合成纖維的抗菌防臭加工

合成纖維的抗菌防臭加工

1抗菌防臭加工是21世紀(jì)纖維加工的高級(jí)化和差別化的重要方向自合成纖維誕生以來(lái)，已經(jīng)集結(jié)了數(shù)十種品種。此外，自然纖維和可再纖維纖維中的纖維纖維變得越來(lái)越豐富。雖然不同的纖維具有不同的物理特性及化學(xué)特性,并具有不同的風(fēng)格,但它們都面臨同樣的問(wèn)題,即微生物惡化。一方面,在有機(jī)系纖維中,尤其是以纖維素、膠原、角蛋白和絲素為主要成分的棉、麻、蠶絲和羊毛等非常容易受到微生物惡化;另一方面,在化學(xué)合成纖維中,滌綸、耐綸、銅氨絲、聚氨酯等,由于聚合物主鏈不是由亞甲基鏈構(gòu)成的,所以容易受到微生物水解惡化。只有聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯等主鏈由亞甲基鏈構(gòu)成的合成纖維和碳纖維、硼單晶纖維、氧化鋁單晶纖維等無(wú)機(jī)系纖維,是較難受到微生物侵蝕的,但若其表面被有機(jī)物,如汗液、皮脂、環(huán)境污物等附著,這種污物就作為微生物營(yíng)養(yǎng)源,容易在纖維上繁殖微生物,產(chǎn)生變色和臭味等各種各樣問(wèn)題,甚至通過(guò)皮膚、呼吸道、消化道以及生殖道粘膜對(duì)人體造成危害。據(jù)報(bào)道,全世界每年因微生物感染而造成的死亡人數(shù)近二千萬(wàn)人,這些感染癥依頻度高低依次為肺炎、霍亂、瘴氣、結(jié)核、肝炎,最近20年間,還發(fā)生艾滋病、埃武拉熱及最近的SARS等新感染癥。所以為了防止這些問(wèn)題的發(fā)生,纖維制品的抗菌防臭加工將發(fā)揮更為重要的作用。抗菌防臭加工不僅在于抑制微生物使纖維制品產(chǎn)生變質(zhì),而且主要目的是在穿著或使用狀態(tài)下,抑制以汗和污物為營(yíng)養(yǎng)源而生育的微生物的繁殖,在抑制微生物產(chǎn)生惡臭的同時(shí),保持了衛(wèi)生狀態(tài)。抗菌防臭加工的歷史已有幾十年,現(xiàn)已應(yīng)用于醫(yī)生、護(hù)士及醫(yī)院工作人員的防菌衣;食品廠、發(fā)酵廠、制藥廠、化妝品廠、精密儀器廠等企業(yè)的工作衣;抗菌床單、床罩、窗簾、浴簾、地毯、揩布等;毛巾、口罩、內(nèi)衣、內(nèi)褲、尿布、襪子、鞋墊、夾里布及其它防菌包裝布;空調(diào)器、凈水器過(guò)濾網(wǎng);工業(yè)用無(wú)菌壓縮空氣機(jī)填充材料等。它不僅在擴(kuò)大產(chǎn)品用途和打開纖維制品產(chǎn)業(yè)不景氣局面中產(chǎn)生積極作用,而且符合人們?nèi)找鏀U(kuò)大的對(duì)衛(wèi)生健康制品的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高,人體對(duì)纖維制品的衛(wèi)生功能提出了更高的要求,所以它仍然是21世紀(jì)纖維加工的高級(jí)化和差別化的重要方向。本文將對(duì)纖維制品抗菌防臭加工工藝的進(jìn)展、抗菌防臭加工劑的種類及其抗菌機(jī)理、抗菌纖維抗菌率的測(cè)定方法等加以介紹。2我國(guó)市場(chǎng)上抗菌防臭加工制品的市場(chǎng)現(xiàn)狀抗菌防臭加工可分為后處理加工法和共混法兩種。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),現(xiàn)在市場(chǎng)上的抗菌防臭加工制品,大部分是用前者加工制造的,約占70%,但后者加工的制品有增加的趨勢(shì)。