纺织用抗菌整理剂的研究进展

宋登鹏,周佳艳,朱坤坤,徐卫林,刘 欣

(武汉纺织大学 省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室,湖北 武汉 430200)

0 引 言

纺织品因其疏松多孔的结构,极易吸收人体新陈代谢所分泌的汗液与油脂,为微生物的附着和繁殖提供有利场所,一些细菌、病毒在纺织品表面可存活数小时至数天。Wiener[1]对美国一家医院的调查中发现,有超过60%的医护人员工作服上携带耐药病菌,证明了纺织品是病菌传播扩散的重要方式。美国每年因医院内感染致4.4万～9.8万人死亡,直接经济损失达960亿～1 470 亿美元[2-3]。2019新型冠状病毒肆虐以来,截止到2020年3月9日,在全球已造成超过10万人感染,受疫情影响的国家和地区多达101个[4]。多项研究表明,抗菌纺织品用于医用防护与个人卫生,将会极大地提高环境整体清洁度，降低院内感染发生率，保障患者及医护人员安全[3]。因此,抗菌、抗病毒纺织品的研发与应用具有重要的意义。

抗菌剂是指能够有效抑制细菌、真菌、病毒等微生物生长繁殖或可杀灭病菌的物质,抗菌纺织品通常是在纺织品中加入抗菌剂来实现[5]。根据抗菌剂的组成结构、作用机理及来源,一般分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂3类[6-7]。本文概述了目前常用纺织用抗菌整理剂的种类、抗菌机理以及整理方式,并对抗菌、抗病毒纺织品的未来发展进行了展望。

1 无机抗菌剂

无机抗菌剂以其广谱抗菌、安全无毒、耐热性好等优点引起了人们的广泛关注,被应用于各个领域。近些年来,随着纳米技术的高速发展,许多无机金属离子及一些金属氧化物在纳米尺度下，显示出于比常规尺度更为强大的抗菌作用,给无机抗菌剂的研究注入了新的活力。常用的无机纳米粒子包括纳米银、纳米CuO、TiO2和ZnO等。相对有机抗菌剂而言,无机抗菌剂普遍热稳定性高,在加工工艺里既可在单体共聚或聚合完成时混入纤维,也可在熔融喷丝之前加入。这些添加方法可使无机抗菌剂深入纤维内部,所得的抗菌纤维耐洗性能好,而且熔融加工工艺对于高温下易分解、易碳化的有机抗菌剂显然并不适用。根据作用原理可将无机抗菌剂分为金属型和光催化型2种[8-11]。

1.1 金属型无机抗菌剂

金属型无机抗菌剂多为无机重金属及其盐类,在抗菌整理时可单独使用,也可通过物理吸附、离子交换或多重包覆等技术将其负载在沸石、硅胶、磷酸盐和高岭土等载体中,达到长效缓释抗菌的目的。金属离子抑菌杀菌的活性按下列顺序递减[12-13]:Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe。由于Hg、Cd、Cr、Pb等毒性较大,实际应用中以Ag、Cu、Zn系抗菌剂为主。

1.1.1 银系抗菌剂 银系抗菌剂是研究最多和使用最广泛的抗菌剂之一,其抗菌谱系广,使用安全,对皮肤无刺激,不分解。早在公元前1200年,腓尼基人就懂得利用银质器具使水变得安全饮用[6]。银的杀菌作用主要来源于对硫或磷蛋白的高亲和力,可使银高效结合并破坏微生物的蛋白质、酶和核酸结构。此外,银离子还可有效激活空气或水中的氧,通过产生活性氧杀灭病菌[14-15]。

对于银的抗病毒性质研究较少,其抗病毒机制尚未完全明晰,有研究表明银的抗病毒效果与其粒径尺寸存在较大关系。Speshoc等[16]人发现，小于25 nm的纳米银用于沙粒病毒感染的早期阶段可以有效抑制子代病毒的产生,但是在较长时间感染后再使用纳米银则抗病毒表现不佳,表明纳米银主要作用于病毒的早期复制阶段; Gaikwad等[17]人利用微生物表面还原法制备了一系列纳米银,结果发现更小尺寸纳米银可以更为有效地抑制单纯疱疹病毒和3型流感病毒的复制,所以认为纳米银的抗病毒效果是通过附着在病毒表面,从物理层面上干扰病毒与宿主细胞的结合作用来实现。

