纺织品抗菌抗病毒性能研究进展

王 翔，李景烨，刘添涛，虞 鸣

［1.北京弘毅时尚检验有限公司，北京 100026；2.上海师范大学化学与材料科学学院，上海 200234；3.清华大学天津高端装备研究院，天津 300300；4.水木聚力接枝新技术（深圳）有限公司，广东深圳 518066；5.中国印染行业协会，北京 101599］

纺织品是与人体接触最近、最多的物品，由于纺织品特殊的结构，给细菌、微生物，甚至病毒创造了良好的繁殖环境。随着环境的恶化，人们越来越重视抗菌抗病毒与公共卫生安全问题，健康等功能逐渐受到人们的关注，各种抗菌抗病毒纺织品的研究和开发也不断被推进。尤其受新冠肺炎疫情的影响，从2020 年以来的一些纺织品展会中可以看出，抗菌抗病毒的纱线和面料占比较以往有很大提高［1］。

抗菌和抗病毒性能大多是同时研究，但是病毒与细菌有着本质的不同［2］。由于之前国内抗病毒研究进展缓慢，以及相关标准的缺失，企业在研究中更多关注抗菌性能检测，抗病毒性能检测往往被忽视。目前国内抗菌性研究相对成熟，本文重点围绕抗病毒研究进展进行分析。

1 抗菌抗病毒整理方法

1.1 纤维整理法

在纺丝过程中添加抗菌抗病毒剂制成抗菌抗病毒纤维，一是将抗菌抗病毒剂与纤维树脂均匀混合，通过熔融纺丝制作抗菌抗病毒纤维；二是将抗菌母粒与聚合物进行复合纺丝。这种方法制备的纤维抗菌抗病毒效果好，耐久性高，但是加工难度大。

1.2 后整理法

后整理法是采用抗菌抗病毒整理剂直接对纺织品进行整理，从而赋予纺织品抗菌抗病毒性能，主要方法有：（1）表面涂层法，将抗菌抗病毒整理剂涂覆在织物表面；（2）浸轧法，将抗菌抗病毒整理剂制作成乳状液，再经浸轧、烘焙整理到织物上；（3）微胶囊法，抗菌抗病毒剂被微胶囊包裹，再经过黏合剂整理到织物表面，通过消费者在使用过程中的摩擦和接触，促使微胶囊破裂释放出抗菌抗病毒成分。这种方法简单成熟，但是耐久性差［3-5］。

抗菌整理剂目前主要有天然抗菌剂、有机抗菌剂及无机抗菌剂。天然抗菌剂主要从植物和动物上提取，如壳聚糖、甲壳素、松柏、艾草、芦荟等，该类抗菌剂安全无毒，抗菌效率好，但是提取加工困难，抗菌范围有限，持久性差。有机抗菌剂以合成为主，如季铵盐类、胍类、卤胺化合物、卤代酚类、甜菜碱类，该类抗菌剂抗菌范围广、抗菌有效期长，但是化学稳定性差、毒性大、不耐热。无机抗菌剂主要是金属离子及氧化物，如银系、铜系、锌系，该类抗菌剂抗菌范围广、安全性高、抗菌有效期长，但是化学性能活泼且不稳定，成本高。

2 抗菌抗病毒性能检测标准

2.1 抗菌性能

国内外有关抗菌性能检测的标准主要有ISO 20743—2007《抗菌整理纺织品的抗菌性能测定》、JISL 1902:2008《纺织品的抗菌性能试验方法》、AATCC 100—2012《抗菌纺织品的评价方法》中的吸收法和细菌转印法、FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》附录D 中的吸收法和振荡法、GB/T 20944.2—2007《纺织品 抗菌性能的评价 第2 部分：吸收法》以及GB/T 20944.3—2007《纺织品 抗菌性能的评价 第3 部分：振荡法》。

2.2 抗病毒性能

目前国外抗病毒检测标准主要有ISO 18184《纺织产品的抗病毒活性测定》。ISO 18184 采用流感病毒等致病性病毒进行检测，并且多了宿主细胞的制取，宿主细胞是测试病毒必不可少的物质。国内目前尚无纺织品抗病毒活性测试标准。

3 国内抗病毒研究进展

本文主要从专利申请情况看国内的抗病毒研究进展。从2003 年至今，国内抗病毒纺织品专利申请共95 项。由表1 可以看出，2020—2021 年，抗病毒纺织品专利申请数激增，这和新冠肺炎疫情有很大关系，人们的抗病毒意识大幅提高，企业、院校、科研院所抓住机遇，不断推出相关的抗病毒产品。其中，抗病毒口罩专利申请21项，抗病毒防护服面料专利申请7项，还包括抗病毒纱线、服饰、手套、头罩、围巾、丝巾、书包、床上用品、毛巾等纺织品专利。