2.1抗菌劑的選用通常是在染色整理工藝的最后階段,或在制成后進(jìn)行處理,將抗菌劑涂布在纖維制品的表面,依靠從纖維表面溶出的抗菌劑顯示抗菌作用。此方法開發(fā)最早,得以普遍采用的原因很大程度上是因?yàn)榧庸し奖恪？晒┻x擇的抗菌劑范圍很廣,但也存在著抗菌劑耐久性差的致命弱點(diǎn)。另外,由于浸漬時(shí)需要大量水浴,真正附著的抗菌劑不多,造成很大浪費(fèi),且未被織物吸附的抗菌劑隨廢液排出,對(duì)水環(huán)境造成污染。為提高耐洗牢度,在后處理過(guò)程中可采用使抗菌劑接枝于纖維主鏈上的方法,或利用媒介使抗菌劑固著在纖維上,但抗菌劑的選擇上會(huì)受到很大限制。2.1.1抗菌劑表面整理對(duì)金屬系、季銨鹽系、天然物系等抗菌劑采用噴霧、浸漬、浸軋、涂層等方法,使抗菌劑均勻涂布在纖維制品表面。此法工藝簡(jiǎn)單,操作方便,成本較低,是最常用的抗菌加工方法,但存在制品耐洗牢度差的不足。2.1.2反滲透膜法制備抗菌劑如用浸漬、浸軋等方法將有機(jī)硅系季銨鹽的三甲基和纖維表面的羥基之間進(jìn)行脫醇反應(yīng),使三甲氧基分解,在纖維表面和氧原子形成共價(jià)鍵的同時(shí),反應(yīng)性樹脂進(jìn)行接枝聚合,形成結(jié)實(shí)的薄膜,使抗菌劑熱固著。代表性商品有東洋紡的Biosil等。2.1.3反滲透膜樹脂用抗菌劑在用抗菌劑處理纖維時(shí),使抗菌劑成分和纖維交聯(lián)結(jié)合,同時(shí)用反應(yīng)性樹脂將抗菌劑熱固著在纖維表面上。如將殼聚糖粉末季銨鹽化的水溶液混入在有成膜能力的樹脂中,用浸軋、噴霧、涂層等方法將其附著在耐綸等織物表面。代表性商品有敷紡的Nostak。2.2在復(fù)合紡絲中的應(yīng)用國(guó)際上自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)共混改性方式制取持久性抗菌纖維的方法,可選用的抗菌劑有無(wú)機(jī)系、胍系、銅化合物系、天然物系等。依靠纖維表面上的抗菌劑和部分溶出的抗菌劑成分顯示抗菌作用。此法能克服后處理法諸多缺點(diǎn),使抗菌纖維具有效果持久、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),更具生命力。但對(duì)抗菌劑的耐熱性要求較高,加工工藝也復(fù)雜,可以在熔融紡絲、濕法紡絲、復(fù)合紡絲中采用。近年來(lái),隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),抗菌效果好但毒性較大的含重金屬離子的抗菌劑己被逐步淘汰,應(yīng)用較多的是與銀離子結(jié)合的抗菌沸石,但據(jù)報(bào)道,其抗菌率僅達(dá)70%～80%,因此,選擇抗菌性持久、抗菌率高、安全、成本較低的共混抗菌劑成為各科研院所研究的熱點(diǎn)。如上海合成纖維研究所以共混方式引入有機(jī)抗菌劑,研制成抗菌率高、安全無(wú)害、適用性廣的AMF系列永久性抗菌纖維;山東化學(xué)纖維研究所采用納米陶瓷粒子NT與M+復(fù)合無(wú)機(jī)系抗菌劑,研制生產(chǎn)永久性抗菌滌綸;天津大學(xué)的管云林教授選擇了以殼聚糖與粘膠纖維共混制備天然抗菌纖維;大連輕工學(xué)院張鴻等對(duì)甲殼素與粘膠原液共混紡絲制備抗菌性持久的、可降解的天然抗菌纖維進(jìn)行了研究;美國(guó)Nylstar公司新近制造出一種“智能聚酰胺纖維”,通過(guò)將抗菌劑包藏在纖維內(nèi)部,保障纖維的耐久性和安全性,其特點(diǎn)在于無(wú)論是輕微活動(dòng)還是劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí),它都可以既不能讓細(xì)菌任意繁衍,也不能殺死全部細(xì)菌,控制皮膚表面細(xì)菌的數(shù)量維持在正常水平。