚕丝的生态性。毛雷等[5]采用凹土分散液对桑蚕丝、棉织物进行功能化改性，提高了织物的抗菌抗紫外等性能。本文采用凹土分散液对蓖麻蚕丝进行功能化改性，对其结构与性能进行研究，提高蓖麻蚕丝抗菌性能，增加产品的附加值。

1 实验部分

1.1 材料与设备

材料：实验室脱胶蓖麻蚕丝、提纯凹土；平平加O（化学纯）、六偏磷酸钠、98%冰醋酸、15%氨水、氢氧化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾（化学纯，上海化学试剂有限公司）；盐城工业职业技术学院化工系提供的大肠杆菌与金黄色葡萄球菌。

仪器：JSM型扫描电子显微镜（日本电子公司）；Atartorius BS224S型电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；SHZ-82A型数显测速恒温摇床（苏州威尔实验用品有限）。

1.2 制备凹土的分散液对蓖麻蚕丝的整理

配制不同质量分数的凹土分散液，分别为1%、2%、5%、10%和20%，将0.5 g六偏磷酸钠加入分散液中，采用醋酸和氢氧化钠实际调节pH值，使得pH为7.0，将其置于超声波搅拌器中搅拌30 min，设置水温度为30 ℃，得到凹土胶体粒子分散液。

蓖麻蚕丝15 g，经质量分数为1%平平加O浸润后，放入凹土胶体粒子分散液中，按水浴比1∶50，温度30 ℃，震荡30 min，取出脱液，轧余率：100%，然后放入烘箱，温度30 ℃，时间5 min，最后去离子水清洗织物表面残留物，自然晾干。

1.3 测试方法

1.3.1 凹土表面形态观察

在粘有电胶布的铝片上均匀铺上凹土粉体后，置于样品台上进行镀金处理，再用JSM型扫描电子显微镜观察，放大30 000、50 000倍。

1.3.2 纵向微观形态（SEM）测试

取少量的蓖麻蚕丝样品粘贴在粘有电胶布的铝片上，将其放置样品台上进行镀金处理，再用JSM型扫描电子显微镜观察，放大8 000倍。

1.3.3 蓖麻蚕丝的抗菌性能

采用振荡法测定织物的抗菌性能，参照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》标准中，选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，将未整理的蓖麻蚕丝与凹土整理蓖麻蚕丝纤维溶解溶液分别稀释10、100、1 000、10 000倍，以抑菌率来表示样品的抗菌性能，按式（1）计算：

Y/%=Wb-WaWb×100（1）

式中：Wb为未整理蓖麻蚕丝的活菌数；Wa为凹土整理的蓖麻蚕丝的活菌数。

制备抗菌溶液的溶解方法：a）灭菌：蓖麻蚕丝将蓖麻蚕丝整理样及未经整理样，称取（0.75±0.05）g分装包好，在103 kPa、125 ℃灭菌15 min备用，其次，配置0.03 mol/LPBS（磷酸盐）缓冲液，取磷酸氢二钠2.84 g、磷酸二氢钾1.36 g和蒸馏水1 000 mL，配成pH7.2～7.4的缓冲液，用250 mL烧瓶分装后，在103 kPa、125 ℃灭菌15 min备用；b）制备溶液：将蓖麻蚕丝样放入250 mL的三角烧瓶中，分别加入70 mL 0.03 mol/L PBS和5 mL细菌悬液，使其在PBS中浓度为3×105～4×105CFU/mL。然后将三角烧瓶固定于振荡摇床上，在20～25 ℃的条件下，以300 r/min振摇2 min。“0”接触时间取样：用吸管在“0”接触时间制样的两个烧瓶中分别吸取1 mL溶液，采用固定的4次稀释程序稀释，摇匀，吸取1 mL加入灭菌的平皿中，倾倒营养琼脂培养基约15 mL，室温凝固，倒置平皿，（37士1）℃培养24～48 h。

1.3.4 抗菌效果耐洗性

为了测定凹土整理后的蓖麻蚕丝的抗菌耐洗性，本试验参照FZ/T 73023—2006标准中标准洗涤方法，对待测整理蓖麻蚕丝进行20次洗涤。

2 结果与讨论

2.1 凹土颗粒的SEM照片及蓖麻蚕丝经

凹土分散液整理的SEM照片

整理后的蓖麻蚕丝纤维受到凹土粒子的形状和结构的影响。图2（a）与图2（b）为凹土颗粒的SEM照片，颗粒为棒状结构，晶束短且比较均匀，直径约100 nm，长度约几个微米，无方向性，在三维空间中呈均匀、交错排列，是典型的一维纳米材料[6]。

