有机抗菌剂应用于纺织品的研究进展

张 静，臧莉静

（邢台职业技术学院，河北邢台 054035）

纺织品表面结构疏松多孔，容易沾染人体新陈代谢分泌的汗液和油脂，形成适合微生物生长的环境；微生物繁殖能力强，不仅释放具有刺激性气味的代谢物，还可能感染皮肤，引起疾病，危害人体健康。此外，大量的微生物滋生还会导致纺织品发黄或强度下降［1］。为了保护纺织品不被微生物污染，防止产生刺激性气味，保护人体健康，赋予纺织品抗菌性能显得尤为重要，这也是功能性纺织品的研究热点。

抗菌剂是少量添加于纺织品上即可有效抑制微生物生长和繁殖，达到抑菌、杀菌效果的化学物质［2］。理想的抗菌剂需要满足：（1）具有广泛高效的抗菌效果；（2）不影响纺织品的强度、透气性等；（3）不影响其他助剂的使用；（4）对人体及环境无害；（5）与纺织品附着力强，洗涤、日晒后仍具有长期抗菌性；（6）成本低廉、工艺简单，可与其他整理剂综合使用［3］。根据组成结构、作用机理及来源，抗菌剂可分为无机抗菌剂和有机抗菌剂［4］。

1 有机抗菌剂抗菌机理

目前，纺织品抗菌剂以有机抗菌剂为主。有机抗菌剂不仅具有广谱高效的杀菌能力，而且来源广泛、成本低廉、加工工艺简单。有机抗菌剂的抗菌机理：（1）使微生物代谢酶失活，影响微生物的新陈代谢，达到杀菌目的；（2）与细胞内蛋白酶反应，破坏细胞机能；（3）阻断DNA 合成，抑制微生物繁殖；（4）促进氧化还原反应，扰乱细胞生长；（5）阻碍氨基酸转脂［5］。

2 有机抗菌剂研究进展

有机抗菌剂抗菌效果良好，但也存在一些缺陷，如毒性较大，耐久性较差以及容易引起微生物的耐药性等［6］，影响其大规模应用。为了实现有机抗菌剂在纺织品上的大规模应用，研究人员针对不同的有机抗菌剂做了大量的改进工作，本文主要介绍季铵盐、卤胺、聚六亚甲基双胍盐酸盐、甜菜碱等常见有机抗菌剂的研究进展及在纺织品上的应用。

2.1 季铵盐类抗菌剂

季铵盐类化合物是一种常见的抗菌剂，抗菌机理：季铵盐带正电荷，细菌的细胞膜带负电荷，二者通过静电吸引结合，破环了细胞的正常活动；此外，季铵盐能影响微生物的DNA 转录，使其不能正常繁殖［7］。普通季铵盐抗菌剂易溶出，为了提高季铵盐抗菌剂的耐久性，可在季铵盐抗菌剂中引入硅氧烷基团，其中最具代表性的是道康宁公司研发的AEM5700有机硅季铵盐类抗菌剂，其硅氧基可与纤维上的羟基形成共价键，从而持久牢固地附着于纺织品表面，目前，该抗菌剂已广泛应用于纺织品［8］。Chen 等制备了有机硅季铵盐抗菌剂，利用超临界吸附方式整理棉织物，使其获得持久高效的抗菌效果［9］。阴离子影响季铵盐的抗菌性能，Yoshino 等合成了含不同阴离子基团的季铵盐（结构式如下），测试了它们对12 种不同细菌的最小抑菌浓度，结果表明，含Cl-、Br-的季铵盐抗菌性能最好［10］。张淑敏等合成了一种季铵盐抗菌剂，以偶氮二异丁腈为引发剂，采用轧-烘-焙的整理方式，制备出具有抗菌性能的涤纶织物，抗菌测试结果表明，季铵盐整理后的涤纶在与细菌接触1 min内即可杀死所有的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，具有优异的抗菌性能［11］。

2.2 卤胺化合物抗菌剂

含有N—Br 或N—Cl 键的化合物被称为卤胺化合物，由于N—Br 键不稳定，实际生产中的卤胺化合物多为氯胺化合物。抗菌机理：卤胺化合物与微生物接触时发生氧化还原反应生成N—H键，氧化卤素被转移到生物体上，使微生物失去活力，虽然N—H 键不能杀菌，但是可以通过氯漂转换为N—Cl 键，重复杀菌，达到持久抗菌的目的。氯胺化合物的循环抗菌机理［12］如下：

