抗菌整理剂在棉纺织品上的应用_刘心
纺织科学研究 17
功能性纺织品及纳米技术应用
抗菌整理剂在棉纺织品上的应用
刘 心, 严柳君, 秦雪松, 陶志清, 邵佳敏
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1
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(1 上海维来新材料科技有限公司, 上海200051; 2. 华东理工大学材料工程学院高分子系, 上海200237)
[摘要] 应用 无机、天然、有机 3种抗菌整理剂对纯棉织物进行功能整理, 通过抗菌性、耐洗涤性、毒性实验分析, 证实无机和天然类抗菌剂高效、耐久、安全, 其综合性能与有机类抗菌剂DC -5700相当, 是目前理想的织物抗菌整理剂。
[关键词] 防霉剂; 抗微生物整理; 抗菌织物; 棉纺织品
[中图分类号]TS195 5+8 [文献标识码]A [文章编号]1003-1308(2003) 01-0017-05
1 引 言
织物的抗菌整理始于上世纪40年代, 其应用领域非常广泛, 已由最初的鞋垫、袜子等发展到现今的各种纺织工业产品, 如人们的内衣、外衣, 医院、宾馆、家庭的床上用品、毛巾、浴巾、地毯、卫生用品等。利用抗菌剂对织物进行后整理加工, 是制造抗菌纺织品的一种有效途径。理想的织物抗菌整理剂应满足以下要求性;
(2) 与纤维的结合力强, 耐漂洗, 具有长效抗菌性; (3) 对人体不产生生理障碍, 不污染环境, 安全性良好; (4) 易于应用, 不影响织物的质量和风格。
长期以来, 织物抗菌剂市场一直以有机类抗菌剂为主, 尤其是美国Dow -Corning 公司于1975年推出的商品、名为DC -5700的有机硅季胺盐类抗菌剂, 是有机类抗菌剂中最有代表性的品种之一。它广谱抑菌, 不会使细菌产生抗药性, 高效安全, 被世界各国广泛用于棉、麻、羊毛、聚酯、腈纶等各类纺织品。但在应用过程中, 大多数有机抗菌剂因耐久性、溶出量的控制以及由此产生的副作用等问题, 又逐渐影响了它们的进一步推广和应用。
近几年来, 无机类抗菌剂和天然动植物提取类抗菌剂异军突起, 进展令人瞩目, 工业界和学术界都给予了极大的关注。但将无机和天然抗菌整理剂应用于织物后, 由于没有统一的检测标准, 许多研究中采取的都是溶出性检验方法(如抑菌环法) , 忽视了两种抗菌剂不同于有机抗菌剂的非溶出性抗菌机理, 因而难以得到客观的评价结果。
本文参照中国纺织品行业标准FZ T 01021-92, 用上海维来新材料科技有限公司研制的无机银系抗菌剂T200-A3和壳聚糖类天然抗菌剂T200-A1, 以及美国Do w -Corning 公司出品的有机类抗菌
[收稿日期]2003-02-10; [修订日期]2003-03-02
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(1) 对于污染纺织品的各种有害细菌、真菌具有优良的杀灭或抑制能力, 且对细菌不产生抗药
182003年第1期
剂DC -5700, 分别对纯棉织物进行整理, 并以革兰氏阴性菌的代表性菌种 大肠杆菌为实验菌种, 测试了纺织品的抗菌效果和耐洗涤性, 并对这3种抗菌剂的抗菌机理、安全性以及环保效果进行了分析。
2 实验仪器及药品、材料
2 1 实验仪器
EL -A 型立式气压电动小轧车, LD -3624型试样定型烘干机, SW -12A 型水洗色牢度实验机。2. 2 药 品
T200-A3整理剂, 上海维来新材料科技有限公司生产; T200-A1整理剂, 上海维来新材料科技有限公司生产; DC -5700整理剂, 美国Dow -Corning 公司生产; 粘合剂, 上海维来新材料科技有限公司生产。2. 3 织 物
纯棉色织布。
3 抗菌整理实验方法
3 1 工艺配方及流程
1样布浸轧液配方:T200-A30 7%(o. w. f) , 粘合剂2%(o. w. f) 。流程:
一浸一轧 90 , 预烘120s 160 , 焙烘30s 。2样布浸轧液配方:T200-A17 0%(o. w. f) 。流程:
一浸一轧 90 , 预烘120s 160 , 焙烘30s 。3样布浸轧液配方:DC -57000 7%(o. w. f) 。流程:
一浸一轧 90 , 烘干。3. 2 洗涤方法