目前,银已广泛应用于商用抗菌整理剂和抗菌纤维之中。对于天然纤维一般采取后整理的方式,利用溶液浸渍法、涂层法或是溶胶-凝胶法等赋予抗菌活性。溶液浸渍法是通过将织物浸泡在纳米银或硝酸银等含银溶液中,加入还原剂使纳米银形成并沉积到织物上,经干燥和固化后利用纳米银的高表面能使其吸附到织物表面。溶液浸渍法操作简单,设备要求低,是目前应用最广的方法之一,然而银通常只与织物表面存在物理吸附作用,得到的抗菌纤维耐洗性和长效性均较差[18]。

对于合成纤维则可采用共混纺丝法,即将抗菌剂分散在纺丝液中随后进行纺丝。这种方法得到的抗菌纤维效果持久,耐洗效果较好,但对抗菌剂的化学稳定性和热稳定性有较高要求,故通常将银固载在陶瓷或沸石等载体中使用。例如Milliken公司开发的Alphasan®整理剂是一种载银的磷酸锆钠盐,可在高聚物的熔融挤压过程中加入,通过长效缓释银离子达到抗菌抑菌作用,已用于O′Mara公司的MicroFresh®和SoleFresh®品牌抗菌尼龙和Sinterama公司的GuardYarn®抗菌聚酯纤维等多种抗菌纤维的生产之中[19-20]。

然而,银价格较高,并且易被氧化还原为深色的氧化银或黑色的单质银,限制了银在白色和浅色织物中的应用[19]。同时,虽然一般认为银无毒无害,但是仍有部分科学家认为银离子(尤其是纳米银)很有可能透过皮肤而进入人体,通过血液循环分布于各脏器形成体内沉积。这种沉积是否会对人体健康造成损害目前还存在很大的争议[21]。2014年,美国自然资源保护委员会宣布限制纳米银在纺织品上的使用,含银抗菌纺织品的安全性仍待进一步考察研究[22-23]。

1.1.2 铜系抗菌剂 铜系抗菌剂的抗菌性能略逊于银,但因其低廉的成本也成为了无机抗菌剂的研究重点。实际使用中纳米CuO最为广泛,其抗菌作用来自于铜离子的缓释,附着在织物上的铜离子可使病菌蛋白质凝固,从而使其中毒而亡。此外，钠米CuO对于一些病毒也有一定的杀灭作用[6]。

美国卡普诺公司在熔融纺丝过程中将CuO粉末分散在熔体中,所得到的Cupron®品牌抗菌纤维具有优良的抗菌抗病毒性能[24]。Borkow等[25]将CuO整理到N95口罩中的聚丙烯纺黏无纺布上,发现经CuO整理后的滤层可有效杀灭表面附着的甲型流感病毒(H1N1)和禽流感病毒(H9N2),并且不影响N95口罩自身的过滤效果。这种抗病毒口罩还可减低因处理及弃置口罩不当而导致的手部和环境污染,从而减低感染的几率。

然而,铜离子对细菌的抗菌效果一般低于银离子,在使用时通常需要加大用量。同时,铜离子抗菌剂往往会有较深的颜色,因而限制了其在浅色织物上的应用。

1.2 光催化型无机抗菌剂

由于无机光催化剂与有机纤维间作用力弱,传统的轧烘焙工艺整理往往结合牢度不高[26-27]。Kiwi等[27]人在负载TiO2之前利用丁二酸、丁烷四羧酸(BTCA)等多羧基交联剂处理棉织物。处理后TiO2可通过共价键、静电相互作用或氢键与羧基相结合,有效提高了负载牢度。目前也多用溶胶-凝胶工艺,将TiO2溶胶直接整理到织物上,再采用浸烘焙工艺在纺织品表面形成一层具有良好牢度的TiO2薄膜[29-30]。此外,等离子辐射技术也用于TiO2的功能化整理,经等离子体处理后的织物表面粗糙度和表面能得到提高,可以为TiO2的沉积提供更好的条件[31-32]。