图2（c）与图2（d）分别为扫描电镜放大8 000倍的蓖麻蚕丝和凹土胶体颗粒整理的蓖麻蚕丝，未经整理的蓖麻蚕丝纤维表面比较光滑，但经凹土分散液整理后，可见大量的凹土胶体颗粒吸附在蓖麻蚕丝纤维表面，且分布均匀，正是纤维表面吸附的凹土胶体粒子作用，使纤维具有抗菌的可能性。

2.2 不同质量分数凹土分散液整理蓖麻蚕

丝的抗菌率

选用测试菌种为革兰氏菌种中的金黄色葡萄球菌，将未整理的蓖麻蚕丝与凹土整理蓖麻蚕丝纤维溶解溶液分别稀释10 000倍，观察其在琼脂上生长的菌落数，不同质量分数凹土分散液整理蓖麻蚕丝的菌落数见图3。

〗

图3中为不同质量分数的凹土溶液对于金黄色葡萄球菌生长的作用，观察琼脂上的菌落数得出：与空白样相比，经过不同质量分数凹土整理后的蓖麻蚕丝的菌落数明显变少。当质量分数达到10%后，菌落数变化相差不大，说明凹土整理后的蓖麻蚕丝具有比较明显的抗菌作用。

抑菌率测试结果如表1所示。

由表1可知，經过质量分数为1%至10%的凹土分散液整理后，蓖麻蚕丝的抑菌率得到明显提高，其中金黄色葡萄球菌的抑菌率由63.4%提高到89.9%，大肠杆菌的抑菌率由55.4%提高到87.1%。当质量分数为10%，凹土整理蓖麻蚕丝具有较好抗菌性能；但随着质量分数的进一步增加，凹土整理蓖麻蚕丝的抑菌率明显变化。这可能是凹土粒子表面水解，可与细菌一定程度发生生物化学作用，对细菌的生长具有一定的抑制作用[7]。

2.3 凹土分散液整理蓖麻蚕丝的抗菌耐洗

抑菌率性

蓖麻蚕丝经质量分数为10%的凹土整理，将整理后的蓖麻蚕丝分别洗涤0、5、10、20次得到对应的处理样品，采用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌对样品进行抑菌率测试，结果如表2所示。

由表2可知，经过5次洗涤后，凹土整理蓖麻蚕丝的抑菌性能变化比较明显，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别下降了12.2%和15%，这可能是由于附着于纤维表面的凹土经洗涤后脱落，导致抑菌率变化明显；但随着洗涤次数的增加，抑菌率几乎没有变化。经过20次洗涤后，凹土整理蓖麻蚕丝对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的耐洗性为71.4%和68.5%。这可能是由于水解后的凹凸棒石上的羟基（—OH），与蓖麻蚕丝表面的羧基（—COOH）、氨基（—NH2）生成共价键及离子配位键，具有较好的稳定性[8]。

3 结 论

a）通过对凹土粉体以及凹土整理的蓖麻蚕丝表面形态的观察，发现大量的凹土胶体颗粒吸附在蓖麻蚕丝纤维表面，且分布均匀。

b）不同质量分数的凹土整理蓖麻蚕丝，观察金黄色葡萄球菌的菌落数，得出整理后的蓖麻蚕丝的菌落数明显变少，说明凹土整理后的蓖麻蚕丝具有比较明显的抗菌作用。

c）对抑菌率及抗菌耐洗性进行测试，表明当凹土质量分数为10%，凹土整理蓖麻蚕丝具有较好抗菌性能；经过20次洗涤后，凹土整理蓖麻蚕丝对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的耐洗性为71.4%和68.5%。

参考文献：

[1] 蔡素梅，周加静，穆畅道，等.凹土的分散团聚行为研究[J].皮革科学与工程，2010，20（1）：21-25.

[2] 董凤春，潘志娟，贾永堂.野蚕丝的结构与性能分析[J].丝绸，2006（3）：18-20.

[3] 徐梅，左保齐.再生蓖麻蚕丝素蛋白静电纺的结构研究[J].丝绸，2008（3）：16-18.

[4] 姜为青，樊理山，张月华，等.蓖麻蚕丝的结构及其残胶超声成膜的应用研究[J].丝绸，2015，52（9）：6-10.

[5] 毛雷，王曙东，刘艳.凹土胶体离子对棉织物的抗紫外和抗菌整理[J].纺织学报，2012，33（9）：94-99.

[6] 周杰，刘宁，李云，等.凹凸棒石粘土的纤维结构特征[J].硅酸盐通报，1999（6）：50-55.

[7] LAVIE S， STOTZKY G. Interactions between clay minerals and siderophores affect the respiration of histoplasma capsulatum [J]. Applied and Environmental Microbiology， 1986，51：74-79.

[8] 董文秀，李军生，李秋杰，等.光谱法研究钙离子对丝素蛋白溶解过程中结构的影响[J].分析测试学报，2014，33（12）：1410-1415.