王英灃，畢松梅，閆 琳，孫妍妍，張建國(guó)

(1.安徽工程大學(xué) 紡織面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 蕪湖 241000; 2.浙江三鼎織造有限公司，浙江 義烏 322000)

棉織物在貯存、運(yùn)輸和使用過程中,易成為微生物附著的載體和傳播的介質(zhì).隨著生活水平的提高，人們對(duì)織物的衛(wèi)生服用性能要求越來越高，具有抗菌性能的紡織品市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大[1].天然纖維的抗菌主要采用后整理方式,理想的抗菌整理應(yīng)無毒、不影響紡織品的性能或外觀并與常規(guī)的加工工藝相容.

殼聚糖[2]屬于天然抗菌劑，具有殺菌、抑菌、消炎和促進(jìn)傷口愈合的功能，還可降低膽固醇、增強(qiáng)免疫力、排除體內(nèi)毒素，而且具有很好的生物相容性，親和性，無毒，易生物降解，不與體液起反應(yīng)，無抗原反應(yīng)，符合環(huán)保要求.銀離子也具有優(yōu)異的抗菌殺菌性能，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銀離子的濃度為10-6級(jí)時(shí)便具有一定的抑菌效果[3].在安全性方面，銀為人體內(nèi)的組織成分之一，用濃度很低的銀離子處理后的細(xì)胞沒有明顯的細(xì)胞聚集、細(xì)胞變形、細(xì)胞溶解和pH值等的變化，可見少量的銀離子對(duì)人體沒有明顯的傷害作用，所以將銀系抗菌劑用于紡織品的抗菌功能改性具有足夠的安全性.

由于銀系列抗菌劑是溶出型抗菌，殼聚糖是非溶出型抗菌，推測(cè)這種復(fù)合抗菌整理劑將兼具兩者優(yōu)點(diǎn).而且，由于殼聚糖對(duì)金屬離子有著穩(wěn)定配位作用，也有望抑制銀系列抗菌劑的變色，達(dá)到兩種抗菌劑性能優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ).這兩種抗菌劑都比較安全環(huán)保，復(fù)合后的載銀殼聚糖抗菌劑正適應(yīng)了抗菌劑環(huán)保、安全的開發(fā)趨勢(shì)[4].

采用正交實(shí)驗(yàn)法，對(duì)載銀殼聚糖抗菌劑的制備工藝進(jìn)行了探討，確定了最優(yōu)的抗菌數(shù)據(jù)，尋找出了載銀殼聚糖抗菌劑在棉織物上的最優(yōu)抗菌效果.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

殼聚糖(CS)，食品級(jí)，脫乙酰度(DAC)86%～90%，濟(jì)南海德貝海洋生物工程有限公司；硝酸銀(AgNO3)，分析純(AR)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉(NaOH，片狀)，分析純(AR)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硝酸(HNO3)，分析純AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；牛肉浸膏，生化試劑；蛋白，生化試劑；氯化鈉(NaCl)；蒸餾水；瓊脂條；大腸桿菌菌種.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

PHB-5型便攜式酸度計(jì)，杭州雷磁分析儀器廠；JD5002型電子天平，上海華得衡器有限公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司；EL-400型浸軋車，上海朗高紡織設(shè)備有限公司；LMH-013型烘焙機(jī)，江都寶源印染機(jī)械有限公司；DHG-9053型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海三發(fā)科學(xué)儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱；高壓蒸汽滅菌鍋；電子天平；電爐.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 載銀殼聚糖抗菌劑的制備

在載銀殼聚糖抗菌劑的制備過程中，硝酸銀和殼聚糖的分量起到了一定的作用.此外，在實(shí)驗(yàn)過程中水浴加熱時(shí)，水浴溫度和水浴加熱時(shí)間應(yīng)加以控制，故此處采用的正交實(shí)驗(yàn)指標(biāo)有以下幾個(gè)：殼聚糖用量、硝酸銀用量、溶液反應(yīng)的pH值、水浴溫度和水浴加熱時(shí)間，此實(shí)驗(yàn)中五因素均采用非交互作用進(jìn)行分析，正交水平因素表設(shè)計(jì)見表1.

表1 實(shí)驗(yàn)因素水平表Tab.1 The level of experimental factors

稱取一定量的硝酸銀和殼聚糖粉末，用適量的去離子水振蕩溶解，使用容量瓶定容至100 mL，并用1 mol/L的稀硝酸溶液調(diào)節(jié)其pH值，用鋁箔紙避光密封，在水浴鍋中避光加熱制得載銀殼聚糖抗菌整理劑.方案嚴(yán)格按照上述正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行.

1.3.2 棉織物的抗菌后整理

(1)浸漬(浴比1∶30，50 ℃, 20 min).用分析天平稱取質(zhì)量為2 g的棉織物2塊，將織物浸在2只盛有60 mL復(fù)合整理液的燒杯中，水浴升溫至50 ℃且保持 20 min.

(2)二浸二軋(軋余率80%～90% ).取出織物，將織物置于EL-400立式氣動(dòng)小軋車上，調(diào)節(jié)扎余率80%～90%，浸扎后，將織物再次放入原整理液中，待織物完全濕潤(rùn)后，再次浸扎.

