陶旭晨，劉新華

棉用銀系抗菌劑的制備及應(yīng)用性能研究

陶旭晨，劉新華

（安徽工程大學(xué)安徽省紡織面料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽蕪湖 241000）

利用硝酸銀、高分子多糖、聚醚胺、交聯(lián)劑制備棉用銀系抗菌劑，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)確定了銀系抗菌劑最佳配方.通過(guò)焙烘，將制得的銀系抗菌劑交聯(lián)固著在棉織物上，討論了棉織物常規(guī)指標(biāo)的變化以及抗菌性能.結(jié)果表明，整理后棉織物白度略微下降，毛細(xì)管效應(yīng)大幅增加，拉伸強(qiáng)力基本不變，抗菌性較好.

棉織物；抗菌；銀離子；多糖；聚醚胺

隨著對(duì)微生物研究水平的不斷提高，人們?cè)诶梦⑸镉幸嫘缘耐瑫r(shí)，也注意其作為病原菌的危害性.在紡織材料領(lǐng)域，抗菌纖維等紡織材料的研究開發(fā)業(yè)日趨活躍，研究發(fā)現(xiàn)，銀離子因其優(yōu)異的抗菌殺菌性能和較強(qiáng)的安全性而備受關(guān)注［1-3］.當(dāng)銀離子的濃度達(dá)到ppm級(jí)別時(shí)，便會(huì)具有一定的抗菌效果［4-6］.

本文用硝酸銀、高分子多糖、聚醚胺及交聯(lián)劑制備棉用銀系抗菌劑，探討最佳制備配方，并將此抗菌劑通過(guò)染整加工方式整理固著在棉織物上，獲得較好的抗菌效果.

1　實(shí)驗(yàn)

1.1原料和試劑

純棉斜紋織物，密度500×300，克重135 g/每平方米，經(jīng)緯紗支40×40，經(jīng)緯密128×68；硝酸銀，分析純AR（上海精細(xì)化工材料研究所）；海藻酸鈉（SA），化學(xué)純CP（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；羧甲基纖維素鈉（CMC-Na），化學(xué)純CP（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；聚醚胺D230，分析純AR（恒益隆貿(mào)易（上海）有限公司）；聚醚胺D400，分析純AR（恒益隆貿(mào)易（上海）有限公司）；水性封閉型異氰酸酯固化劑W-8035（摩爾化工新材料有限公司）；水性封閉型異氰酸酯固化劑W-8130（摩爾化工新材料有限公司）；氮丙啶交聯(lián)劑XR-100（上海西潤(rùn)化工科技有限公司）；多功能聚碳化二亞胺XR-201（上海西潤(rùn)化工科技有限公司）；環(huán)氧硅烷交聯(lián)劑XR-500（上海西潤(rùn)化工科技有限公司）；交聯(lián)劑NF-174J（上海西潤(rùn)化工科技有限公司）.

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

循環(huán)水式多用真空泵SHZ-D（Ⅲ）（上海予華儀器有限公司）；多頭磁力攪拌器HJ-4A（金壇市科析儀器有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)Leeman公司）；雙臂萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)H10 K-S（美國(guó)Tiniius Olsen公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱PH57-9053A（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀YG（B）871（溫州大榮紡織儀器有限公司）.

1.3銀系抗菌整理液的制備

在高分子多糖溶液中按比例滴加聚醚胺，磁力攪拌30 min后，逐滴加入硝酸銀溶液，攪拌2 h以上，使銀離子充分反應(yīng)，待溶液不再有性狀改變時(shí)，觀察溶液穩(wěn)定性，靜置后，持續(xù)觀察溶液穩(wěn)定情況.

通過(guò)改變銀離子濃度、高分子多糖類型、聚醚胺類型、高分子多糖與聚醚胺比例等條件，篩選出相對(duì)穩(wěn)定組分，再根據(jù)棉織物及整理液的特點(diǎn)，確定合適的交聯(lián)劑品種與之復(fù)配，觀察最終整理液的穩(wěn)定性，并得出銀系抗菌整理液的最佳制備方案.

1.4后整理工藝實(shí)驗(yàn)

工藝處方：500 ppm銀系抗菌劑，20-100g/L，浴比，20∶1.

工藝流程：配制整理液→浸漬棉織物（室溫，30min）→二浸二軋（室溫，軋液率80%～90%）→烘干（60℃，5 min）→焙烘（100～140℃，5 min）→水洗（室溫，3次）→烘干（60℃，5 min）.

1.5分析及性能測(cè)試

（1）白度測(cè)試.參照GB/T8425-1987《紡織品白度的儀器評(píng)定方法》，使用白度儀對(duì)整理后織物的白度進(jìn)行測(cè)定.

（2）拉伸強(qiáng)力測(cè)試.參照GB/T3923.1-2009《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定條樣法》，對(duì)織物經(jīng)、緯向分別進(jìn)行拉伸測(cè)定.

（3）毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)試.參照FZ/T01071-2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定.

（4）銀離子含量測(cè)試.先稱取0.1g織物，剪碎后溶于10ml濃硝酸中溶解，待織物全部溶解后，轉(zhuǎn)移到50 m L容量瓶中，通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射儀進(jìn)行測(cè)量.

（5）抗菌測(cè)試.參照AATCC90-2011《Antibacterial Activity Assessment of Textile Materials：Agar Plate Method》進(jìn)行測(cè)定.