表1 国内抗病毒纺织品专利申请数情况

3.1 抗病毒材料

专利中涉及的抗病毒材料有禾木素纤维、艾因斯美纱线、石墨烯等，这些材料大部分同时具备抗菌抗病毒性能，有的侧重抗菌性，如铜离子纤维。

3.1.1 禾木素纤维

禾木素纤维是比较新的抗菌抗病毒材料，于2021 年在纺织品展会上首次展示。据相关机构检测，禾木素纤维对各种细菌都有优异的抑菌性，并且能够持久灭活多种病毒。在专利申请方面，绍兴禾素时代抗菌材料科技有限公司申请的专利“一种禾合抗菌抗病毒纤维”纤维，能够破坏细菌等微生物的细胞壁和病毒的细胞膜使其灭活，达到抗菌抗病毒效果，而且性能较为稳定，能够长时间保证织物的抗菌抗病毒效果。南京禾素时代抗菌材料科技有限公司申请专利“一种含PHBV 材料抗菌抗病毒防霉涤纶水刺无纺布的制备方法”，将PHBV 粒料按照一定比例添加到PET 里面，纺丝后做成抗菌消臭抗病毒防霉的禾合涤纶短纤，成型的水刺无纺布纤维被赋予非溶出抗菌性能，使得抗菌抑菌等性能得到充分的体现，同时具有长效抗菌抗病毒功能。

3.1.2 艾因斯美纱线

艾因斯美纱线品牌主要开发和生产抗菌抗病毒纤维、纱线和面料。深圳前海广大科技有限公司申请的专利“一种抗菌抗病毒单向导湿面料”和“一种可重复使用的抗菌抗病毒口罩”，采用可杀灭细菌病毒的艾因斯美纱线，起到抗菌抗病毒作用。

3.1.3 石墨烯材料

根据报道，石墨烯材料的抗菌抗病毒性能主要基于物理切割、膜表面成分提取、物理捕获、氧化应激、电荷传导等机制的混合协同作用。虽然石墨烯材料的抗菌抗病毒具体性能存在一定的争议，但是仍然阻止不了研究人员对使用该材料的热情，抗病毒专利申请中利用石墨烯材料的数量达10 项，专利汇总如表2 所示。这些专利大部分是通过石墨烯改性和后整理得到石墨烯纤维，也有的直接在抗菌剂中加入纳米石墨烯浆液。

表2 石墨烯材料抗病毒纺织品专利申请汇总

比较典型的专利有广东极客亮技术有限公司申请的2 项专利“异形结构边缘的石墨烯纳米片抗菌抗病毒面料”和“抗菌抗病毒石墨烯纳米片及其应用”，采用横向尺寸小于100 nm、厚度小于10 nm 的具有尖状或锯齿状等异形结构边缘的小片层石墨烯纳米片对面料进行处理和改性。利用小片层石墨烯纳米片的纵向超薄结构、横向纳米级尺寸以及尖状或锯齿状结构边缘赋予面料小且锋利的边缘。当与细菌或病毒接触时，小片层石墨烯纳米片能够瞬间刺破微米级病菌的细胞壁致其死亡，或者刺破纳米级病毒的蛋白质薄膜，从而抑制病毒的复制，最终实现对多种病菌的抑菌以及抗病毒目的。

苏州金多利纺织新材料有限公司申请的专利“一种PU 抗病毒防护面料及其应用”，抗菌剂包括纳米石墨烯浆液、稀释剂、分散剂、无机络合物、纳米银离子溶液。

深圳市康源新材料科技有限公司申请的专利“一种耐水洗型5A 级抗菌抗病毒石墨烯纤维的制备方法及纤维制品”，通过接枝改性和化学修饰的方法，以化学键的方式把抗病毒基团和抗菌基团牢固地结合在纤维上，从而得到具有抗菌抗病毒性能的改性纤维；通过石墨烯整理液对该改性纤维进行浸渍法和浸轧法再加工，从而获得抗菌抗病毒石墨烯纤维或纤维织物。该纤维或纤维织物以及由该纤维或纤维织物制备得到的纤维制品具有抗菌抗病毒效果，且具备石墨烯面料的各类优点。