然而,这类抗菌剂仅在可见光甚至紫外光照射之下才会显现出高的抗菌性能,而且有研究表明重复洗涤和循环使用会降低TiO2抗菌整理后纤维的抗菌性能[33]。此外,光催化下产生的活性氧对纤维的聚合物基材也有一定的氧化裂解作用,长期累积下会造成纤维的强力下降和色泽变化[34]。因此,在设计使用无机光催化型抗菌整理时,有必要在抗菌效果和潜在的性能损失之间进行平衡,以达到预期的目的。此外,虽然以TiO2为代表的无机金属氧化物没有毒性,但是一些研究表明TiO2纳米粒子对小鼠的肺部具有损伤。附着在纤维上的TiO2在使用过程中可脱落进入人体呼吸系统或经皮肤进入血液系统,长期积累会导致肺部炎症、组织损伤和其他器官的潜在过敏。因此,在开发环境友好的光催化抗菌纺织品中,用户安全应该受到更多的考虑[35-36]。

2 有机抗菌剂

有机类抗菌剂因其来源广泛、成本低廉、加工工艺简单、杀菌性能高效、杀菌速度快等优点，成为目前使用最为普遍的一类抗菌整理剂。但是,有机抗菌剂普遍存在毒性稍大、耐热性能差且易使微生物产生耐药性等缺点。常用的有机抗菌整理剂包括季铵盐类、胍类、卤代酚类、卤胺类等[37-38]。

2.1 季铵盐类抗菌剂

季铵盐类抗菌剂广泛用于公共卫生消毒、个体防护之中,被认为是一种安全无毒的抗菌消毒剂。季铵盐在水中呈现正电性,与负电性的细菌细胞膜产生静电吸引而结合,破坏细胞膜的正常渗透。同时,季铵盐的疏水性长链基团会刺破细胞膜进入细胞内部,破坏细胞正常代谢过程[6,39]。

然而,相较其他抗菌剂而言,季铵盐类抗菌剂抗菌消毒能力较低,对真菌、结核杆菌、亲水病毒和细菌芽孢等微生物作用有限；当暴露于阴离子洗涤剂时,季铵盐活性成分易通过阴阳离子作用而被中和[6,40]。近年来，关于季铵盐的研究主要在于增强其抗菌活性方面,研究表明:随着单烷基链长度的增加,抗菌活性随之增加;双链季铵盐抗菌活性普遍高于单链季铵盐;烷基链为苄基时抗菌活性比甲基季铵盐高得多;含不饱和烷基链的季铵盐比饱和烷基链季铵盐的抗菌活性更高。即经过结构改进的季铵盐类抗菌剂具有更高效的抗菌性能,更具广谱抗菌能力[40-42]。

季铵盐类化合物之所以能连接在纤维上，主要是由于带有阳离子的季铵化合物与纤维表面的阴离子存在离子相互作用,因此，对于含有羧基和磺酸基的改性腈纶或是阳离子可染涤纶可以在接近沸腾条件下，直接吸附季铵盐抗菌剂[43-45]。然而,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,可在其中引入硅氧烷基基团。最具代表性的是道康宁公司的AEM-5700(原DC-5700)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，AEM-5700抗菌剂已广泛应用于棉、聚酯、尼龙等多种纺织品的抗菌整理,并已进入商业化应用[19,45]。

