鸭毛纤维的抗菌除异味功能整理

宋希桐，郑 敏，邹韵祺

（苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021）

鸭毛作为一种天然蛋白质纤维，广泛应用于羽绒制品生产行业[1]，与蚕丝和羊毛相类，结构主要由氨基酸缩合而成，化学性质稳定。鸭毛表面虽然没有鳞片层，但最外层为甾醇与三磷酸脂构成的双分子层结构，亲水性较差，给羽绒纤维的染整加工造成了一定的困难[2]。本研究采用紫外辐射法对鸭毛进行前处理，使表面发生刻蚀，有利于抗菌剂在鸭毛纤维上附着。在此基础上，比较不同类型抗菌剂在鸭毛纤维上的抑菌性能，并优化整理工艺。随后，对最优工艺下整理的鸭毛纤维进行了抗菌性能评价，并采用扫描电镜和能谱仪证实抗菌剂在鸭毛上附着。

1 实验

1.1 试剂及仪器

试剂：丙酮，净洗剂209，纳米银抗菌液，单胍类抗菌剂（聚六亚甲基单胍），纳米氧化锌抗菌液，磷酸缓冲盐溶液，工业酒精，医用酒精，营养琼脂，营养肉汤。

设备：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，YP10002电子天平，DHG-9070型电热恒温鼓风干燥箱，S24700冷场发射扫描电镜，LDZF-50KB-Ⅲ立式压力蒸汽灭菌锅，SW-CJ-1FD洁净工作台，HZQ-X300恒温振荡器，DNP型电热恒温培养箱，THZ-193B型恒温培养摇床。

1.2 鸭毛前处理

称取3 g鸭毛纤维，按照浴比1∶20投入丙酮溶液中浸泡3 h，以除去纤维表面疏水性杂质，烘干后，将鸭毛放置在8 W的紫外照射灯下处理3 h。

1.3 鸭毛抗菌整理

用纳米银、单胍类及氧化锌抗菌剂处理鸭毛，并比较抗菌效果。抗菌整理液：抗菌剂7%，聚胺型固着剂6 g/L，浴比1∶15。称取2 g经紫外辐射预处理的鸭毛纤维，置于抗菌整理液中，放入35 ℃水浴锅中振荡30 min，70 ℃预烘干后，于130 ℃下焙烘5 min。

1.4 抗菌性能测试

鸭毛纤维的抗菌性能参考标准FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》附录D的振荡法进行评价，选择革兰阴性菌大肠埃希菌和革兰阳性菌金黄色葡萄球菌作为测试菌种。

1.5 除异味性能测试

参考GB/T 33610.2—2017《纺织品 消臭性能的测定第2部分：检知管法》，对鸭毛进行除异味性能测试。取稀释10倍后的氨水溶液15 µL，喷洒在封闭性良好、不漏气且完全干燥的5 000 mL抽滤瓶中。使用吹风机等辅助工具，使瓶内空气温度逐渐升高。待氨水挥发完全后，冷却到室温，并将抽滤瓶内气体摇匀，迅速加入事先称量好的2 g鸭毛纤维，盖上塞子。打开出气阀，将测试专用针筒插入出气管中，抽取瓶内气体，用氨气测试管测试瓶内氨气浓度。测好后关闭放气阀，静置3 h后，再测一次瓶内氨气浓度，对比两次测量的浓度差。

2 结果与讨论

2.1 紫外辐射对鸭毛表面形态的影响

为了观察鸭毛表面的刻蚀情况，本实验运用S-4700冷场发射扫描电镜观察鸭毛表面形态，未处理的鸭毛表面比较光滑，不存在鳞片层，有少量的沟纹存在；而紫外辐射技术处理后的鸭毛表面明显出现不同程度的刻蚀，沟纹变多变深。因此，为了增加抗菌剂在鸭毛纤维表面的附着，在抗菌整理前，采用紫外辐照的方法对鸭毛纤维进行预处理。

