載銀二氧化硅抗菌劑在棉織物上的抗菌性能初探

1、LOGO 專業(yè)：紡織工程專業(yè)：紡織工程 學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：AP0811330AP0811330 姓名：許福姓名：許福 指導(dǎo)老師：曾顯華指導(dǎo)老師：曾顯華 博士博士載銀二氧化硅抗菌劑在棉織物上的載銀二氧化硅抗菌劑在棉織物上的抗菌性能初探抗菌性能初探LOGOPage 2n 研究背景與目的研究背景與目的n 載銀二氧化硅抗菌劑的抗菌機(jī)理載銀二氧化硅抗菌劑的抗菌機(jī)理n 載銀二氧化硅抗菌劑的工藝制備流程載銀二氧化硅抗菌劑的工藝制備流程n 棉織物抗菌整理工藝及抗菌效果研究棉織物抗菌整理工藝及抗菌效果研究n 抗菌整理對(duì)織物的基本性能的影響抗菌整理對(duì)織物的基本性能的影響n 總結(jié)與展望總結(jié)與展望LOGOPage 3研究背

2、景與目的研究背景與目的研究背景：研究背景： 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)健康的生活方式的要求越來(lái)越高。日常生活中人們頻繁接觸的許多紡織品上都帶有大量的細(xì)菌，直接威脅著人類的健康。因此，研發(fā)高效無(wú)(低)毒的紡織品抗菌整理工藝是一個(gè)既有社會(huì)意義又有經(jīng)濟(jì)意義的課題。研究目的：研究目的： 利用CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)與正硅酸乙酯為主要合 成原料，通過(guò)溶膠-凝膠法制得高效的載銀二氧化硅抗菌劑，且 經(jīng)該抗菌劑整理過(guò)的棉織物具有良好的耐水洗性能，抗菌整理 對(duì)織物的基本性能也不會(huì)有太大的影響。LOGOPage 4載銀二氧化硅抗菌劑的抗菌機(jī)理載銀二氧化硅抗菌劑的抗菌機(jī)理n緩釋接觸反應(yīng)機(jī)理：

3、緩釋接觸反應(yīng)機(jī)理： 銀離子從無(wú)機(jī)物載體中緩慢釋放，當(dāng)與細(xì)菌接觸時(shí)，與酶蛋白中的活性基團(tuán)SH（硫醇基）、NH2等發(fā)生作用，使蛋白質(zhì)凝固，從而可破壞細(xì)胞合成酶的活性而使細(xì)胞死亡。細(xì)菌死亡后，銀離子又會(huì)從細(xì)菌尸體中游離出來(lái)，再和其它細(xì)菌結(jié)合，因此可使抗菌材料具有抗菌長(zhǎng)效性。反應(yīng)過(guò)程通常如下式表示：LOGOPage 5 載銀二氧化硅抗菌劑的工藝制備流程載銀二氧化硅抗菌劑的工藝制備流程LOGOPage 6 棉織物抗菌整理工藝及抗菌效果研究棉織物抗菌整理工藝及抗菌效果研究n 抗菌整理工藝：抗菌整理工藝： 采用傳統(tǒng)的浸軋烘工藝，流程如下： 純棉漂白布（預(yù)濕） 浸軋抗菌整理液（二浸二軋，軋液率75%-80%）

4、 預(yù)烘 焙烘 n 織物抗菌效果檢測(cè)織物抗菌效果檢測(cè)抑菌圈法抑菌圈法 根據(jù)抑菌圈的大小來(lái)判斷抗菌效果的好壞，抑菌圈越大，越清晰 （只作為參考），抗菌效果越好。 LOGOPage 7n 織物抗菌整理工藝參數(shù)范圍的選擇織物抗菌整理工藝參數(shù)范圍的選擇 影響抗菌整理效果的主要因素有：浸漬液的pH值、浸漬時(shí)間、浸漬液的溫度，抗菌劑濃度（相對(duì)于織物重量）。通過(guò)單因素分析法，可以確定最佳的pH值，且可以確定另外三個(gè)主要因素的最佳取值范圍。 LOGOPage 81、單因素分析確定最佳pH值 在抗菌液濃度3%（相對(duì)于織物重量）、溫度為50、浸漬時(shí)間為40分鐘的條件下，分別在pH為3-9的范圍下處理棉織物。布樣對(duì)大

