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        基于電導(dǎo)率法的離子溶出型抗菌纖維的抗菌性測定

        2011-10-30 01:31:10
        化纖與紡織技術(shù) 2011年4期
        關(guān)鍵詞:浸泡液錦綸滌綸

        董 艷

        (浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312000)

        隨著人民生活水平的提高和人們健康、環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng),抗菌纖維的需求必構(gòu)成潛在巨大的市場,抗菌纖維的生產(chǎn)將成為一個(gè)新興的重要產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。隨著抗菌紡織品的蓬勃發(fā)展,抗菌纖維和抗菌紡織品倍受人們的青睞,現(xiàn)已有各種抗菌產(chǎn)品紛紛涌入市場。 為了規(guī)范這一市場,就需要一個(gè)合理而有效的檢測標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止,國際上對(duì)紡織品抗菌性能測試的方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),在實(shí)驗(yàn)菌種、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)方法等方面都有一定的差異,不同的檢測方法對(duì)檢測結(jié)果也有影響,尤其是纖維的抗菌性能檢測較繁瑣,且費(fèi)用較高,這在一定程度上制約了抗菌紡織品檢測的規(guī)范性。

        本文從金屬離子溶出機(jī)理[1]出發(fā),即利用含金屬離子的納米抗菌材料[2],如無機(jī)復(fù)合納米(銀系、鈦系等)抗菌粉體,能夠在一定的條件下溶出金屬離子,使抗菌材料具有抗菌性,利用這一特點(diǎn)來研究納米抗菌纖維浸泡液的電導(dǎo)率與所開發(fā)出抗菌纖維的抗菌性能的關(guān)系,來間接評(píng)價(jià)納米抗菌纖維的抗菌性。

        1 試 驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

        材料:普通滌綸(1.5 D×38 mm,)、納米銅狀無機(jī)抗菌滌綸(1.5 D×38 mm)、納米銅狀無機(jī)抗菌丙綸(1.5 D×38 mm),均為市售,自制稀土抗菌錦綸。PBS緩沖液,營養(yǎng)瓊脂(若干)。金黃色葡萄球菌(S.aureus)NCTC 26025( 由青島大學(xué)醫(yī)學(xué)院菌種室保藏)。

        儀器:電導(dǎo)率測試儀(上海理達(dá)儀器廠,DDS-11A型精密)、恒溫水浴鍋(江蘇國華儀器廠,HH-4型數(shù)顯,帶磁力攪拌)、恒溫振蕩器(上海躍進(jìn)毅力器械廠,THZ-82型); 電熱恒溫培養(yǎng)箱(南京市江寧電器儀器廠,J303-4型),滅菌鍋,移液管、三角燒瓶和平皿(若干)。

        1.2 納米纖維浸泡液抗菌性能的表征

        取定量纖維,放入定量20 ℃蒸餾水中,按實(shí)驗(yàn)要求浸泡一定時(shí)間,分別測定各實(shí)驗(yàn)中的浸泡液電導(dǎo)率,選擇4種纖維浸泡10 h以后的浸泡液,參考美國道康寧公司開發(fā)的振蕩燒瓶法[3]Shake Flask Method來測定抗菌效果。燒瓶振蕩法能夠使細(xì)菌與纖維浸泡液中溶出離子充分接觸,通過平皿菌落記數(shù)可以測得浸泡液的抑菌率,有效直觀的來評(píng)價(jià)抗菌效力。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 抗菌纖維離子溶出的影響因素分析