2.2 不同抗菌剂处理鸭毛的抗菌效果

大肠埃希菌及金黄葡萄球菌与处理后的鸭毛混合置于磷酸缓冲盐培养液中，室温下振荡18 h，再取1 mL细菌液置于营养琼脂上，于37 ℃恒温箱中培养24 h，发现未整理鸭毛的抗菌性很差，基本不抗菌。经过3种抗菌剂整理后的鸭毛，表现出不同程度的抗菌性：单胍类抗菌剂整理的鸭毛抗菌效果优于氧化锌整理的鸭毛，但是抑菌率都比较低；纳米银抗菌剂处理后的鸭毛对细菌生长的抑制作用最为明显，对大肠埃希菌及金黄葡萄球菌的抑菌率均超过90%。初步分析，纳米银与氧化锌相比，对细菌的破坏力更强[3-4]。此外，还可以观察到纳米银对大肠埃希菌的抑制作用较金黄葡萄球菌更为明显，这与细菌膜结构的差异有关[5]。因此，在后续实验中，选用纳米银抗菌剂对鸭毛进行抗菌整理，并优化整理工艺。

2.3 纳米银整理工艺优化

2.3.1 浴比

将2 g鸭毛纤维置于7%纳米银抗菌剂溶液中，聚胺型固着剂的质量浓度为6 g/L，浴比分别取1∶10、1∶15、1∶20、1∶25，从对应的细菌生长状况可以看出，当浴比较低时，鸭毛的抗菌作用有限。随着浴比增大，处理后鸭毛对大肠埃希菌及金黄葡萄球菌的抑制作用越为明显。初步认为，浴比增加，整理液中的纳米银抗菌剂质量分数升高，使鸭毛纤维上吸附的纳米银抗菌剂较多，故抗菌效果越好。当浴比为1∶25时，抑菌率均在99 %以上。

2.3.2 纳米银用量

确定鸭毛与整理液的浴比为1∶25，其他条件不变，抗菌剂质量分数分别为2%、4%、6%、8%，比较抗菌效果。显然，处理后，鸭毛的抗菌效果与纳米银用量呈正相关。当纳米银质量分数高达6%时，对大肠埃希菌及金黄葡萄球菌的抑菌率均超过99%，继续增加纳米银意义不大，故选择质量分数为6%的纳米银用于鸭毛的抗菌整理。

2.4 整理后鸭毛的性能表征

2.4.1 SEM分析

为了更好地了解纳米银抗菌剂是否整理到鸭毛纤维上，利用S24700冷场发射扫描电镜，观察鸭毛整理前后表面形貌的变化，发现未处理鸭毛表面较光滑，而经过紫外辐射处理和纳米银整理后，鸭毛的表面结构发生很大变化，可以观察到，以高聚物为稳定剂的纳米银粘着在鸭毛纤维表面。

2.4.2 EDX分析

为了进一步证明纳米银抗菌剂在鸭毛纤维上的吸附，分别对未经整理及整理后的鸭毛进行能谱扫描（图1）。处理前后的鸭毛纤维占比最高的元素均为碳元素，其次为氧元素，这是由于存在大量的氨基酸。对比图1（a）（b）可见，整理后，鸭毛在3 keV处出现了新的纳米银衍射峰，说明纳米银抗菌试剂已经被成功吸附到鸭毛上。

图1 EDX图谱

2.4.3 除异味性能

日常生活中，羽绒制品因吸附异味，对穿着舒适性造成不良影响。因此，研究鸭毛纤维的除异味性能具有实际价值。事实上，由于鸭毛纤维自身结构特点，对异味具有一定的吸收功能。利用未处理鸭毛作为空白对照，比较经整理后鸭毛纤维的除异味性能（表1），发现整理后的鸭毛纤维除异味性能显著增强，提高了鸭毛的附加值。

表1 鸭毛整理前后的除异味性能

3 结语

对鸭毛进行紫外辐照预处理，可以加强抗菌剂在鸭毛纤维表面的附着。再对预处理后的鸭毛进行抗菌整理，比较3种抗菌剂的抗菌效果，发现纳米银抗菌剂最为高效。在此基础上，对抗菌实验进行工艺优化，探讨了浴比、抗菌剂浓度对鸭毛抗菌效果的影响。实验结果表明，在浴比为1∶25、纳米银质量分数为6%、聚胺型固着剂质量浓度为6 g/L的条件下，鸭毛对大肠埃希菌及金黄葡萄球菌的抑菌率高达99%。经过扫描电镜观察及元素分析，证明了纳米银成功吸附在鸭毛表面。整理后的鸭毛不仅具有优异的抗菌性能，还兼具良好的除异味性能，极大地提升了应用价值。