3環(huán)保洗脫劑的類型及其環(huán)保機(jī)目前符合安全性要求的抗菌防臭加工劑如表1所示。3.1銀離子抗菌機(jī)理無(wú)機(jī)系抗菌防臭劑是近年來(lái)開發(fā)較為成功的品種,適宜添加于合成纖維熔融紡絲原液中,應(yīng)用中的變色、分散、光老化等問(wèn)題已得到改進(jìn),尤其是納米材料的開發(fā)更提供了優(yōu)等的材料。銀離子的抗菌機(jī)理還沒(méi)有明確的結(jié)論,只是停留在假說(shuō)階段,目前有接觸反應(yīng)說(shuō)和催化反應(yīng)說(shuō)。接觸反應(yīng)說(shuō)即銀離子與病菌接觸反應(yīng),使得病菌的固有成分被破壞或產(chǎn)生功能障礙,從而導(dǎo)致病菌死亡。催化反應(yīng)說(shuō)即在光的作用下,銀離子作為催化活性中心,激活水和空氣中的氧,產(chǎn)生羥基自由基及活性氧離子?；钚匝蹼x子具有很強(qiáng)的氧化能力,能在短時(shí)間內(nèi)破壞細(xì)菌的增殖能力,致使細(xì)胞死亡,從而達(dá)到抗菌的目的。3.2離子可染聚酯/銀磺酸酯的合成與纖維配位的金屬化合物,其代表性產(chǎn)品是陽(yáng)離子可染聚酯與銀離子結(jié)合的銀磺酸酯。其抗菌機(jī)理是利用銀離子阻礙電子傳導(dǎo)系統(tǒng),破壞細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)構(gòu)造而產(chǎn)生代謝阻礙,或與DNA反應(yīng)。3.3基能水雙環(huán)[n+n]復(fù)合材料代表性的產(chǎn)品有DC-5700,日本東洋紡和美國(guó)道康寧公司均有生產(chǎn)。其活性成分是3-(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化物,三個(gè)甲氧基能與纖維上的羥基進(jìn)行脫甲醇反應(yīng),生成共價(jià)鍵而使抗菌劑牢固地附著在纖維表面;同時(shí),三個(gè)甲氧基能水解聚合,在纖維表面上形成薄膜而堅(jiān)牢地附著在纖維表面上;其陽(yáng)離子(N+)部分與纖維表面上的負(fù)電荷會(huì)相互吸引形成離子結(jié)合,使由它自身脫水縮合形成的薄膜與纖維具有堅(jiān)牢的附著力,從而產(chǎn)生良好的耐久性。其抗菌機(jī)理是銨陽(yáng)離子靠靜電附著在微生物細(xì)胞表面的陰離子部位,在喪失疏水性相互作用下,使細(xì)胞內(nèi)容物泄漏,使微生物停止呼吸機(jī)能。3.4親水聚酯織物的制備季銨鹽系是常用的抗菌劑,為提高耐久性,常與反應(yīng)性樹脂并用(如日清紡的Peachfresh),主要用于純聚酯織物上。其抗菌機(jī)理是利用表面吸附引起酶障礙、細(xì)胞質(zhì)膜損傷等組織變化,產(chǎn)生膜攪亂作用,從而使酶蛋白質(zhì)與核酸變性。3.5聚六亞甲基雙fig鹽酸鹽Zeneca公司成功開發(fā)用于棉及其混紡織物的聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽(PHMB)具有良好的耐熱性,可與滌綸和錦綸共混紡絲。其抗菌機(jī)理是由于阻礙細(xì)胞的溶菌酶作用,從而使細(xì)胞膜破壞。3.6氨再生纖維素制造過(guò)程如由旭化成化司開發(fā)的導(dǎo)電抗菌性粘膠纖維,其商品名為“AsahiBCF”。是在銅氨再生纖維素制造過(guò)程中控制硫化銅量,使銅化合物均勻分散于纖維中,之后經(jīng)硫化處理,使纖維中硫化銅含量為15%～20%。