5、腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：最佳的pH值為6。布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)LOGOPage 10 2 2、單因素分析法確定其他三因素的最佳取值范圍單因素分析法確定其他三因素的最佳取值范圍u在抗菌液濃度為3(相對(duì)織物重量)、PH值為6、溫度為50下，分別浸漬2060分鐘。布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 11實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的浸漬時(shí)間范圍是：40-60min。布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)LOGOPage 12u在抗菌液濃度為3(相對(duì)織物重量)、PH

6、為6、浸漬時(shí)間40分鐘的條件下，分別在3070的溫度下對(duì)織物進(jìn)行整理。布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 13 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的浸漬溫度是：40-60。布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 14 u在PH值為6、溫度為50、浸漬時(shí)間40分鐘的條件下，分別在1.5%4.0%的濃度(相對(duì)織物重量)下對(duì)棉織物進(jìn)行整理。布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 15 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最佳的浸漬液濃度的范圍是：2.5%-4.0%。布樣對(duì)金黃色葡萄糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果布樣對(duì)金黃色葡萄

7、糖球菌的抑菌檢測(cè)結(jié)果LOGOPage 16n 棉織物抗菌整理工藝參數(shù)的優(yōu)化棉織物抗菌整理工藝參數(shù)的優(yōu)化 由前面的單因子分析中可以知道，抗菌液的最佳pH值為pH=6；最佳的浸漬時(shí)間范圍是：40-60min；最佳的浸漬溫度是：40-60；最佳的浸漬液濃度的范圍是：2.5%-4.0%；那么本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)采用三因子三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)以往前人的研究可知，這三個(gè)因子之間的交互作用可忽略不計(jì)，因而采用L9(34)正交表來(lái)安排試驗(yàn)。 LOGOPage 17對(duì)大腸桿菌的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)大腸桿菌的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析LOGOPage 18對(duì)金黃色葡萄球菌的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)金黃色葡萄球菌的

8、試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果分析LOGOPage 19n 對(duì)大腸桿菌的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果的方差分析對(duì)大腸桿菌的試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果的方差分析u計(jì)算離差平方和2221111()()10.294nnnTiiiyiyyiyiQ Pn總離差平方和SS22111()()2.695rnAiiirSSKyinn各因素引起的離差平方和22111()()2.962rnBiiirSSKyinn22111()()3.662rnCiiirSSKyinn22111()()0.975rneiiirSSKyinn 誤差的離差平方和LOGOPage 20n 計(jì)算自由度計(jì)算自由度 總平方和的總自由度 正交表任一列離差平方和對(duì)應(yīng)的自由度 顯

9、然118Tdfn 試驗(yàn)總次數(shù)112jdfr 因素水平數(shù)2ABCedfdfdfdfLOGOPage 21n 計(jì)算平均離差平方和（均方）計(jì)算平均離差平方和（均方）uA因素的均方為：uB因素的均方為：uC因素的均方為：u試驗(yàn)誤差的均方為：2.6951.3482AAASSMSdf2.9621.4812BBBSSMSdf3.6621.8312CCCSSMSdf0.9750.4882eeeSSMSdfLOGOPage 22n 計(jì)算計(jì)算F F值值 將各因素的均方除以誤差的均方，便可得到F值，以下是因素的F值:1.3482.7620.488AAeMSFMS1.4813.0350.488BBeMSFMS1.83

10、13.7520.488CCeMSFMSLOGOPage 23n 顯著性檢驗(yàn)顯著性檢驗(yàn)0.95(2,2)0.0530.95FF從 分布表中查得臨界值，所以對(duì)于給定顯著水平， 因素因素A A，B B，C C對(duì)試驗(yàn)結(jié)果都有非常顯著的影響，但顯然，三個(gè)因素的影響又對(duì)試驗(yàn)結(jié)果都有非常顯著的影響，但顯然，三個(gè)因素的影響又各各 不相同，在本試驗(yàn)中，三因素的影響從大到小的順序?yàn)椋翰幌嗤诒驹囼?yàn)中，三因素的影響從大到小的順序?yàn)椋篊 C（濃度）（濃度） B B（浸（浸漬漬 溫度）溫度） A A（浸漬時(shí)間）（浸漬時(shí)間），最后將分析結(jié)果列于最后將分析結(jié)果列于以下以下方差分析表中方差分析表中: :方差分析表方差分析表

