抗菌纤维素纤维的制备与研究进展

巫丹平

晋江中纺标检测有限公司 福建 362200

1 引言

纤维素是自然界赐予人类最丰富的天然高分子物质，不仅来源广泛，而且可再生。由纤维素纺丝制备纤维的工艺主要有：粘胶法、溶剂法（包括氢氧化铜或碱性铜盐的浓铜氨溶液、离子液体、N-甲基吗啉-N-氧化物溶剂）、氨基甲酸酯法等。纤维素纤维柔软、吸湿、透气，经纺纱、织造、烧毛、退浆、精炼、漂白等工艺处理后，可得到品质较高的棉织物，被广泛用于各类服装及装饰用品。如铜氨纤维，常与羊毛、合成纤维混纺或纯纺，用于制作针织内衣、女用袜子以及丝织缎绸女装等。

然而，纤维素纤维易生霉，繁殖的霉菌使纺织品产生霉斑及色变，影响纺织品的使用性能，严重限制了纤维素纤维的进一步应用。此外，随着生活质量的不断提高以及环境卫生健康意识的日益增强，人们对纤维和织物抗菌性的要求也越来越高。因此，大力研制抗菌纤维素纤维/织物已迫在眉睫。

2 纤维素纤维用抗菌剂及抗菌机理

一般地，纤维素纤维用抗菌剂应考虑以下条件：①具有安全且高效的抗菌活性；②具有广谱性；③抗菌剂与基体的相容性以及对基体物理性能的影响；④抗菌材料的加工工艺；⑤性价比权衡。纤维素纤维用抗菌剂主要有以下几种：

2.1 无机抗菌剂

主要分为金属离子型（如Cu、Ag、Zn）和氧化物光催化型（如ZnO、TiO2）抗菌剂。无机抗菌剂通常利用物理吸附和离子交换等方法，将具有抗菌功能成分固定在如沸石、活性炭、硅胶和磷酸盐等载体材料上而制得一类抗菌剂。金属离子型抗菌的抗菌机理为：带正电荷的金属离子吸引带负电荷的细菌，破坏微生物合成酶的活性，干扰微生物DNA 的合成，从而使细菌丧失繁殖能力而死亡。[1]光催化型抗菌剂的抗菌机理为：在光照的作用下，抗菌剂与其表面吸附物的细菌之间发生氧化、还原和光化学反应等，分解微生物组成成分，达到抗菌目的。[2]无机抗菌剂以优异的耐热性能、抗菌广谱性且不易产生耐药性等特性在纤维素纤维及织物中得到了广泛的应用。

2.2 有机抗菌剂

主要分为天然有机抗菌剂和合成有机抗菌剂。天然有机抗菌剂包括日柏醇、山梨酸、壳聚糖及其衍生物等。其抗菌机理为：天然抗菌剂能够使微生物蛋白质变性，细胞壁受损，能量合成受阻，干扰细胞代谢。[3]天然有机抗菌剂生物相容性好和安全无毒，在食品、化妆品和医药领域具有广阔的应用前景。

合成有机抗菌剂包括季铵盐/季鏻盐化合物、吡啶化合物、咪唑化合物和卤胺类化合物等。其抗菌机理（以季铵盐类抗菌剂为例）有两种理论。一种理论为，季铵盐化合物实现抗菌主要通过六个步骤：①季铵盐阳离子基团吸附到细菌壁表面；②通过细胞壁扩散至细胞；③吸附到细胞质表面；④破坏细胞质膜；⑤泄漏细胞质内容物；⑥杀死细菌。另一种理论为，季铵盐化合物破坏细胞壁结构，使细菌发生团聚、分裂，导致细菌死亡。[4]

2.3 复合型抗菌剂

复合型抗菌剂，指通过物理或化学的方法将两种或两种以上不同抗菌化合物组合在一起，发挥各组分的协同作用，达到增强抗菌性、拓宽抗菌谱、提高稳定性和降低使用量等目的，如有机硅季铵盐-壳聚糖季铵盐化合物[5]、HZ-1化合物[6]、电气石粉-氧化钛-银系化合物[7]和卤胺-季铵盐化合物[8]等。复合型抗菌剂依据其各个组成成分的不同，其抗菌机理也不相同。

3 抗菌纤维素纤维的制备方法

抗菌纤维素纤维制备的方法主要包括物理共混方法和化学改性方法。

3.1 物理共混方法

物理共混方法，指将抗菌剂和聚合物进行溶解共混，利用纺丝设备，通过干法、湿法和干湿法等工艺生产抗菌纤维。物理共混方法工艺简单，但需要克服纳米抗菌剂团聚及抗菌耐水洗性等问题。孔凡龙等分别将纳米银、纳米氧化锌和纤维素共混于[AMIM]Cl 离子液体，通过熔融纺丝制备抗菌纤维。通过测试发现，少量纳米银和纳米氧化锌添加剂即可达到良好的抗菌性，然而纤维的断裂强力随抗菌剂含量的增加而降低。[9]王乐军等将壳聚糖和纤维素共混溶解纺制抗菌纤维，当壳聚糖添加量在3%时，纤维抗菌效果最佳，且经过多次（25 次）水洗后，纤维抗菌性能仍然良好。[10]

3.2 化学改性法

化学改性法，通过化学反应方法将抗菌剂固定在纤维素骨架的支链上，从而使抗菌剂永久存在于纤维表面。邢晓东等将采用预辐射技术将季铵盐化合物接枝在纤维素上，获得了高接枝率的抗菌纤维，其最佳工艺条件为：单体浓度为0.4mol/L、接枝温度80℃、接枝时间为6h。[11]卢殿楠等将季铵盐抗菌单体接枝在纤维素纤维上，发现该抗菌纤维对大肠杆菌具有很强的吸附能力，对活菌吸附能力更强。[12]

4 结束语

随着科技的不断发展和创新，采用抗菌性更高效和抗菌谱更广的抗菌剂（如有机—无机复合抗菌剂）以及绿色环保简单抗菌的改性方法将是制备抗菌纤维素纤维的发展趋势，同时更加合理科学的抗菌评价体系将逐步完善。