采用JISL0217-103法, 用水洗色牢度仪进行洗涤, 浴比1 30, 中性洗涤剂2g L, 在温度40 条件下洗涤5min, 然后在常温下每次2min 清水洗2回作为一个循环, 总计30次。
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4 抑菌检测
4. 1 主要实验设备、器材
紫外线微生物无菌室, 电热压力蒸汽灭菌锅, 电热培养箱, 营养琼脂培养基。4. 2 测试方法及菌株
方法:中国纺织品行业标准FZ T 01021-92, 织物抗菌性能试验方法; 菌株:大肠杆菌(ATCC8099) 。
5 结果与讨论
5
纺织科学研究
表1 经过功能整理的3块样品的抑菌检测结果
样布编号对照样123
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19
菌落计数(cfu 片)
1 10
菌浓度
-2
1 10
-1
1 101 1089000
-3
(cfu mL) 4 45 105. 00 101. 65 103. 55 10
7254
抑菌率(%)
99. 9999. 6399. 92
多不可计
131071
多不可计
0336
多不可计
090
实验结果表明, 经过无机抗菌剂、天然抗菌剂整理后的棉布, 与经过有机抗菌剂整理后的棉布的抗菌效果相仿, 均表现出了极强的抗菌性, 但抗菌机理完全不同, 分析如下。
T200-A3无机抗菌剂的化学式为:
Ag a A b B 2(PO 4) 3 nH 2O
式中:A 碱金属或碱土金属; B 四价金属; 0 n b; a+b=1。
其抗菌机制:一方面是抗菌性金属离子银与细菌接触后, Ag 与细菌体蛋白酶上的巯基(
) 结合在一起, 使蛋白酶丧失活性, 造成细胞固有成分被破坏并产生功能障碍而死亡。反
SH 酶 +2Ag
SH
+
+
+
应过程如下:
SAg 酶 +2H
SAg
-+
+
在整个过程中, Ag 基本不损耗, 这也决定了无机银系抗菌剂的长效性。另一方面, 是由于抗菌性磷酸盐中所含的氧受到与其结合的抗菌金属的催化作用, 转变成为O 、O 2、O 2等活性氧, 它们同O 3及H 2O 2一样具有强力杀菌作用。经测试, T200-A3抗菌剂对12种革兰氏阴性菌、8种革兰氏阳性菌和6种霉菌均有明显作用。
T200-A1是由天然甲壳素水解后提取出的、用脱乙酰壳聚糖制成的抗菌剂。壳聚糖是一种聚阳离子, 能够与构成微生物细胞壁的阴电荷性物质形成离子缔合, 阻碍其通透性; 同时脱乙酰壳聚糖可进入微生物细胞内, 阻碍微生物遗传因子由DNA 向RNA 的转变, 造成其繁殖障碍, 甚至使细胞破裂, 从而杀灭细菌。经T200-A1抗菌剂整理得到的织物, 在杀灭细菌的过程中抗菌剂并不脱离织物表面, 因此它不会穿过皮肤保护层而造成皮肤刺激, 不会使微生物产生抗药性。研究表明,
T200-A1对大肠杆菌、各种真菌、金黄色葡萄球菌均有强抗菌性。
DC -5700的结构式为:
3
[(CH 3O) 3Si(2) 3
CH 3
式中, 季胺盐阳离子是有效的杀菌基团, 能够吸引带负电荷的细菌, 破坏细菌的细胞壁和细胞膜, 使其内溶物渗出, 从而杀死细菌。研究表明, DC -5700对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、念珠菌等N 18H 37] Cl
[5]
[4]
20
5. 2 抗菌织物的耐洗涤性(见表2)
表2 样品经洗涤后的抑菌检测结果
样布编号对照样123
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2003年第1期
菌落计数(cfu 片)
1 10
-1
菌浓度
-3
1 10
-2
1 108952329
1 1015025
-4
(cfu mL) 4. 45 104. 05 101. 13 101. 36 10
7677
抑菌率(%)
90. 8874. 6669. 33
多不可计309多不可计多不可计
多不可计
81225272
耐洗涤性是衡量抗菌织物实用性的重要指标之一。由表2可知, 用无机银系抗菌剂T200-A3整理得到的抗菌织物具有优异的耐洗涤性, 经过50次洗涤之后, 其抗菌性仍没有出现较为明显的
下降。这是因为, T200-A3是上海维来新材料科技有限公司生产的纳米抗菌剂, 由无数的超细颗粒组成, 这些超细颗粒能够嵌入到纤维的缝隙中, 用普通洗涤方法很难将其洗掉。另外, 该抗菌剂在杀菌时, 有效成分Ag 基本不会损耗, 这就决定了整理后的织物具有优异的耐久性。