石墨烯材料一直被认为是黑科技，应用范围很广，至于有专家质疑加入石墨烯材料是否能达到应有的效果另当别论，单从申请的专利情况看，2017 年才开始将石墨烯材料用于抗病毒面料，之后的2 年也一直没有出现相关的专利申请。直到2020 年以后，随着新冠肺炎疫情的暴发，石墨烯抗病毒面料的专利申请数大幅增加，也可以看出企业研究抗病毒面料的急切性。

3.1.4 铜离子纤维

铜离子纤维的最大优点是抗菌性好，并有一定的抗病毒性，目前广泛应用于纺织品面料中。江苏锵尼玛新材料股份有限公司申请的专利“一种高效抗菌、抗病毒面料”，面料设置有抗菌层，里层采用铜离子纤维，外层采用超高分子质量聚乙烯纤维，有效阻隔细菌、病毒的传播。

3.2 抗病毒整理剂

3.2.1 银系抗菌剂

银（Ag）离子抗菌剂抗病毒的机理主要有：（1）银离子能够有效减少细胞外病毒DNA 的形成；（2）银离子能够抑制细胞内的RNA；（3）粒径为1～10 nm 的银纳米材料附着在病毒上，能够有效阻止病毒与宿主细胞相结合。涉及银系材料的专利共18 项（汇总如表3 所示），这些专利大部分是通过银系抗菌剂整理后得到抗菌抗病毒纤维或者面料，也有直接在复配抗菌剂中加入银系化合物，或者将银抗菌母粒加入化纤母粒中一起纺丝。

表3 银系抗病毒纺织品专利申请汇总

同曦集团有限公司申请的专利“一种主动广谱持久抗菌抗病毒医用防护服、纺织物及其制备方法”，是将纳米银溶胶、有机抗菌剂和无机抗菌剂配制成一定浓度的溶胶混合溶液，再将非织造材料浸泡在溶胶混合溶液中一定时间，最后经烘干、压平、收卷即可得到抗菌抗病毒纺织品。

红玫软装饰（杭州）有限公司申请的专利“一种抗菌抗病毒面料及其制备方法和应用”，由10%～15%的纳米银抗菌母粒和85%～90%的聚酰胺、聚丙烯PP或者聚酯PET 混合纺丝，制备成纱线并织造成织物，最后浸渍抗病毒抗菌整理剂制作抗菌抗病毒面料。

苏州金多利纺织新材料有限公司申请的专利“一种新式抗病毒PU 防护服”，改性PU 表面设有抗菌剂。该抗菌剂包含纳米银、纳米氧化锌、纳米硫酸铜、纳米二氧化硅以及相关助剂等成分，将这种抗菌剂喷涂在PU 防护服的表面，可以使衣物具有良好的抗菌作用。

纳米银是利用前沿纳米技术将银纳米化，使银离子在纳米级状态下产生超强的杀菌能力，只需要很少的纳米银便可以产生强大的杀菌性能。但纳米银离子由于对人体具有潜在危害性，现在已经有少数国外产品禁止使用，国内目前还未禁止。抗病毒专利中涉及纳米银材料的申请有8 项，都是2020 年以来的，可见纳米银离子优异的抗菌抗病毒作用仍然是目前的首选。虽然目前无法确定纳米银离子对人类的具体危害程度，但建议政府制定纺织产品中纳米银离子含量的安全标准，以防对人体产生危害。

3.2.2 光触媒技术

目前各国均在不断研发和更新光触媒技术，应用光触媒机理处理纺织品以达到防疫抗病毒效果［6-7］，主要是在纺织品上涂覆二氧化钛，在紫外线或者一部分可视光照射下自行分解并杀死可能存在的病毒。涉及光触媒技术的专利共8 项（汇总如表4 所示）。其中，同曦集团有限公司申请了3 项相关专利，应用于医用防护服、座套面料、毛绒面料等，“一种主动广谱持久抗菌抗病毒医用防护服、纺织物及其制备方法”，将传统的金属离子抗菌抗病毒技术、有机物抗菌抗病毒技术、光触媒抗菌技术相结合，抗菌率达到99%以上，并且对流感病毒（H1N1 和H3N2）的速杀效果非常好。全顺集团有限公司申请的专利“一种抗菌抗病毒羊毛围巾的制备方法”和“一种抗菌抗病毒竹棉混纺围巾的制备方法”，经过染色和抗菌抗病毒助剂整理，采用光触媒-CSP 光催化技术，经由面料后整理等工序形成围巾成品，该方法能有效破坏粒子周围细菌和病毒的生成结构，持续抑制细菌和病毒的生长繁殖。

