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盤點羊毛抗菌整理方法,你知道幾個?

文章出處:廣州聯莊科技有限公司 人氣:-發表時間:2018-01-09

紡織品作為人們日常生活中的必需品,其抗菌整理的重要性不言而喻。羊毛纖維織物具有手感滑糯、吸濕保暖性好等優點,但羊毛纖維的微孔結構及角蛋白成分為細菌滋生提供了水分及營養。人們在穿著舒適的同時對羊毛織物的衛生整理提出了更高要求。近年來,羊毛的抗菌整理日益成熟,抗菌羊毛的研制對于滿足日常需求、拓寬應用空間及推動紡織行業的進步均具有重大意義。羊毛纖維的抗菌整理主要采用后整理工藝,即通過負載各類抗菌劑賦予織物特種功能。


1 羊毛纖維抗菌整理機理

不同抗菌劑的作用單元和作用對象不盡相同。其機理可總結為兩類:一是利用抗菌劑中的陽離子基團通過靜電作用吸附到帶負電的細菌細胞壁,它們能夠破壞細胞壁結構、抑制蛋白合成、使細胞合成酶失活,還可通過改變細胞壁通透性,使細胞內溶物滲出達到抗菌效果;二是利用納米材料的小尺寸效應和光化學活性,在光催化條件下產生強氧化基團與微生物反應導致細菌死亡。

2 羊毛的抗菌整理方法

基于常用抗菌劑的抗菌機理,羊毛纖維的抗菌整理可分為無機金屬離子抗菌整理、有機抗菌整理、天然抗菌整理及納米材料抗菌整理。

2.1 無機金屬離子抗菌整理

在抗菌整理過程中,人們早已使用金屬鹽化合物處理織物并賦予織物特種功能。羊毛纖維結構特殊,含有多種氨基酸結構,氨基酸殘基上有能吸附各類金屬離子的氨基、羧基、羥基等極性基團。

研究表明,羊毛纖維吸附金屬離子受離子種類、濃度、溶液pH值、處理時間和溫度等因素影響,其中pH值影響最大。以銀離子和銅離子為例,在酸性條件下,Ag+和Cu2+主要與羧基結合,pH值小于羊毛等電點(4.2~4.8)時纖維表面帶正電荷,與Ag+和Cu2+產生靜電斥力吸附較弱;pH值在等電點以上時,羊毛纖維表面呈負電性,兩者的靜電引力促使吸附量增加。在堿性含氨條件下,銀離子和銅離子通過銀氨和銅氨絡合物的形式結合到羊毛的含氮側基,且吸附量較酸性環境有所提高。但是在強堿溶液中羊毛的角蛋白結構發生變化,胱氨酸殘基等氨基酸結構分解,影響了羊毛纖維的穩定性,直觀表現為纖維強力下降,手感粗糙。

盡管如此,金屬離子與羊毛的結合牢度和抗菌耐久性仍然存在缺陷,有學者通過交聯的方式將金屬離子負載到羊毛纖維以解決這一問題,常用的交聯劑有單寧酸、海藻酸鈉等。

2.2 有機抗菌整理

目前,以季銨鹽為代表的各類有機抗菌劑在市場中占據著主導地位。季銨鹽類、雙胍類及咪唑類等藥用抗菌劑逐漸應用到羊毛制品的抗菌整理中。

季銨鹽化合物按結構可分為單長鏈季銨鹽、雙長鏈季銨鹽和復合季銨鹽。決定季銨鹽抗菌性能的因素主要包括分子量和烷基鏈長度。據文獻報道,季銨鹽分子量增大,電荷密度增加,抗菌活性隨之增加;N+的4個支鏈中至少有一個的長度在C8~C18之間,季銨鹽才具有較好的抗菌活性。普通季銨鹽與纖維結合力差,作為溶出型抗菌劑,易洗脫并在人體富集,因而具有一定局限性。在大于羊毛等電點的條件下,陽離子基團可與帶負電的羊毛纖維產生靜電引力,烷基鏈也可與羊毛側基發生氫鍵作用。但由于其分子量較大,易溶于水、易洗脫,與纖維的結合并不牢固,耐久性不強。故有些學者通過對羊毛纖維進行改性,提高纖維對季銨鹽的吸附能力和結合牢度。