磷与氮在元素周期表中同属一族,季鏻盐与季铵盐结构类似。磷原子比氮原子离子半径大,极化作用更强,相较于季铵盐更容易吸附带负电的微生物。同时，季鏻盐比季铵盐更加稳定,用于织物抗菌整理的同时可带来一定的阻燃性能,在抗菌领域有着较大的发展潜力,被称为是季铵盐的下一代产品。目前，由于制备工艺较为复杂,成本尚高等原因,对于季鏻盐抗菌剂的研究虽然已受到广泛关注,但用于纺织品的抗菌整理仍处于起步阶段[46-48]。

2.2 胍类抗菌剂

在胍类抗菌剂中,以聚六亚甲基胍盐酸盐类(PHMB)的应用最为广泛。PHMB是一种高效、广谱、低毒性的抗菌剂,易溶于水,广泛应用于食品、化妆品和泳池消毒等领域，其分子结构如表1所示。由于胍基的存在,PHMB分子呈正电性,易吸附各类细菌,通过细胞膜扩散并与细胞质膜结合,破坏细菌的渗透平衡,导致其细胞破裂[49]。

棉纤维织物表面的葡萄糖单元在丝光和漂白等工艺过程中会发生氧化还原反应,从而产生羧基阴离子,PHMB的阳离子容易与羧基阴离子通过离子键或氢键结合。Payne等[50]利用这一性能最先经浸轧焙烘工艺将PHMB整理到棉纤维上,获得了持久抗菌的棉织物。经历10次洗涤后,抗菌棉对金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌的抑制作用仍可保持98%以上。

利用PHMB对羊毛织物进行抗菌整理，需要对羊毛进行化学改性。Gao等[51]利用过氧单硫酸盐和亚硫酸钠对羊毛进行预处理,使羊毛表面带有羧基基团；随后利用离子吸引,用PHMB进行抗菌整理,从而得到具有持久抗菌性能的羊毛织物。

目前,已出现了一些基于具有更佳抗菌效果的改性PHMB型商用整理剂。例如Arch公司推出的Reputex®整理剂,改性后的PHMB拥有多达16个胍基单元。更多的胍基使阳离子性大为增强,除抗菌性能优于PHMB外,与纺织品的结合力也更强,现已应用于Purista®牌抗菌尼龙、聚酯的生产之中[19,52]。

但是,PHMB对真菌、分枝杆菌、亲水性病毒等杀灭效果不佳,且对细菌芽孢基本没有杀灭作用,只能抑制其繁殖；在纺织品功能化整理时一般需要较大的剂量,广泛使用容易使病菌产生抗药性[6,49]。

2.3 卤代酚类抗菌剂

在卤代酚抗菌剂里,三氯生在纺织品中的应用最为广泛,其结构如表1所示。

表 1 常用抗菌整理剂的抗菌机理与使用特点

Tab.1 Structure and characteristics of commonly used antimicrobial finishing agents

三氯生对多种细菌、真菌以及某些病毒(如乙型肝炎病毒)都有着很强的杀灭能力,最低抑菌浓度仅为10 μg/mL，是一种极为高效的广谱抗菌剂。与其他阳离子类有机抗菌剂不同,三氯生在水中不会电离,对微生物的作用主要是通过阻断脂质的生物合成,并与酶活性位点的氨基酸残基在膜上相互作用达到抗菌杀毒的效果[53-54]。在纺织工业中,通常将三氯生混入熔融聚合物中纺丝,使其均匀分散在纤维内部从而得到抗菌纤维,并进一步加工成各种抗菌织物。现在已有多种品牌和类型的商用型三氯生抗菌纤维,例如汽巴精化公司的Tinosan AM100®抗菌尼龙、CEL®抗菌聚酯纤维,Novaceta公司的抗菌Silfresh®醋酯纤维等。在使用过程中,三氯生缓慢且持续地从纤维中释放,提供持久的抗菌效果[55-56]。

Iyigundogdu等[57]利用硼酸钠和三氯生对棉织物进行整理,经整理后的抗菌棉织物对多种细菌、真菌具有良好的杀灭能力,对1型腺病毒和5型脊髓灰质炎病毒也有一定的抑制作用。2种病毒的滴度在整理后的织物表面均下降了60%左右。