相比之下, 采用以耐久性著称的有机类抗菌剂DC -5700整理过的织物, 经50次洗涤后, 抑菌率居然下降了30个百分点, 其耐久性明显落后于无机类和壳聚糖类抗菌剂, 但仍具有较强的抑菌效果(根据卫生部消技术规范, 对于抑菌率>26%者判定为 有抑菌效果 ) 。5. 3 抗菌剂的毒性与环保效果
将3种抗菌剂提纯后得到的粉体送到国家经贸委上海化学毒物咨询中心鉴定, 数据见表3。
表3 3种抗菌剂的粉体毒性实验
抗菌剂T200-A3T200-A1DC -5700
小鼠急性经口中毒半数致死量LD 50
(g kg 体重)
>10>1012
小鼠变异性
实验
阴性阴性阴性
一次性皮肤刺激无刺激无刺激无刺激
-3
+
皮肤敏感性
实验不敏感不敏感不敏感
根据目前国际通行的毒性分级标准, 小白鼠一次经口LD 50(g kg) 1 10
-3
-3
为剧毒、(1~50)
10为高毒、(50~500) 10为中等毒、0 5~5为低毒、5~15为实际无毒、>15为基本无害。根据这一标准, 以上3种抗菌剂均属实际无毒级, 其安全性比人们日常食用盐(LD 50 4g kg 体重) 还要高。T200-A3无机抗菌整理剂所用的原料和助剂均安全无毒, 在应用时可做到象染色一样方便, 用其整理织物可做到基本无废液排出, 无异味, 完全环保。在T200-A1整理剂中仅含2%~3%的醋酸, 不会对操作人员形成危害, 另外壳聚糖具有完全生物降解性, 废弃后进入土壤中, 能够参与自然界的生态循环。而DC -5700原液中含大约42%的甲醇溶液, 在配制和整理织物的过程中, 不仅会造成环境污染, 还会危害操作人员的健康, 若不慎溅入眼中更会带来失明的危险。
[6]
纺织科学研究 21
6 结 论
经过上述研究, 可以得到如下结论:
(1) 无机T200-A3抗菌剂、壳聚糖类T200-A1抗菌剂在纺织品上应用方便, 可轧染和浸染, 可用于棉类纺织品, 不会影响织物的质量和风格。
(2) 经无机T200-A3抗菌剂、壳聚糖类T200-A1抗菌剂整理过的织物, 具有优异的抑菌效果, 且耐洗涤性优良, 抑菌效果持久, 安全环保, 不会使细菌产生抗药性。
(3) 无机T200-A3抗菌剂、壳聚糖类T200-A1抗菌剂的综合性能可与有机类抗菌剂DC -5700相媲美, 在操作安全性上比DC -5700要好, 在目前属于理想的织物抗菌整理剂, 适合推广应用。(4) 抑菌环法仅适用于溶出型抗菌剂, 目前还无法检测无机类和壳聚糖类等非溶出性抗菌剂的抑菌效果。应用中国纺织品行业标准FZ T 01021-92, 能够客观地评价吸水性纺织品的抗菌效果, 对于溶出性和非溶出性抗菌剂均适用。
[
参
考
文
献
]
[1] 董永春, 滑钧凯. 纺织品整理剂的性能与应用[M]. 北京:中国纺织出版社, 1999. [2] 杨栋梁. 纤维用抗菌防臭整理剂[J]. 印染, 2001, (3) :47. [3] 消毒技术规范(第三版) [M].中华人民共和国卫生部, 1999. [4] 李多. 抗菌防臭防螨整理的新进展[J]. 针织工业, 1995, (2) :35.
[5] 宋肇棠, 施晓芳. 纤维的抗菌防臭及制菌加工进展[J].印染助剂, 2000, 17(5) :1. [6] 陈仪本, 欧阳友生, 等. 工业杀菌剂[M]. 北京:中国纺织出版社, 2001.
(上接第9页)
(4) 在当前全国其它行业将精力集中在技术项目的同时, 切切不能忽视关系到国计民生的纺织工业这棵 常青树 所带来的现实效益和社会功能。我国纺织、成衣除了支撑国民经济的内外贸市场外, 还有一个很基本的功能 吸纳大批劳动力就业, 这对一个拥有13亿人口的发展中国家来说显得尤为重要。我国广东、浙江、江苏、山东等沿海省份的经济繁荣, 在一定程度上是因为它们仍然抱住这棵 摇钱树 不放。而有的地方却因受到一时的冲击而把纺织工业挤到一边, 造成大批职工下岗, 从而背上了沉重的社会包袱, 这是值得我们深思的。
(上接第12页)
4 结束语
对于传统纺织产业而言, 只有夕阳的技术, 没有夕阳的产业。中国传统纺织业通过自身技术的更新和外来技术的渗透, 走过了一条机械纺织的产业升级之路。展望新世纪, 在信息纺织、新材料纺织时代, 中国民族纺织产业应在世界纺织产业格局中重构国际纺织产业分工链条, 推动纺织产业的升级。