合成纖維的抗菌防臭加工

1抗菌防臭加工是21世紀纖維加工的高級化和差別化的重要方向自合成纖維誕生以來，已經集結了數十種品種。此外，自然纖維和可再纖維纖維中的纖維纖維變得越來越豐富。雖然不同的纖維具有不同的物理特性及化學特性,并具有不同的風格,但它們都面臨同樣的問題,即微生物惡化。一方面,在有機系纖維中,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成的合成纖維和碳纖維、硼單晶纖維、氧化鋁單晶纖維等無機系纖維,是較難受到微生物侵蝕的,但若其表面被有機物,如汗液、皮脂、環境污物等附著,這種污物就作為微生物營養源,容易在纖維上繁殖微生物,產生變色和臭味等各種各樣問題,甚至通過皮膚、呼吸道、消化道以及生殖道粘膜對人體造成危害。據報道,全世界每年因微生物感染而造成的死亡人數近二千萬人,這些感染癥依頻度高低依次為肺炎、霍亂、瘴氣、結核、肝炎,最近20年間,還發生艾滋病、埃武拉熱及最近的SARS等新感染癥。所以為了防止這些問題的發生,纖維制品的抗菌防臭加工將發揮更為重要的作用。抗菌防臭加工不僅在于抑制微生物使纖維制品產生變質,而且主要目的是在穿著或使用狀態下,抑制以汗和污物為營養源而生育的微生物的繁殖,在抑制微生物產生惡臭的同時,保持了衛生狀態。抗菌防臭加工的歷史已有幾十年,現已應用于醫生、護士及醫院工作人員的防菌衣;食品廠、發酵廠、制藥廠、化妝品廠、精密儀器廠等企業的工作衣;抗菌床單、床罩、窗簾、浴簾、地毯、揩布等;毛巾、口罩、內衣、內褲、尿布、襪子、鞋墊、夾里布及其它防菌包裝布;空調器、凈水器過濾網;工業用無菌壓縮空氣機填充材料等。它不僅在擴大產品用途和打開纖維制品產業不景氣局面中產生積極作用,而且符合人們日益擴大的對衛生健康制品的需求。隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高,人體對纖維制品的衛生功能提出了更高的要求,所以它仍然是21世紀纖維加工的高級化和差別化的重要方向。本文將對纖維制品抗菌防臭加工工藝的進展、抗菌防臭加工劑的種類及其抗菌機理、抗菌纖維抗菌率的測定方法等加以介紹。2我國市場上抗菌防臭加工制品的市場現狀抗菌防臭加工可分為后處理加工法和共混法兩種。據不完全統計,現在市場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。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。此方法開發最早,得以普遍采用的原因很大程度上是因為加工方便。可供選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。另外,由于浸漬時需要大量水浴,真正附著的抗菌劑不多,造成很大浪費,且未被織物吸附的抗菌劑隨廢液排出,對水環境造成污染。為提高耐洗牢度,在后處理過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受到很大限制。2.1.1抗菌劑表面整理對金屬系、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、浸軋等方法將有機硅系季銨鹽的三甲基和纖維表面的羥基之間進行脫醇反應,使三甲氧基分解,在纖維表面和氧原子形成共價鍵的同時,反應性樹脂進行接枝聚合,形成結實的薄膜,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,使抗菌劑成分和纖維交聯結合,同時用反應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在復合紡絲中的應用國際上自20世紀80年代出現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機系、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,使抗菌纖維具有效果持久、無污染等優點,更具生命力。但對抗菌劑的耐熱性要求較高,加工工藝也復雜,可以在熔融紡絲、濕法紡絲、復合紡絲中采用。近年來,隨著人們環保意識的增強,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,應用較多的是與銀離子結合的抗菌沸石,但據報道,其抗菌率僅達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。如上海合成纖維研究所以共混方式引入有機抗菌劑,研制成抗菌率高、安全無害、適用性廣的AMF系列永久性抗菌纖維;山東化學纖維研究所采用納米陶瓷粒子NT與M+復合無機系抗菌劑,研制生產永久性抗菌滌綸;天津大學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;大連輕工學院張鴻等對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行了研究;美國Nylstar公司新近制造出一種“智能聚酰胺纖維”,通過將抗菌劑包藏在纖維內部,保障纖維的耐久性和安全性,其特點在于無論是輕微活動還是劇烈運動時,它都可以既不能讓細菌任意繁衍,也不能殺死全部細菌,控制皮膚表面細菌的數量維持在正常水平。