表4 光触媒技术抗病毒纺织品专利申请汇总

光触媒技术应用面较广，从申请的专利来看，光触媒技术应用于纺织品主要从2020 年开始，面对病毒的超强传播性，人们更愿意购买使用抗病毒面料。只要是具有抗病毒性能的技术，研究者们都愿意去尝试，因此光触媒抗菌抗病毒纺织品开始出现，由于其具有良好的抗菌抗病毒性能，相信也是未来主要使用的技术之一。

3.2.3 壳聚糖

壳聚糖抗菌性能较好，抗病毒性能次之，相关的研究很多，目前广泛应用于纺织、食品、医疗等行业。山东贝科德糖生物科技有限公司申请的专利“一种壳聚糖纤维抑菌抗病毒口罩及其制备方法”，在现有医用口罩的基础上，以壳聚糖为原料制得的壳聚糖无纺布作为口罩的主要过滤层替换现有熔喷布，在保留防尘、防水、过滤功能的同时，利用壳聚糖自身具有的不饱和阳离子基团和空间网状结构对有害物质和细菌进行吸附，抑制细菌的活性以及生长，可以有效减少病毒的传播。同曦集团有限公司申请的专利“一种抗菌防螨抗病毒整理剂、毛绒面料及其制备方法和应用”，抗菌防螨抗病毒整理剂中金属离子、光触媒、植物提取液和壳聚糖协同配合，能够提高毛绒面料对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌等细菌的抗菌性能，且能提高抗H1N1、H3N2 等病毒性能。杭州新天孚纺织科技有限公司申请的专利“一种抗菌抗病毒面料”，通过多元壳聚糖和银化合物的相互配合形成的化合物，通过接触抗菌抗病毒。

壳聚糖是天然抗菌剂，目前很多研发都是和其他抗菌剂、处理技术一起使用来达到抗菌抗病毒效果，由于安全环保性，未来还有很大的发展空间，但是在持久性方面还需要加强研发。

3.2.4 聚赖氨酸光敏分子

聚赖氨酸光敏分子主要应用于食品防腐剂领域，研究发现聚赖氨酸光敏分子也具有一定的抗菌抗病毒性能，2020 年曾有企业申请专利将该技术用于口罩面料中。青岛阳光动力生物医药技术有限公司申请的专利“一种光能抗病毒自消毒口罩的制备方法”，通过浸轧聚赖氨酸光敏分子使纺织品具有抗病毒性能。

3.2.5 纳米级电气石粉

纳米级电气石粉释放的远红外线可以穿透病菌外膜，破坏病菌细胞的内核结构，从而降解并清除细菌本体。胡小雪申请的专利“一种抗菌抗病毒纺织品的制备方法”，利用纳米级的电气石粉末与预先制作的棉料进行融合，使电气石粉末具备搭载结构，电气石粉末的附着能力提升。在纺织和使用中可以有效配合天然纤维进行交织，融合能力强，使负离子可以长期稳定地释放，抗病毒能力强。

3.2.6 电荷硅藻土层

硅藻土本身是一种多孔无机矿物，可以吸附空气中的水分以及带菌粒子，进而降低环境中的菌含量。罗莱生活科技股份有限公司和上海罗莱生活科技有限公司申请的专利“一种抗菌、抗病毒的家纺制品”，病毒灭活层包括带电荷硅藻土层。以本发明提供的抗菌、抗病毒家纺制品作为人体贴身衣物或者日常用品，可以灭活病毒、阻断病毒的传播，有效保护人体健康。

3.2.7 其他抗菌抗病毒整理剂

东莞超霖皮革有限公司申请的专利“一种抗菌抗病毒的超纤”，活性炭纤维和微米颗粒物滤芯布可以使埃康抗菌粉更好地挥发出来，埃康抗菌粉抗菌作用的持续时间长，其中对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌具有良好的抗菌效果。

海宁市海涛时装创意设计有限公司、杭州新生印染有限公司申请的专利“抗病毒面料的加工方法”，先在反应器中加入水，然后加入25～60 g/L 抗病毒抗菌整理剂BCNT-G-1，搅拌均匀，再加入25～50 g/L 抗病毒抗菌整理交联剂BCNT-G-2，搅拌均匀。

海宁雅咖纺织科技有限公司申请的专利“一种CPF019 抗病毒口罩面料及其制作方法”，包括面料层和抗病毒助剂，抗病毒助剂分布于面料层内，面料层中间设置有1～2 mm 超细纤维空气层，抗病毒助剂为HeiQ Viroblock NPJ03。