雙胍鹽原本作為醫用化學藥品,是許多消毒液的主要成分,后來被逐漸應用于食品、化妝品、紡織品等領域。ICI公司將雙胍結構開發為紡織品用抗菌劑,其主要成分為聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽(PHMB),與傳統季銨鹽不同,聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽(PHMB)的安全性已被人們廣泛接受,許多學者都對其生物無毒性進行過證實。聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽具有良好的化學活性,所帶正電荷與羊毛纖維中基團發生靜電吸附,并在羊毛表面成膜、內部沉積,借助交聯劑的輔助可形成PHMB-交聯劑-羊毛體系,抗菌耐久性能更為優秀,還可改善羊毛纖維的部分物理性能。

2.3 天然抗菌整理

從動植物中提取精煉的天然抗菌劑,具有良好的環境相容性和抗菌活性,主要包括殼聚糖、ε-聚賴氨酸和溶菌酶等。其中殼聚糖以安全無毒、來源簡單等優點成為目前最受關注的天然抗菌劑。

在酸性條件下氨基吸酸轉變為氨基正離子,殼聚糖變為帶正電的高分子多糖,既是抗菌效果的主要原因,也為其與羊毛纖維發生靜電吸附提供了可能。但與其他大多數陽離子抗菌劑類似,這樣的結合無法達到持久抗菌的效果。許多學者對殼聚糖進行改性或復合,以提高殼聚糖類抗菌劑的抗菌效果,其中包括季胺化、胍化、羧烷基化改性或與納米二氧化鈦、納米銀復合等。

ε-聚賴氨酸是人們模擬生物結構,通過化學合成或微生物發酵制備的抗菌劑。ε-聚賴氨酸在溶液中形成帶正電的陽離子高聚物, 借助谷氨酰胺轉氨酶(MTG)的催化交聯作用,可將ε-聚賴氨酸接枝到羊毛纖維。MTG中的酰胺基與ε-聚賴氨酸和羊毛纖維中的賴氨酸殘基、伯氨基發生反應,從而使兩者形成穩定的共價交聯。

溶菌酶來源較為廣泛,從動物體液和植物中均可分離提取。它在水溶液中處于游離狀態,難以和羊毛纖維結合,借助固定化酶工藝可以提高溶菌酶的穩定性和可控性,把游離的酶“固定”起來,是溶菌酶用于羊毛抗菌整理的必要環節。黃棟、邵小娟等人通過MTG催化交聯溶菌酶的方法,直接將溶菌酶固定在羊毛纖維上并賦予織物抗菌性能。

2.4 納米材料抗菌整理

納米材料以其獨特的表面效應、尺寸效應和光化學活性等特性被應用于諸多領域。研究者們將納米銀、納米二氧化鈦、納米二氧化硅等納米材料整理到羊毛纖維,以達到抗菌抗紫外效果。其中,納米金屬氧化物的抗菌機理與傳統陽離子抗菌劑不同,在光催化條件下,納米金屬氧化物發生電子躍遷并產生帶正電的空穴,電子和空穴與環境中氧氣產生強氧化基團與微生物反應,導致其死亡。而納米銀的抗菌機理則是金屬離子溶出機理和光催化機理的共同作用。


溶膠-凝膠法是制備相關納米材料最常用的方法。通過傳統軋烘焙工藝便可使納米抗菌劑負載到羊毛纖維。溶膠整理織物時往往在羊毛表面形成抗菌層,并且納米材料與羊毛通常以氫鍵和范德華力這類較弱的分子力結合,因此整理過程中常常伴隨著纖維改性以提高兩者的結合牢度。常用的改性方法包括紫外照射、等離子體處理和化學試劑改性等。

研究表明,溶膠整理后的羊毛織物存在手感變差、強力下降、原有織物風格受損等問題,并且納米溶膠制備過程中的有機溶劑和強酸介質易燃有毒,對實際生產不利。有些學者采用原位制備的方法,在羊毛纖維內部孔道生成納米抗菌劑,不僅工藝簡單,還避免了以表面涂層方式固著造成的織物物理性能受損問題,耐洗性能也有所提高。

3 結語

目前市場上的抗菌劑種類仍然有限,且由于生物毒性等問題,部分抗菌劑并未被人們廣泛接受。國內抗菌劑的研制起步較晚,目前還處于初級階段,許多關于新型抗菌劑的報道也僅僅處于實驗室階段,難以適應大規模生產。羊毛的抗菌整理應始終圍繞廣譜殺菌、生物低毒性、耐久性和保持原有風格等要求,朝環保、舒適、高效的方向發展。學者們在關注抗菌劑抗菌性能的同時,還應著重解決抗菌劑和纖維的結合問題。今后,新型抗菌劑勢必將以簡單的整理工藝、持久的抗菌性能、良好的生物相容性和提升織物服用性能等優點為人們的生活添姿加彩。



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