3環保洗脫劑的類型及其環保機目前符合安全性要求的抗菌防臭加工劑如表1所示。3.1銀離子抗菌機理無機系抗菌防臭劑是近年來開發較為成功的品種,適宜添加于合成纖維熔融紡絲原液中,應用中的變色、分散、光老化等問題已得到改進,尤其是納米材料的開發更提供了優等的材料。銀離子的抗菌機理還沒有明確的結論,只是停留在假說階段,目前有接觸反應說和催化反應說。接觸反應說即銀離子與病菌接觸反應,使得病菌的固有成分被破壞或產生功能障礙,從而導致病菌死亡。催化反應說即在光的作用下,銀離子作為催化活性中心,激活水和空氣中的氧,產生羥基自由基及活性氧離子。活性氧離子具有很強的氧化能力,能在短時間內破壞細菌的增殖能力,致使細胞死亡,從而達到抗菌的目的。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,其代表性產品是陽離子可染聚酯與銀離子結合的銀磺酸酯。其抗菌機理是利用銀離子阻礙電子傳導系統,破壞細胞內蛋白質構造而產生代謝阻礙,或與DNA反應。3.3基能水雙環[n+n]復合材料代表性的產品有DC-5700,日本東洋紡和美國道康寧公司均有生產。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,三個甲氧基能與纖維上的羥基進行脫甲醇反應,生成共價鍵而使抗菌劑牢固地附著在纖維表面;同時,三個甲氧基能水解聚合,在纖維表面上形成薄膜而堅牢地附著在纖維表面上;其陽離子(N+)部分與纖維表面上的負電荷會相互吸引形成離子結合,使由它自身脫水縮合形成的薄膜與纖維具有堅牢的附著力,從而產生良好的耐久性。其抗菌機理是銨陽離子靠靜電附著在微生物細胞表面的陰離子部位,在喪失疏水性相互作用下,使細胞內容物泄漏,使微生物停止呼吸機能。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。其抗菌機理是利用表面吸附引起酶障礙、細胞質膜損傷等組織變化,產生膜攪亂作用,從而使酶蛋白質與核酸變性。3.5聚六亞甲基雙fig鹽酸鹽Zeneca公司成功開發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。其抗菌機理是由于阻礙細胞的溶菌酶作用,從而使細胞膜破壞。3.6氨再生纖維素制造過程如由旭化成化司開發的導電抗菌性粘膠纖維,其商品名為“AsahiBCF”。是在銅氨再生纖維素制造過程中控制硫化銅量,使銅化合物均勻分散于纖維中,之后經硫化處理,使纖維中硫化銅含量為15%～20%。其抗菌機理是銅離子破壞微生物的細胞膜,并滲透到其中與細胞內酶的硫基結合,使酶活性降低,阻礙代謝功能,抑制其生長致死。3.7天然物系抗菌劑在“回歸自然”、“保護環境”的呼聲中,天然物系抗菌劑近年來也得以快速發展,包括動物類的甲殼質和殼聚糖;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和殼聚糖主要來源于蝦殼、蟹殼、昆蟲的外皮、外殼和貝類,以及其菌和酶的細胞壁,具有良好的生物相容性和生物活性。其抗菌機理是利用分子中的氨基吸附細菌,與細胞壁表面的陰離子成分結合,阻礙細胞壁的生物合成,發揮了抑制繁殖的效果,或阻止細胞壁內外物質的能動輸送。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。據報道,檜醇的抗菌機理是其分子結構上有兩個可供配位絡合的氧原子,它與微生物體內的蛋白質作用使之變性。艾蒿是一種藥草,中國民間用其驅蟲防病,它散發的氣味有穩定情緒,松馳身心的鎮定作用,作為中藥具有解熱、利尿、凈血和補血等作用。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、莖部的葵酰基乙醛、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抗菌性能測試方法抗菌纖維抗菌率的測試所規定的菌種是金黃色葡萄球菌和肺炎桿菌,視不同用途,有時要增加抗二甲基苯青霉素金黃色釀膿葡萄球菌(MRSA)以及對綠膿桿菌和大腸桿菌也要有效,有些公司甚至擴大到霉菌。測試方法目前有三種:(1)中華人民共和國紡織行業標準FZ/T01021-92織物抗菌性能試驗方法。其原理是將試樣和對照(未經抗菌整理的織物)分別放于三角燒瓶中,用試驗菌接種。接種后,將對照織物上的細菌立即洗滌并測定細菌數量,將試樣恒溫(37±1)℃,20h左右培養后洗滌細菌并測定細菌數量,然后計算出試樣的細菌減少百分率。(2)美國國家標準AATCC147-1982織物抗菌能力平行條痕檢測法。其原理是試驗織物的試樣緊密接觸地放置于事先已用試驗細菌接種液劃痕的瓊脂平板上,經過37℃培育18h～24h后,試驗織物下面及邊緣周圍顯示的一片清楚的細菌中斷繁殖面即表明織物的抗菌能力。(3)日本衛生加工協會提出的振蕩培養法。其原理是在盛有無菌水的有塞三角瓶中,投入一定比例的試樣,在37℃振蕩1h,然后活菌計數,試樣的活菌菌落數與空白樣品的活菌菌落數進行比較,計算抗菌率。