其抗菌機(jī)理是銅離子破壞微生物的細(xì)胞膜,并滲透到其中與細(xì)胞內(nèi)酶的硫基結(jié)合,使酶活性降低,阻礙代謝功能,抑制其生長(zhǎng)致死。3.7天然物系抗菌劑在“回歸自然”、“保護(hù)環(huán)境”的呼聲中,天然物系抗菌劑近年來(lái)也得以快速發(fā)展,包括動(dòng)物類的甲殼質(zhì)和殼聚糖;植物類的羅漢柏、艾蒿、魚腥草等。3.7.1生物活性化合物甲殼質(zhì)和殼聚糖主要來(lái)源于蝦殼、蟹殼、昆蟲的外皮、外殼和貝類,以及其菌和酶的細(xì)胞壁,具有良好的生物相容性和生物活性。其抗菌機(jī)理是利用分子中的氨基吸附細(xì)菌,與細(xì)胞壁表面的陰離子成分結(jié)合,阻礙細(xì)胞壁的生物合成,發(fā)揮了抑制繁殖的效果,或阻止細(xì)胞壁內(nèi)外物質(zhì)的能動(dòng)輸送。3.7.2柏烯、艾蒿、魚腥草羅漢柏的蒸餾物為檜油,由兩種成分組成,即作為香精原料的倍半萜烯類化合物的中性油和具有抗菌活性的酚類酸性油。酸性油中含日柏醇,中性油中含斧柏烯,抗菌性以酸性為好。據(jù)報(bào)道,檜醇的抗菌機(jī)理是其分子結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)可供配位絡(luò)合的氧原子,它與微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)作用使之變性。艾蒿是一種藥草,中國(guó)民間用其驅(qū)蟲防病,它散發(fā)的氣味有穩(wěn)定情緒,松馳身心的鎮(zhèn)定作用,作為中藥具有解熱、利尿、凈血和補(bǔ)血等作用。其中具有抗菌防腐作用的主要成分α_等銅。魚腥草中起抗菌作用的主要成分是葉、莖部的葵?；胰?、甲基壬基酮、月桂酸。蘆薈中含酚類成分,蘆薈素有抗炎、抗菌、防霉和解毒等作用。4抗菌性能測(cè)試方法抗菌纖維抗菌率的測(cè)試所規(guī)定的菌種是金黃色葡萄球菌和肺炎桿菌,視不同用途,有時(shí)要增加抗二甲基苯青霉素金黃色釀膿葡萄球菌(MRSA)以及對(duì)綠膿桿菌和大腸桿菌也要有效,有些公司甚至擴(kuò)大到霉菌。測(cè)試方法目前有三種:(1)中華人民共和國(guó)紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T01021-92織物抗菌性能試驗(yàn)方法。其原理是將試樣和對(duì)照(未經(jīng)抗菌整理的織物)分別放于三角燒瓶中,用試驗(yàn)菌接種。接種后,將對(duì)照織物上的細(xì)菌立即洗滌并測(cè)定細(xì)菌數(shù)量,將試樣恒溫(37±1)℃,20h左右培養(yǎng)后洗滌細(xì)菌并測(cè)定細(xì)菌數(shù)量,然后計(jì)算出試樣的細(xì)菌減少百分率。(2)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)AATCC147-1982織物抗菌能力平行條痕檢測(cè)法。其原理是試驗(yàn)織物的試樣緊密接觸地放置于事先已用試驗(yàn)細(xì)菌接種液劃痕的瓊脂平板上,經(jīng)過(guò)37℃培育18h～24h后,試驗(yàn)織物下面及邊緣周圍顯示的一片清楚的細(xì)菌中斷繁殖面即表明織物的抗菌能力。(3)日本衛(wèi)生加工協(xié)會(huì)提出的振蕩培養(yǎng)法。其原理是在盛有無(wú)菌水的有塞三角瓶中,投入一定比例的試樣,在37℃振蕩1h,然后活菌計(jì)數(shù),試樣的活菌菌落數(shù)與空白樣品的活菌菌落數(shù)進(jìn)行比較,計(jì)算抗菌率。