然而,近几年的研究发现,三氯生的大规模使用易使细菌产生耐药性,并且在日光照射下,三氯生可以分解生成致癌物2,8-二氯二苯并对二噁英。出于安全性考虑,一些欧洲国家对三氯生的使用开始限制,日本已明确禁止其用于服用纺织品中[46,58]。

2.4 卤胺类抗菌剂

卤胺类指分子中含有氮-卤键的化合物,可由含有胺、酰胺或者酰亚胺基团等含N—H键化合物经次卤酸简单氧化后得到,是近些年来发展的一种新型抗菌剂。之前曾广泛应用于水体消毒之中,是一种安全、高效、低毒的抗菌剂。由于N—Br键不稳定,易分解,实际使用中常用氯胺化合物。其中与N原子通过共价键相连的Cl原子具有正电性,在水中还可缓慢释放出活性氯正离子。无论是卤胺分子中的共价氯还是游离释放的氯正离子都具有强氧化性,可以在短时间内杀死绝大多数细菌,对某些病毒也有良好的杀灭作用。卤胺类抗菌剂抗菌消毒机理与无机含氯消毒剂(如次氯酸钠、氯化磷酸三钠等)类似,但是与传统无机含氯消毒剂相比,卤胺化合物具有更好的稳定性,可保持较长时间的杀菌功效,并且在杀死病菌后,卤胺化合物可经漂白粉漂洗“充电”再生,重新获得杀菌功能[59-62]。

织物的卤胺功能化整理方式多种多样：卤胺前驱体可以利用甲醛、BTAC等交联剂与纤维进行交联[63-64],也可通过引入环氧、硅氧烷等活性化学基团使其直接与纤维发生化学键合[65-66],还能使用不饱和卤胺化合物将其接枝共聚在织物上[67],再经氯漂工艺完成卤胺功能化。

Ren等[68]利用卤胺整理丙纶无纺布,发现卤胺功能化涂层可有效破坏病毒的RNA,可快速高效地杀灭包括禽流感病毒在内的多种病毒。美国Halosource公司与加州大学戴维斯分校、奥本大学合作,推出了HaloShield®纺织品,已经用作床单、抹布、袜子和军事防护服等多种纺织品。UMF Corporate公司推出了Micrillon®高性能抗菌纤维产品,并证明其可在几分钟内高效杀死H1N1病毒; Milliken公司推出的BioSmart®抗菌服和毛巾,在使用过程中可有效杀灭如沙门氏菌、大肠杆菌以及A型肝炎病毒等多种病原微生物[69]。

然而,由于N—Cl键的存在,某些卤胺基团对紫外线敏感,易在光照下发生分解,释放出少量盐酸,使得织物发黄。此外,虽然经卤胺整理后的纺织品可使用漂白液进行抗菌剂再生,但是在此过程中织物会吸收过多的活性氯,导致织物产生难闻的气味和不利的色泽变化。为了去除织物中残留的活性氯,Li等[70]开发了在氯漂后使用还原剂(如亚硫酸氢钠)对卤化织物进行二次浸轧的工艺。这一方法能够在不降低抗菌活性的情况下，减少由于织物吸附活性氯带来的异味和变色。

3 天然抗菌剂

在自然界千百万年的演化过程中,大量动植物进化出了自己对抗微生物的独有防御机制,产生了一些具有抗菌性能的生物活性物质,这些来源于自然界的抗菌物质称为天然抗菌剂。与有机合成抗菌剂相比,天然抗菌剂具有生物相容性好,可被自然降解,且不会使细菌产生抗药性等优势。随着人们对抗菌纺织品的需求的提高,对生活品质的不断追求以及对合成抗菌剂所带来的环境问题的担忧,天然抗菌剂的研究受到了广泛关注[71-72]。