11、LOGOPage 24n 優(yōu)方案的確定優(yōu)方案的確定 由于試驗(yàn)指標(biāo)抑菌圈直徑是越大越好，所以優(yōu)方案應(yīng)取各因素中的最大K值所對(duì)應(yīng)的水平，即最佳工藝為浸漬時(shí)間50min，浸漬溫度為50，濃度（相對(duì)于織物重量）為4.0%,然后還有之前通過(guò)單因子分析而確定的pH=6。LOGOPage 25n 掃描電鏡（掃描電鏡（SEMSEM）測(cè)試）測(cè)試 從放大倍數(shù)的掃描電鏡上，明顯可以看出經(jīng)抗菌整理前后兩從放大倍數(shù)的掃描電鏡上，明顯可以看出經(jīng)抗菌整理前后兩塊布樣表面所發(fā)生的變化。未經(jīng)抗菌整理的棉纖維的表面較為粗塊布樣表面所發(fā)生的變化。未經(jīng)抗菌整理的棉纖維的表面較為粗糙，存在許多明顯的縱向縫隙，在經(jīng)過(guò)抗菌整理的布樣上，棉

12、纖糙，存在許多明顯的縱向縫隙，在經(jīng)過(guò)抗菌整理的布樣上，棉纖維表面的縫隙消失，表面粘附有一些微粒狀物質(zhì)，且分散非常均維表面的縫隙消失，表面粘附有一些微粒狀物質(zhì)，且分散非常均勻，極少出現(xiàn)團(tuán)聚，這說(shuō)明整理到棉織物上的載銀二氧化硅抗菌勻，極少出現(xiàn)團(tuán)聚，這說(shuō)明整理到棉織物上的載銀二氧化硅抗菌劑不但與纖維結(jié)合得非常好，且具有不錯(cuò)的分散性。劑不但與纖維結(jié)合得非常好，且具有不錯(cuò)的分散性。LOGOPage 26n 織物抗菌整理耐水洗性能的測(cè)試織物抗菌整理耐水洗性能的測(cè)試 浴比1：20，在溫度40的條件下洗滌30次（每次15min）,然后在60下烘干。 水洗前后布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌效果水洗前后布樣對(duì)大腸桿菌的抑菌

13、效果LOGOPage 27 檢測(cè)結(jié)果檢測(cè)結(jié)果表明：表明：經(jīng)過(guò)水洗后的處理布樣的抑菌圈直徑都有所減經(jīng)過(guò)水洗后的處理布樣的抑菌圈直徑都有所減少，但減少的幅度不大，其中，大腸桿菌的抑菌圈直徑減少的幅度少，但減少的幅度不大，其中，大腸桿菌的抑菌圈直徑減少的幅度為為4.49%4.49%，金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑減少的幅度為，金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑減少的幅度為4.55%4.55%。這其。這其中的原因主要是：載銀二氧化硅的粒子非常細(xì)，可以鑲嵌于纖維間中的原因主要是：載銀二氧化硅的粒子非常細(xì)，可以鑲嵌于纖維間的縫隙里，從而與纖維結(jié)合得非常牢固。的縫隙里，從而與纖維結(jié)合得非常牢固。 LOGOPage 28

14、抗菌整理對(duì)織物的基本性能的影響抗菌整理對(duì)織物的基本性能的影響n 經(jīng)抗菌整理后的織物其斷裂強(qiáng)度的變化經(jīng)抗菌整理后的織物其斷裂強(qiáng)度的變化 每個(gè)布樣都從經(jīng)向和緯每個(gè)布樣都從經(jīng)向和緯向各取向各取5 5塊試樣（長(zhǎng)塊試樣（長(zhǎng)30cm30cm，寬，寬5cm5cm）進(jìn)行拉伸測(cè)試，取平均）進(jìn)行拉伸測(cè)試，取平均值，試算強(qiáng)力保持率。值，試算強(qiáng)力保持率。對(duì)織物的斷裂強(qiáng)度的影響對(duì)織物的斷裂強(qiáng)度的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明織物的經(jīng)向?qū)嶒?yàn)結(jié)果表明織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)度保持率為斷裂強(qiáng)度保持率為97.77%97.77%，緯，緯向斷裂強(qiáng)度保持率為向斷裂強(qiáng)度保持率為97.57%97.57%。在實(shí)際生產(chǎn)中，織物強(qiáng)度保持在實(shí)際生產(chǎn)中，織物強(qiáng)度保持