Jie 等利用甲基丙烯酰胺整理棉织物，经过氯化得到含卤胺化合物的抗菌织物，并且研究其抗菌效果，结果发现，该抗菌剂可在3 min 内杀死1.08×102cfu/mL 的革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和阴性菌大肠杆菌，6 min内可使MS2噬菌体病毒灭活，而且可以抵抗超过50 次的标准水洗，通过氯化可以获得循环的抗菌效果［13］。Ren 等通过 1,2,3,4-丁烷四羧酸交联将羟基卤胺化合物接枝到棉织物表面，获得了具有抗菌性能的棉织物，同时减少了洗涤对棉织物抗菌能力的破坏［14］。Kou 等借助有机硅类整理剂，使卤胺类衍生物与纤维表面产生共价键结合，结果表明，苯环可以使抗菌能力增强，但氮卤键的稳定性下降，这可能是由于苯环与卤原子发生了反应，另外，卤胺类抗菌剂在紫外光下不稳定，而不经氯化的抗菌剂却能保持稳定［15］。卤胺化合物整理织物后表面会有卤胺残留，影响织物外观，同时会产生异味。Li 等利用硫化钠浸轧处理卤胺抗菌整理后的纺织品，有效去除了织物表面的残留卤胺，避免残留卤胺影响织物外观和产生不良气味等［16］。

2.3 聚六亚甲基双胍盐酸盐类抗菌剂

聚六亚甲基双胍盐酸盐（PHMB）具有广泛高效的抗菌性能，对人体无刺激，广泛应用于抗菌纺织品中，结构式如下：

PHMB 的抗菌机理主要为静电作用，PHMB 带正电荷，细菌细胞膜带负电荷，二者产生静电吸附，破坏细胞的正常活动，其抗菌活性随着分子聚合度增加而提高。Payne等最先开发出PHMB整理的棉纤维，并制作抗菌棉织物［17］。PHMB与纤维素纤维在常温中性溶液中可通过离子键和分子间作用力结合，经浸轧焙烘水洗整理到棉纤维上，PHMB的活性与离子键强度相关，当离子键较强时，抗菌活性下降［18］。Gao等先利用亚硫酸对羊毛进行预处理，使羊毛表面带—COOH 基团，随后用PHMB 进行抗菌整理，从而得到具有持久抗菌性能的羊毛［19］。Arch 公司研发出具有16 个双胍单元的新型PHMB 抗菌剂，能为纺织品纤维提供更多的阳离子染座，增加了纺织品表面阴离子与整理剂反应的机会，从而增强了纺织品的抗菌性［20］。柳峰利用己二胺和盐酸胍熔融缩聚制备了高分子质量的PHMB，将其应用于纯棉针织物的抗菌整理，并研究整理工艺对抗菌效果的影响，结果表明，PHMB整理后的棉织物具有持久的抗菌效果［21］。

2.4 甜菜碱类抗菌剂

甜菜碱的结构中同时带有双电荷，化学结构式如下：

甜菜碱的抗菌机理主要为抑制细菌在织物表面吸附，阻止生物膜的形成。Chen等制备出有机磺酸甜菜碱抗菌剂，通过水解形成Si—OH，与棉纤维上的—OH 反应，形成稳定的抗菌涂层，对S.aureus和E.coli的抑菌率均在99%以上，但由于基团的稳定性较差，不耐反复水洗［22］。针对稳定性差的问题，Chen等进一步开发了异氰酸酯磺酸甜菜碱，具有高效广谱的抗菌效果，利用—NCO 与—OH 的化学键合，制备出持久固定于棉织物表面的抗菌涂层［23］。周莉成功制备出磺酸甜菜碱聚合物并应用于棉织物整理，结果表明，抗菌棉织物对S.aureus和E.coli的抑菌率分别达到99.99%和99.87%，经过50 次洗涤后，抑菌率仍远超AAA 级抗菌织物的抑菌标准，在具有抗菌性能的同时，织物的透气和透湿性能有所提高，强度保持较好，满足服装使用要求［24］。

2.5 有机天然抗菌剂

天然抗菌剂主要来自微生物和动植物等的抗菌成分，其中壳聚糖是最常用的天然抗菌剂，化学结构式如下：

壳聚糖所带的游离羟基和氨基可以进行酯化、季铵化、接枝和酰基化改性，增强其抗菌活性以及水溶性［25］。Wang 等首先在蚕丝纤维表面增加活性官能团，然后与壳聚糖中的氨基键合，得到的蚕丝纤维具有抗皱性和抗菌性［26］。He等利用等离子体预处理，在涤纶纤维表面形成等，随后将壳聚糖衍生物接枝到涤纶纤维表面，结果表明，改性后的涤纶在具有抗菌性的同时还改善了透湿性和亲水性［27］。Hu 等制备出壳聚糖-银复合整理剂并研究pH对抗菌效果的影响，结果表明，当pH=5～7 时，能有效抑制S.aureus和E.coli，具有持久的抗菌效果，并且没有出现明显色差［28］。

3 结论与展望

目前，在纺织品抗菌剂的选择中，仍以有机抗菌剂为主，这主要是由于有机抗菌剂具有高效广谱的杀菌能力，来源广泛，种类繁多，在整理纺织品的过程中选择范围广，能够根据纺织品的种类选择不同的抗菌剂。但是，有机抗菌剂毒性较大、耐久性差的缺点也不能忽视。在未来的抗菌剂研制或改性过程中，除了要求具备良好的抗菌性能外，还需要进一步关注抗菌剂的黏附性，确保其持久抗菌，同时，纺织品本身的强度、透气性等不受影响。另外，许多纺织品直接接触人体皮肤，因此抗菌剂必须安全、无毒，对人体无刺激。