(3)將經(jīng)過兩次浸扎的織物取出，置于LMH-013型焙烘機(jī)中，調(diào)節(jié)溫度為90 ℃，預(yù)烘1 min，然后將織物取出，調(diào)節(jié)溫度為160 ℃，焙烘2 min.

1.3.3 抗菌棉織物的性能測(cè)試

測(cè)試方法采用AATCC90實(shí)驗(yàn)法[5].將1.8 g牛肉浸膏、6.0 g蛋白胨和9.6 g瓊脂條配好加熱溶解，制成營(yíng)養(yǎng)基，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7.0～7.2.將制作完成的營(yíng)養(yǎng)基連同培養(yǎng)皿、涂布棒等器具放入高壓蒸汽鍋中高溫滅菌0.5 h.將營(yíng)養(yǎng)基趁熱注入培養(yǎng)皿中，再將稀釋過的大腸桿菌菌液用涂布棒均勻地涂抹在培養(yǎng)皿中的營(yíng)養(yǎng)基上，貼入抗菌整理劑處理過的布片，放入恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h.

培養(yǎng)完成后，由于抗菌產(chǎn)品中具有抗菌劑，試樣周圍有抑菌環(huán)產(chǎn)生，測(cè)試試樣寬度和試樣與抑菌環(huán)總寬度，所測(cè)值為3個(gè)試樣的平均值，按照下列公式計(jì)算出抑菌環(huán)的寬度：

W=(X-Y)/2，

(1)

式中，W為抑菌環(huán)寬度，cm；X為試片和抑菌環(huán)的總寬度，cm；Y為試片的寬度，cm.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

選擇L16(45)[6]正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得的實(shí)驗(yàn)織物分別取兩個(gè)樣品進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，得出其中的抑菌環(huán)大小，采用其平均值作為在該條件下織物所得抑菌環(huán)的大小.實(shí)驗(yàn)所得16次正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見表2.

表2 L16(45)實(shí)驗(yàn)方案及其結(jié)果極差分析表Tab.2 Conclusion and range analysis of L16(45)

由表2可知：

(1)實(shí)驗(yàn)中最優(yōu)工藝由各因素的綜合統(tǒng)計(jì)值得出.本實(shí)驗(yàn)中，抑菌環(huán)越大，證明其抗菌效果越好，故各因素的綜合平均值越大，則證明該條件下的整理劑抗菌效果越好.通過比較各組實(shí)驗(yàn)抑菌環(huán)的大小，得出最優(yōu)抗菌工藝條件如下：硝酸銀1.1 g，殼聚糖0.7 g，溶液pH值為2，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1.25 h.正交實(shí)驗(yàn)表中，最優(yōu)抗菌效果的一組為第16組，其抑菌環(huán)大小為0.84.隨后,采用最優(yōu)工藝進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)，得出的抑菌環(huán)大小為1.07，其數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正交表中的最大值，由此可以判定，該次正交實(shí)驗(yàn)所得的最優(yōu)工藝效果真實(shí)有效.

(2)由表2中的極差分析可知，載銀殼聚糖抗菌劑的各個(gè)因素對(duì)其抗菌效果影響的主次順序?yàn)橄跛徙y用量>pH值>溫度>時(shí)間>殼聚糖用量.由極差分析可以看出，硝酸銀的用量和pH值起到了主要的作用.由于殼聚糖和銀離子在酸性條件下進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)產(chǎn)生了更多的類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的籠形分子，從而使織物具有良好的抗菌性能.殼聚糖分子中含有氨基側(cè)基，且-NH2鄰位是-OH，可借氫鍵形成具有類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的籠形分子，從而對(duì)金屬離子有著穩(wěn)定配位作用.當(dāng)溶液在酸性條件下進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，由于溶液中存在大量的氫離子，有助于殼聚糖分子與銀離子形成籠形的絡(luò)合分子，從而增強(qiáng)了抗菌劑的抗菌性能.

(3)在正交實(shí)驗(yàn)中，硝酸銀用量過少時(shí)，相對(duì)于最佳工藝而言，其抗菌效果仍然比較顯著.從表2中可以看出，當(dāng)硝酸銀用量為0.1 g時(shí)，其平均抑菌環(huán)指數(shù)為0.59.雖然其抗菌效果只達(dá)到了最佳抗菌效果的一半，但是其硝酸銀用量?jī)H為最佳硝酸銀用量的9.1%.從經(jīng)濟(jì)效益上來看，雖然硝酸銀用量的減少會(huì)造成抗菌效果的減退，但是會(huì)極大地降低成本.

3 結(jié)論

(1)由實(shí)驗(yàn)得出的最優(yōu)工藝條件如下：硝酸銀1.1 g，殼聚糖0.7 g，溶液pH值為2，反應(yīng)溫度為50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為1.25 h，此時(shí)處理的棉織物具有最優(yōu)的抗菌效果.

(2)實(shí)驗(yàn)得出的主要因素為硝酸銀的用量和pH值，這兩個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響遠(yuǎn)大于其他因素.

(3)硝酸銀的用量為最佳值的1/11時(shí)，其抗菌效果仍然能夠達(dá)到最佳抗菌效果的55%左右.從節(jié)約材料的角度考慮，低硝酸銀用量仍可以達(dá)到比較理想的抗菌效果.

參考文獻(xiàn)：

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