        2.1.1 試驗(yàn)時(shí)間與浸泡液電導(dǎo)率的關(guān)系

        分別作4種纖維在20 ℃、37 ℃和60 ℃條件下,浸泡時(shí)間與浸泡液電導(dǎo)率的折線圖,見圖1、圖2和圖3。

        圖1 20 ℃時(shí)纖維浸泡液電導(dǎo)率隨時(shí)間變化圖

        圖2 37 ℃時(shí)纖維浸泡液電導(dǎo)率隨時(shí)間變化圖

        圖3 60 ℃時(shí)纖維浸泡液電導(dǎo)率隨時(shí)間變化圖

        從圖1~3中可以看出:普通滌綸的電導(dǎo)率曲線受溫度的影響最小; 抗菌滌綸和抗菌丙綸的電導(dǎo)率曲線的特征受溫度的影響不大,但在其它條件相同時(shí)浸泡,其電導(dǎo)率隨溫度的提高而提高,每增加20 ℃其電導(dǎo)率約增加一倍;抗菌錦綸的電導(dǎo)率曲線受溫度的影響最大,隨溫度的提高電導(dǎo)率在達(dá)到拐點(diǎn)后的斜率明顯減小,即平衡時(shí)間縮短。

        分析以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,抗菌纖維浸出液的電導(dǎo)率隨時(shí)間的延長總體呈上升趨勢,但由于各化纖均經(jīng)過后整理加工,表面抗靜電劑等化學(xué)物質(zhì)很快溶出,且初始階段以纖維表面為界,內(nèi)外離子的濃度差較大,因此在初始階段浸泡液的電導(dǎo)率表現(xiàn)出較快的上升趨勢,其中,由于抗菌錦綸與其他三種纖維不同,它是稀土納米抗菌材料,其浸泡液表現(xiàn)出的電導(dǎo)率也明顯高于銀系抗菌材料;之后由于纖維表面化學(xué)物質(zhì)的溶出逐漸減少,且內(nèi)外濃度差也逐漸減小,浸泡液的電導(dǎo)率便逐漸趨于平衡。溫度越高,平衡時(shí)間越短。

        2.1.2 試驗(yàn)溫度與浸泡液電導(dǎo)率的關(guān)系

        圖4 不同溫度下蒸餾水電導(dǎo)率變化圖

        分別測試4種纖維在5 min(初始階段)、300 min(數(shù)值趨于穩(wěn)定階段)和600 min(試驗(yàn)結(jié)束時(shí))三個(gè)時(shí)間下,浸泡溫度與浸泡液電導(dǎo)率的散點(diǎn)圖,見圖5、圖6和圖7。

        圖5 5 min后纖維浸泡液電導(dǎo)率隨溫度變化圖

        圖6 300 min后纖維浸泡液電導(dǎo)率隨溫度變化圖

        圖7 600 min后纖維浸泡液電導(dǎo)率隨溫度變化圖

        由布朗運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知,在其它條件一定的情況下,溶液中離子的擴(kuò)散系數(shù)與溫度正相關(guān),由于蒸餾水中離子含量穩(wěn)定且數(shù)量相對(duì)較少,因此,圖4電導(dǎo)率起始線形上升,很快達(dá)到平衡。而對(duì)于離子含量較為復(fù)雜的各種纖維浸泡液,隨溫度升高,離子運(yùn)動(dòng)加劇,浸泡時(shí)間內(nèi)電導(dǎo)率隨溫度上升幾乎成線形上升趨勢變化; 同時(shí)可以看出,納米抗菌錦綸離子溶出的速度和數(shù)量明顯高于納米銀抗菌滌綸和普通滌綸,而納米銀抗菌滌綸又高于普通滌綸。