3.3 抗病毒技术

流感病毒、冠状病毒、猴痘病毒（痘病毒科正痘病毒属）等有包膜的病毒，包膜结构也由带负电的磷酯双分子层构成，理论上可以采用上述抗菌的类似机理进行破坏，从而使病毒失去感染力。但病毒对消毒剂的耐受与细菌不同，不同种类的病毒也有差异，因此无法简单将抗菌纺织品作为抗病毒纺织品使用。

李景烨等［8］研发了一种基于双长链离子液体结构单体接枝共聚的广谱抗菌抗病毒纺织品及其制备方法，并申请了专利。该专利在前期研究的基础上，参考消毒剂分子结构优化设计了抗病毒单体结构，并通过电子束接枝制备出抗病毒棉布。经权威机构参照ISO 18184 标准检测，发现其对流感病毒、冠状病毒等的杀灭率均在99%以上，尤其是对新冠病毒奥密克戎毒株的杀灭率可达99.95%，显示出良好的广谱抗病毒性能，同时对各类细菌和部分真菌也有超过99%的抗菌率。由于共价键结合的牢固性使抗病毒基团不会脱落，该抗病毒棉布在安全性方面也达到了GB/T 31713—2015《抗菌纺织品安全性卫生要求》要求，抑菌圈为0 mm，为非释放型，同时符合GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》A 类面料的指标。参照GB/T 8629—2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》进行50 次洗涤后，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌都有99%的抗菌率；洗涤150 次后，对3 种菌均有94%的抗菌率，效果良好。此技术经中试验证后，已通过中纺联组织的专家鉴定，被认为达到国际领先水平。

4 国内抗病毒研究总结及展望

中国的抗菌纺织品研究始于20 世纪80 年代初，经过40 多年的发展，抗菌纺织品发展迅速，研究相对成熟。中国抗病毒纺织品的研究始于20 世纪90 年代，比抗菌纺织品发展晚，进度缓慢。随着SARS、禽流感、新冠肺炎疫情的暴发，21 世纪后，抗病毒纺织品的研究不断加快，尤其是近2 年，抗病毒纺织品不断涌现［8］。除了医用口罩和防护服外，日常家纺用品如床上用品、毛巾、沙发套等是较早采用抗菌抗病毒面料或者经过抗菌抗病毒处理的纺织品，主要目的是抗菌抗病毒防螨防霉。目前人们越来越倾向于将时尚和抗菌抗病毒相互结合，如服装、帽子、围巾、书包等，通过采用抗菌抗病毒面料或者经过抗菌抗病毒处理，在保持外形美观大方的同时具备抗菌抗病毒功能，有效提高了这类纺织品在疫情当下的使用性能。另外，婴幼儿需要重点保护，目前很多婴幼儿服饰也开始采用抗菌抗病毒功能面料，以有效防止病菌侵害。从当前新冠肺炎疫情对人们健康意识影响的深远性来看，未来人们会更加关注服饰用品、家纺用品等的抗菌抗病毒性能，并且这类纺织品的研制也是未来的主要发展趋势之一。

从上述抗病毒专利申请的情况可知，近几年国内涌现出很多将抗病毒材料和处理技术应用于纺织品面料中的例子，如石墨烯材料、禾木素纤维、艾因斯美纱线、光触媒技术、壳聚糖整理、聚赖氨酸光敏分子整理、纳米级电气石粉整理、电荷硅藻土层等。目前很多抗病毒纺织品需要好几种抗病毒材料或者处理技术协同才能达到较好的灭活病毒、阻断病毒传播的性能，如石墨烯材料+银离子整理、金属离子抗菌抗病毒技术+有机物抗菌抗病毒技术+光触媒抗菌技术、金属离子掺杂的光触媒+植物提取液+壳聚糖、壳聚糖+银化合物、纳米银+铜离子等。针对这些抗病毒材料和处理技术，目前国内还没有相关的抗病毒标准。过量的铜离子会有一定的毒性，并会对环境造成不利影响，纳米银离子对人体存在潜在危害，虽然国内没有禁用，但是在使用过程中也需要格外注意用量，以避免危害人体健康或者污染环境。研究人员还需要不断研究具有优异抗病毒性能的纺织品，通过改进现有材料，优化整理工艺，研发新材料和安全环保的新整理剂等达到抗病毒性能。同时要加快制定抗病毒纺织品标准，以保证相关产品的安全性，真正满足防疫和人们对抗病毒纺织品的需求。