纳米真丝针织物抗菌性能研究

2018-03-28界璐,王秀

纺织科技进展 2018年3期

界璐,王秀

织物在人体穿着过程中,与皮肤直接接触,会沾污很多汗渍、皮脂及其他各种人体分泌物,同时也会被环境中的各种污物所沾污,这些污物是各种微生物繁殖的良好环境,因此,在致病菌的繁殖和传递过程中,纺织品是一个重要的媒介。这些细菌包括大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、尿素分解菌、真菌、霉菌以及以细菌分解物为食物的螨虫等,它们可以侵蚀纺织品,导致疾病传播,同时产生臭味等,威胁人们的健康。对于真丝这样的天然纤维,由于无法在其生产过程中添加抗菌性粉体,只能将纳米级粉体借助于分散剂、稳定剂、黏合剂等助剂及一定的工艺方法对真丝织物处理使其具有抗菌性能[1-4]。

纳米Zn O与Ag都属于无机抗菌剂,具有较强的抑菌抗菌性,但是抗菌原理却有着本质的区别。Ag是接触性抗菌剂,通过游离的Ag+破坏细菌体内酶蛋白的巯基而使酶丧失活性,来达到杀死细菌的目的;而纳米Zn O是光催化抗菌剂,它是通过具有强氧化性的HO·和·O2-将各种细菌分解为CO2和H2O等无机小分子来杀死细菌。因而采用纳米Zn O和纳米Ag进行复合来制备抗菌整理剂,这样即使在不能发生光催化反应的环境中同样能对细菌起到抑制作用,大大改善了单纯靠纳米Zn O进行抗菌的局限性[5-9]。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

织物:真丝各色纬平针针织物。

药品:黏合剂(上海藤川化工有限公司),净洗剂(德国枧油MT9906017)。

菌株:大肠杆菌(8099)第6代(中国第四军事医学科学院),金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)第8代(中国第四军事医学科学院),白色念珠菌(ATCC 10231)第8代(中国第四军事医学科学院)。

主要设备及仪器:微生物无菌室,生化培养箱(温度控制在37℃左右),高压蒸汽灭菌锅,营养琼脂培养基,IR12P型红外染色仪,LD-3624型试样定型烘干机。

1.2 试验方法

试验的设计思路为:资料检索→后整理工艺设计→黏合剂选择→工艺配方设计→抑菌检验(抑菌环法,西安市疾病防治中心)→较好的工艺配方→抑菌检验(振荡烧瓶法,西北大学生物系)→最佳工艺配方→抑菌检验(陕西省疾病防治中心)。

1.2.1 工艺配方

1#整理液配方:复合整理剂量 0.5%,Zn O∶Ag分别为1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合剂4%,浴比1∶10。

2#整理液配方:复合整理剂量 1%,Zn O∶Ag分别为1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合剂4%,浴比1∶10。

3#整理液配方:复合整理剂量 2%,Zn O∶Ag分别为1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合剂4%,浴比1∶10。

1.2.2 工艺流程

织物净洗→脱水→织物浸入装有整理液的染杯→升温(10 min内达到40℃)→保温(30 min)→预烘(90℃,5 min)→焙烘(120℃,2 min)→水洗。

1.2.3 洗涤方法

按照日本工业标准(JIS)的洗涤方法洗涤,在家用洗衣机中使用家用碱性洗涤剂(聚氧乙烯烷基醚和α-烯烃黄酸钠以9∶1复配)浴比为1∶30,40℃洗涤5 min,并且常温下两次清水清洗2 min为一个循环。

1.3 测试方法

本试验中织物抑菌效果测定主要采取抑菌环法、振荡烧瓶法及滴液法。由于抑菌环法操作起来较其他测试方法相对简便一些,所以首先利用抑菌环法测定由1#、2#和3#整理液整理的织物的抗菌性,得出最初的整理液配方及几组Zn O和Ag的最佳比例;然后用该整理液配方和几组Zn O和Ag的最佳配比对织物进行整理并利用振荡烧瓶法测定其抑菌效果和耐洗牢度,综合考虑其抑菌效果和耐洗牢度来确定一组Zn O和Ag的最佳比例,确定为最佳工艺。最后利用所确定的最佳工艺对织物进行整理,送陕西省疾病预防控制中心进行检验,得到正式的检验报告[10]。

1.3.1 抑菌环法

抑菌环检测法能够定性表征材料的抗菌效果。具体操作为将菌浓度大于105的菌液均匀地涂在培养皿上,将经抗菌整理后的织物剪成直径为5 mm的圆(每种材料分别做4个试样),放在培养皿中,中间放一未处理试样作为对照样。再将培养皿置于30℃左右的生化培养箱中,18 h后测定试样周围抑菌环的大小,以抑菌环直径的平均值作为评价材料抗菌性能的依据。其抑菌原理为由于细菌在培养皿中能够迅速生长,处理后的织物具有抗菌能力,细菌在其周围很难生长,因此在处理后的试样周围会出现一个明显的细菌禁止圈,即抑菌环,而未处理的试样周围则无抑菌环出现。抑菌环的直径越大,表明材料的抗菌效果越好,反之,则表明材料的抗菌效果越差。由于在本试验中用抑菌环法只是测定织物大致的抑菌情况,测试试样批量很大,导致工作量也非常大,所以只测试其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌情况。