3.1 壳聚糖

壳聚糖是极具代表性的一类动物源天然抗菌剂,对多种细菌、真菌有着良好的抑制作用,是由甲壳素脱除乙酰基得来。甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大多糖,广泛分布在虾蟹壳及软体生物等生物体内。天然甲壳素溶解性能不佳,但在脱除乙酰，得到的壳聚糖裸露出氨基后,亲水性大为增加,溶解度得到改善,因此壳聚糖的应用更为广泛[73]。

壳聚糖的氨基基团pKa值为6.5。氨基基团在水中质子化后形成多阳离子,其抗菌抑菌作用方式与季铵盐类抗菌剂类似,带正电的氨基可与带负电荷的细菌表面相互作用,破坏其细胞膜的完整性。壳聚糖与织物之间只能以大分子作用力相结合,单独使用壳聚糖对织物进行整理牢度较低。为增加壳聚糖与纤维作用力，一种方法是利用交联剂如柠檬酸、丁四羧酸(BTCA)等多羧基交联剂与棉、麻等纤维素纤维进行化学连接,另一种获得化学键合的方法是用高碘酸盐氧化棉纤维,生成双醛基团,使醛基与壳聚糖的氨基进行化学交联[74-78]。此外,等离子体处理使纤维表面产生一些活性基团,可以增强壳聚糖与纤维的作用力。He等[79]利用等离子体预处理方法, 在涤纶纤维表面形成C=O、C—O和—OH等, 随后将壳聚糖衍生物接枝到涤纶纤维表面。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。

为了增强壳聚糖的抗菌效果,Wang等[80]发现,向壳聚糖中掺入Cu、Zn等金属盐后,复合抗菌剂的抗菌效果明显高于单独使用壳聚糖或金属离子盐。这种抗菌增强作用主要来源于金属离子与壳聚糖络合后,阳离子较单独使用更为增强。此外,还可利用化学法对壳聚糖进行衍生化改性,赋予其季铵盐、卤胺等抗菌基团,以达到复合抗菌的效果[81-82]。

虽然壳聚糖抗菌整理具有很多优点,但目前市面上使用壳聚糖进行抗菌整理的纺织品并不多。主要原因在于壳聚糖只有在浓度较高时才能进行有效抗菌,而较高浓度的壳聚糖往往会在织物表面形成一层纤维膜,整理后的织物会出现手感发硬,白度和透气性等服用性能下降的缺陷。未来研究方向主要是对壳聚糖进行改性修饰,提高其抗菌性和耐久性,同时改进整理方法,增强织物与壳聚糖衍生物的结合力,降低壳聚糖用量,减少其对织物服用性能带来的损伤[73-74]。

3.2 植物源抗菌剂

植物源抗菌剂抗菌的活性成分多为天然萜类、生物碱、蒽醌类、黄酮类、单宁酸类、香豆素类物质,其抗菌范围各不相同。一些植物抗菌剂可同时作为天然染料,赋予抗菌性的同时还提高了织物抗氧化性、抗紫外线等性能[6]。目前，利用天然抗菌剂处理织物的主要方法之一是微胶囊技术。这些天然抗菌活性成分可包裹在微胶囊中,利用涂层加工或是浸轧法使其固着在纤维上,在使用时微胶囊经摩擦作用破裂,缓慢释放出抗菌物质,可以从一定程度上解决天然抗菌剂耐久性差的问题[83]。

艾蒿是我国的传统中药用植物,提取自艾蒿的艾蒿油除具有抗菌活性外,并有消炎、止血、平喘等多重药理功能。王亚等[84]利用艾蒿油-壳聚糖抗菌微胶囊对医用非织造布进行抗菌整理,得到的抗菌医用织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率可达到96%以上。

姜黄素是一种酚类胡萝卜素,呈黄色,是姜黄的活性成分,传统上用作香料和食品着色剂,具有抗菌、抗真菌、消炎、抗氧化和抗癌等广泛生物学活性,已被用于治疗胃部不适、痢疾、关节炎和眼部感染,还可用于毛、丝、锦纶等织物的染色,具有良好的抗菌活性和色牢度。经姜黄素处理后的织物对金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌有较好的抑菌活性(抑菌率为99.9%),对氨、三甲胺和乙醛有较好的除臭性能[85-88]。