15、率在率在80%80%以上時(shí)，是可以接受以上時(shí)，是可以接受的。的。LOGOPage 29n 經(jīng)抗菌整理后的織物其折皺回復(fù)角的變化經(jīng)抗菌整理后的織物其折皺回復(fù)角的變化 將布樣將布樣正面對(duì)折，測(cè)量布樣正面對(duì)折，測(cè)量布樣正面干態(tài)緩彈角，經(jīng)向和緯向各正面干態(tài)緩彈角，經(jīng)向和緯向各測(cè)測(cè)5 5次，取平均值。分別計(jì)算經(jīng)次，取平均值。分別計(jì)算經(jīng)緯兩向的折皺回復(fù)角，總的折皺緯兩向的折皺回復(fù)角，總的折皺回復(fù)角為經(jīng)向和緯向折皺回復(fù)角回復(fù)角為經(jīng)向和緯向折皺回復(fù)角的平均值之和。的平均值之和。對(duì)織物折皺回復(fù)角的影響對(duì)織物折皺回復(fù)角的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：未經(jīng)抗菌整未經(jīng)抗菌整理的織物其經(jīng)緯向折皺回復(fù)角之理的織物其經(jīng)

16、緯向折皺回復(fù)角之和為和為177.6177.6 度，而經(jīng)抗菌整理后度，而經(jīng)抗菌整理后的織物其經(jīng)緯向折皺回復(fù)角之和的織物其經(jīng)緯向折皺回復(fù)角之和為為172.8172.8度，整理后的織物的折度，整理后的織物的折皺回復(fù)角減少了皺回復(fù)角減少了4.84.8度，對(duì)織物度，對(duì)織物的抗皺性能基本無(wú)影響。的抗皺性能基本無(wú)影響。LOGOPage 30n 經(jīng)抗菌整理后的織物其白度的變化經(jīng)抗菌整理后的織物其白度的變化 將布樣折疊成四層，每個(gè)布樣在將布樣折疊成四層，每個(gè)布樣在保持經(jīng)緯方向一致的情況下測(cè)保持經(jīng)緯方向一致的情況下測(cè)4 4次白次白度，取平均值度，取平均值 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)向白度降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)向白度降低了1

17、0.05%10.05%，緯向白度降低了，緯向白度降低了10.18%10.18%。由。由此可以知道，整理前后織物的白度的此可以知道，整理前后織物的白度的變化偏大了一點(diǎn)，這是載銀二氧化硅變化偏大了一點(diǎn)，這是載銀二氧化硅抗菌劑在今后的發(fā)展中仍需要大力改抗菌劑在今后的發(fā)展中仍需要大力改進(jìn)的一點(diǎn)。進(jìn)的一點(diǎn)。對(duì)整理織物白度的影響對(duì)整理織物白度的影響LOGOPage 31n 經(jīng)抗菌整理后的織物其毛細(xì)效應(yīng)的變化經(jīng)抗菌整理后的織物其毛細(xì)效應(yīng)的變化 將一定規(guī)格（長(zhǎng)將一定規(guī)格（長(zhǎng)25cm25cm，寬，寬4cm4cm）的試樣懸掛在支架上，下）的試樣懸掛在支架上，下端浸入水端浸入水 中，液體即沿織物中，液體即沿織物上升

18、至一定高度，通過(guò)測(cè)試上上升至一定高度，通過(guò)測(cè)試上升一定高度所需時(shí)間來(lái)衡量織升一定高度所需時(shí)間來(lái)衡量織物的潤(rùn)濕性。物的潤(rùn)濕性。對(duì)織物毛細(xì)效應(yīng)的影響對(duì)織物毛細(xì)效應(yīng)的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)抗菌整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)抗菌整理后的棉織物的毛細(xì)效應(yīng)比未經(jīng)抗后的棉織物的毛細(xì)效應(yīng)比未經(jīng)抗菌整理的棉織物稍微差一些，但菌整理的棉織物稍微差一些，但不明顯，這說(shuō)明經(jīng)抗菌整理后的不明顯，這說(shuō)明經(jīng)抗菌整理后的棉織物其潤(rùn)濕性并未受到大的影棉織物其潤(rùn)濕性并未受到大的影響。響。LOGOPage 32總結(jié)與展望總結(jié)與展望n 總結(jié)總結(jié) 本論文主要研究了載銀二氧化硅在棉織物上的應(yīng)用，通過(guò)溶膠-凝膠法制備出載銀二氧化硅抗菌劑之后，再利用傳統(tǒng)的浸軋烘法將其整理到棉織物上，在確定主要影響抗菌效果的因素范圍下，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，得出了最佳的抗菌整理工藝，且在最