依据1995年卫生部颁发的国家标准GB15979-1995《一次性使用卫生用品卫生标准》以及《消毒技术规范》1999年第三版进行,试验温度为(0±2)℃。

1.3.2 振荡烧瓶法

改进后的振荡烧瓶法主要是根据1992年发布的纺织行业标准FE/T01021《织物抗菌性能实验方法》、1995年卫生部颁发的国家标准GB15979-1995《一次性使用卫生用品标准》以及《消毒技术规范》1999年第三版等综合改进而成的能够综合检验溶出性和非溶出性抗菌剂的一种抑菌效果检验方法。

具体操作如下:

(1)将抗菌织物剪碎,取0.75～1.5 g分装包好,在120℃烘干箱中灭菌15 min,自然冷却取出。

(2)取0.75 g该样片放入250 ml的三角烧瓶中,分别加入70 ml PBS和5 ml菌悬液,使菌悬液在PBS中的浓度为1×104～2×104cf u/ml。

(3)将三角烧瓶固定在振荡摇床上,以180～300 r/min摇荡1～6 h,室温35℃左右,光照充足。

(4)取0.5 ml振荡后的样液,或用PBS做适当稀释后的样液,以琼脂倾注法接种平皿,按消毒技术规范第三版2.23法进行活菌培养计数。

(5)试验同时设对照样片组,对照样片组用不含抗菌剂的相同材质的样片代替抗菌样片,其他操作程序均与试验组相同。不加样片组分别取5 ml菌悬液和70 ml PBS加入到250 ml的三角烧瓶中混匀,分别于0时间和振荡6 h后,各取0.5 ml菌悬液与PBS混合液做适当的稀释。按消毒规范2.23法进行活菌培养计数。

(6)检测抗菌持久性,同样用上述方法。

(7)试验结束后按公式1计算抑菌率

将复合整理剂用量为0.5%时,用Zn O∶Ag分别为1∶1、2∶1以及5∶1整理后的真丝织物分别计为1#、2#和3#样布。整理后的样布均按照日本工业标准JIS的洗涤方法进行洗涤,即在家用洗衣机中使用家用碱洗涤剂(聚氧乙烯烷基醚和α-烯烃黄酸钠以9∶1复配)浴比为1∶30,40℃洗涤5 min,并且常温下2次清水清洗2 min为一个循环。洗涤20次后同样利用振荡烧瓶法进行抑菌效果检验。

2 结果和分析

为了便于更直观地比较处理后织物的抑菌情况,将不同复合整理剂用量下不同含量的纳米Ag处理后的织物所对应的抑菌环的大小,绘制成折线图来比较和评价用抑菌环法测定的织物的抑菌情况。如图1、图2和图3所示。

从图1-3可看出,利用抑菌环法测试织物对大肠杆菌的抑菌效果明显好于金黄色葡萄球菌,复合整理剂的用量越大,其抑菌效果越好。当复合整理剂中Ag的含量为0时,织物的抑菌环直径均在7 mm以下,视为该织物无抑菌效果(抑菌环法规定抑菌环直径为7 mm以上有效)。出现这种现象的原因是由于纳米Zn O为非溶出性抗菌剂,而抑菌环法只适用于检验溶出性抗菌剂的抑菌效果,而纳米Ag为溶出性抗菌剂,也就是说用抑菌环法检验出的抑菌效果并非是复合整理剂的抑菌效果,只是纳米Ag的抑菌效果。故利用抑菌环检验法不适合检验利用复合整理剂处理后的织物的抑菌效果,用此法检验的抑菌效果只能作为预试验中的参考值。

图1 复合整理剂用量为2%时的织物的抑菌情况

图2 复合整理剂用量为1%时的织物抑菌情况

图3 复合整理剂用量为0.5%时的织物抑菌情况

从抑菌环直径还可以看到,复合整理剂的用量分别为2%、1%以及0.5%时,其抑菌效果虽有差别,但不太明显。由于纳米粉的价格较高,从企业成本角度出发,故选其用量为0.5%,Zn O和Ag的比例分别选用1∶1、2∶1以及5∶1对织物进行整理,然后利用振荡烧瓶法进行抑菌检验。

从表1-2振荡烧瓶法测试的织物抑菌率数据来看,当复合整理剂的用量为0.5%,Zn O和Ag的比例为1∶1时,无论是对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌还是白色念珠菌的抑制效果都是最好的,均达到了93%以上。同样,当织物洗涤20次后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果仍在97%以上,对白色念珠菌的抑制效果稍差一点,但也在85%以上。

通过抑菌环和振荡烧瓶法对不同复合整理剂用量下的不同的Zn O和Ag的比例整理后织物的抗菌性测试,通过逐渐缩小范围的方法,最终确定最佳工艺为复合整理剂的用量为0.5%,Zn O和Ag的比例为1∶1。