芦荟多用于医药、化妆品与保健食品之中,研究表明每100 g芦荟中含有0.23 g蒽醌类抗菌物质以及多种多糖、氨基酸、维生素等天然成分。芦荟提取物对于包膜病毒、真菌等具有一定的抗菌抑菌作用,经过芦荟处理过的织物穿着舒适,同时有一定的抗菌、抗炎症及促进伤口愈合作用[89-90]。

茶叶中含有丰富的多种抗菌成分,其最主要的抑菌作用来自于茶多酚。经茶叶处理后的织物不仅具有抗菌抑菌作用,还保留着独有的茶香气味。刘秀河等[91]发现茶叶提取物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌,枯草杆菌等3种致病菌均有较强抑制作用,但对酵母菌、霉菌的效果不佳。张瑞萍等[92]利用茶多酚对棉织物进行整理,整理后的棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率可达92.2%。刘秀等[93]利用五倍子和绿茶提取物对棉织物进行复合整理。五倍子提取物的联用可增强抗菌功能并提高耐洗牢度,洗涤20次后织物抑菌率仍可高达98.37%。

4 存在的问题与发展需求

近些年来,纺织品抗菌技术取得了突飞猛进的发展,已有多种工艺成熟的抗菌整理剂和抗菌织物进入市场,实现了工业化生产。目前常用的抗菌整理剂的抗菌机理与使用特点如表1所示[5,6,18]。

一般情况下,无机抗菌剂普遍耐热性能好,安全性较高，不易产生耐药性,但是以银为代表的金属型抗菌剂有着防霉能力较弱,成本稍高,易变色等缺点；以TiO2为代表的光催化型抗菌剂抗菌效力存在光依赖性;有机抗菌剂杀菌速度快,杀菌能力强,种类多,应用广,然而普遍存在毒性较大,耐热性能差,分解产物会造成二次污染等问题,且容易使病菌产生抗药性;天然抗菌剂安全性较高,可自然降解,符合绿色环保、回归自然的消费心理,但是也存在市场化品种较少,抗菌活性较低,耐热性能差,抗菌持久力不强,提取工艺较为复杂等限制。总体而言,目前所使用的3类抗菌整理剂各有其优势与不足。随着人们对舒适、安全和健康追求的日益增长,对抗菌纺织品提出了更高要求,理想的抗菌整理剂应朝着以下需求方向发展:

1) 对细菌、真菌和病毒具有广谱的抗菌有效性,同时对消费者无毒无害,即不会引起中毒、异味、过敏、刺激等;

2) 抗菌、抗病毒效果具有耐久性,织物可耐日照、机洗、干洗和热压烫等;

3) 整理后不会给纺织品的品质(如强力、手感、透气性等)和外观带来不利影响;

4) 使用期间不会使病菌产生抗药性,避免超级病菌的出现;

5) 抗菌整理工艺最好能与染色等纺织化学加工工艺相容,具有成本效益,且加工过程绿色环保。

5 结 语

目前,我国纺织用抗菌，尤其是抗病毒整理剂的研究尚处于起步阶段。随着人们对卫生意识和生活品质追求的不断增强,对多种多样抗菌、抗病毒型纺织品的需求将会越发迫切。在各类抗菌剂中,无机抗菌剂的研究应深入探讨无机-有机界面作用,开发高负载牢度和低使用剂量的新型整理工艺,并重视纳米材料的安全性评估；对于光催化型抗菌剂应多关注光的“存储-释放”记忆机制,以期实现在暗处也能保持长时间抗菌活性;有机抗菌剂在高效快速抗菌的同时应多关注抗菌选择性,力求在不影响人体表面正常菌落的情况下实现对致病菌的选择性杀灭;对于天然抗菌剂,应强化提取工艺,深入探究和明确其抗菌机理和应用范围,同时应加强整理工艺和助剂的研发,解决天然抗菌剂耐热性能差和易分解变质的问题。