        2.1.3 浸泡次數(shù)與浸泡液電導(dǎo)率的關(guān)系

        在20 ℃下,4種抗菌纖維分別浸泡不同次數(shù)后,各纖維浸泡液的電導(dǎo)率變化如圖8、圖9、圖10和圖11所示。

        圖8 20 ℃下普通滌綸浸泡3次

        圖9 20 ℃下抗菌滌綸浸泡3次

        圖10 20 ℃下抗菌丙綸浸泡3次

        圖11 20 ℃下抗菌錦綸浸泡3次

        浸泡次數(shù)對(duì)抗菌離子的影響歸根結(jié)底還是浸泡時(shí)間的影響,抗菌離子的溶出數(shù)量隨著浸泡次數(shù)的增加而降低,但對(duì)于普通滌綸、抗菌滌綸和抗菌丙綸,第二次浸泡時(shí),離子溶出明顯降低,而對(duì)于抗菌錦綸,再次浸泡,仍有大量離子溶出,但各種纖維在反復(fù)浸泡3次后(每次浸泡10 h),浸出液的電導(dǎo)率值都已基本趨于穩(wěn)定,離子溶出達(dá)到平衡,那么抗菌錦綸的抗菌耐久性能要好于抗菌滌綸。通過本試驗(yàn),可以認(rèn)為抗菌纖維的抗菌效果與離子溶出相關(guān),各種纖維耐浸泡次數(shù)在一定程度上反映了纖維的耐反復(fù)洗滌性能即抗菌耐久性能。

        2.2 纖維抗菌耐久性與浸泡液電導(dǎo)率的關(guān)系

        為了驗(yàn)證以上設(shè)想的結(jié)論,選擇4種纖維浸泡10 h以后的浸泡液作為抗菌試驗(yàn)的檢測材料,將其抗菌效果結(jié)合浸泡液電導(dǎo)率作分析。將抗菌試驗(yàn)結(jié)果整理計(jì)算可以得出表1。

        表1 抗菌試驗(yàn)結(jié)果

        以上試驗(yàn)結(jié)果抗菌樣與對(duì)比樣抑菌率差值大于26%,試驗(yàn)結(jié)果有效。經(jīng)過3次反復(fù)浸泡以后,3種抗菌纖維的抗菌性能分別降低了66.6%、0%、22.8%,由此可以看出,抗菌丙綸試樣的耐浸泡性能即抗菌耐久性最好,抗菌錦綸次之,抗菌滌綸最差。同時(shí),對(duì)于抗菌機(jī)理相同的抗菌滌綸和抗菌丙綸纖維,其電導(dǎo)率大小一直相當(dāng),而試驗(yàn)結(jié)果也表明,二者基本接近,這與試驗(yàn)結(jié)果中設(shè)想是基本一致的。由此得出,對(duì)于同系抗菌材料,其浸出液的電導(dǎo)率與纖維的抑菌性能密切相關(guān)。

        3 結(jié) 論

        (1)抗菌纖維浸泡液的電導(dǎo)率隨時(shí)間的延長總體呈上升趨勢,但由于各纖維都經(jīng)過后整理加工,表面的一些化學(xué)物質(zhì)很快溶出。且在初始階段以纖維表面為界,內(nèi)外離子的濃度差較大,因此在初始階段浸泡液的電導(dǎo)率表現(xiàn)出較快的上升趨勢;之后由于纖維表面化學(xué)物質(zhì)的溶出逐漸減少,且內(nèi)外濃度差也逐漸減小,浸泡液的電導(dǎo)率便逐漸趨于平衡。從上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),溫度越高,到達(dá)平衡的時(shí)間越短。

        (2)在其它條件一定的情況下,溶液中離子的擴(kuò)散系數(shù)與溫度正相關(guān),隨溫度升高,離子運(yùn)動(dòng)加劇,一定浸泡時(shí)間內(nèi)電導(dǎo)率隨溫度上升幾乎成線形上升趨勢變化。

        (3)浸泡次數(shù)對(duì)抗菌粒子的影響歸根結(jié)底還是浸泡時(shí)間的影響,各種纖維耐浸泡次數(shù)在一定程度上反映了纖維的耐反復(fù)洗滌性能即抗菌耐久性能,我們可以得出結(jié)論對(duì)于同系抗菌材料,其浸出液的電導(dǎo)率與纖維的抑菌性能密切相關(guān)。但有關(guān)纖維的抑菌率和浸泡液電導(dǎo)率之間的相互關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

        [1] 楊修春,杜天倫.離子交換法在鈉鈣硅酸鹽玻璃中原位合成銀納米顆粒研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2005(11):45-48..

        [2] 林大偉.納米技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展 [J] .海峽科技,2001(11):63-65.

        [3] 金永安,姜生.紡織品抗菌性能檢測方法及評(píng)估[J] .北京紡織,2005 (1):65-68.

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