2　結(jié)果與討論

2.1高分子多糖和聚醚胺種類的確定

銀系抗菌劑由硝酸銀、高分子多糖和聚醚胺組成，其中高分子多糖在羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）和海藻酸鈉（SA）中比較選取，結(jié)果如表1所示；聚醚胺按分子量不同在D230和D400中比較選擇，結(jié)果如表2所示.由表1可知，當(dāng)銀離子濃度提高到1 000 ppm以上時(shí)，銀系抗菌劑開始出現(xiàn)顏色，穩(wěn)定性下降.相同條件下，羧甲基纖維素鈉組分穩(wěn)定性略好于海藻酸鈉組分，因此高分子多糖選用羧甲基纖維素鈉.由表2可知，相同條件下D230組分穩(wěn)定度略好于D400組分，因此選用聚醚胺D230.

表1　高分子多糖對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

表2　聚醚胺對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

2.2羧甲基纖維素鈉與聚醚胺比例的確定

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)羧甲基纖維素鈉與聚醚胺D230比例的變化也會(huì)影響銀系抗菌劑穩(wěn)定性，結(jié)果如表3所示.由表3可知，當(dāng)銀離子濃度不變時(shí)，抗菌劑組分中羧甲基纖維素鈉占比越小，聚醚胺D230占比越大，穩(wěn)定程度越好，當(dāng)銀離子濃度達(dá)到10 000 ppm時(shí)最為明顯.但聚醚胺端部含有氨基，氨基易氧化導(dǎo)致棉織物泛黃，且在棉用銀系抗菌劑中，較低的銀離子濃度就可達(dá)到較好抗菌效果.因此，羧甲基纖維素鈉與聚醚胺D230最佳摩爾比為1∶1.

表3　羧甲基纖維素鈉與聚醚胺摩爾比對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

2.3 銀離子濃度對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

銀離子濃度是銀系抗菌劑抗菌性能最直接的體現(xiàn)，它對(duì)體系穩(wěn)定程度的影響如表4所示.由表4可知，在一定條件下，銀離子濃度越大，穩(wěn)定程度越差，所以銀離子濃度選定為500 ppm.

表4　銀離子濃度對(duì)體系穩(wěn)定性的影響

2.4交聯(lián)劑對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

銀系抗菌劑與棉織物的焙烘固著需要交聯(lián)劑，因此交聯(lián)劑既要能將銀系抗菌劑交聯(lián)在棉織物上，又要保證其穩(wěn)定性，不同種類交聯(lián)劑對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性影響如表5所示.由表5可知，能夠使得銀系抗菌劑處于穩(wěn)定狀態(tài)的交聯(lián)劑有兩種，即多功能聚碳化二亞胺XR-201和交聯(lián)劑NF-174J，但由于NF-174J屬于高溫型，XR-201在低溫就有交聯(lián)作用，而聚醚胺D230沸點(diǎn)較低，故交聯(lián)劑選用低溫型的多功能聚碳化二亞胺XR-201.

表5　交聯(lián)劑對(duì)銀系抗菌劑穩(wěn)定性的影響

綜上所述，最佳棉用銀系抗菌整理劑配方如下：銀離子500 ppm，羧甲基纖維素鈉0.5%，聚醚胺1.0%，多功能聚碳化二亞胺XR-201 5.0%.

2.5后整理工藝研究

后整理工藝按1.4節(jié)進(jìn)行，通過(guò)對(duì)比研究焙烘溫度和整理液濃度對(duì)棉織物常規(guī)性能的影響如表6所示.由表6可知，隨著烘焙溫度升高和整理液濃度增加，棉織物常規(guī)性能有一定的影響.具體包括：白度普遍下降，其下降幅度在0.6%～2.2%之間；毛細(xì)管效應(yīng)有大幅增加，表明整理后的織物親水性能有很大提升；拉伸強(qiáng)力的變化不大.上述指標(biāo)變化均不因焙烘溫度和整理液濃度呈規(guī)律性改變.

通過(guò)測(cè)試整理后棉織物上銀離子質(zhì)量濃度和抑菌圈如表7所示.研究銀離子質(zhì)量濃度與抗菌性的聯(lián)系，結(jié)果表明隨著整理液中銀離子質(zhì)量濃度的提高，織物上銀離子質(zhì)量濃度也提高，抑菌圈增大，織物的抗菌性能越強(qiáng).當(dāng)整理液質(zhì)量濃度為20 g/L，棉織物上銀離子質(zhì)量濃度6.00 mg/kg時(shí)，織物抑菌圈已大于30 mm，抗菌性較好，結(jié)合成本，確定最佳整理液質(zhì)量濃度為20 g/L.

表6　整理工藝對(duì)棉織物常規(guī)性能的影響

表7　銀離子濃度及抑菌圈測(cè)試

3　結(jié)論

銀系抗菌整理劑配方：銀離子（500 ppm），羧甲基纖維素鈉（0.5%），聚醚胺（1.0%），多功能聚碳化二亞胺XR-201（5.0%）.最佳后整理工藝：配制整理液（20 g/L）→浸漬棉織物（室溫，30 min）→二浸二軋（室溫，軋液率80%～90%）→烘干（60℃，5 min）→焙烘（100℃，5 min）.整理后棉織物白度略微下降，毛細(xì)管效應(yīng)大幅增加，拉伸強(qiáng)力基本不變，抗菌性較好.

［1］ 李會(huì)改，萬(wàn)明，王梅珍，等.銀系抗菌纖維的研究現(xiàn)狀［J］.合成纖維，2014，43（7）：29-31.

［2］ 劉梅城，洪杰，周桂平，等.銀系纖維及其抗菌性能的研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2014（7）：61-64.

［3］ 孫倩，李明春，馬守棟，等.納米銀抗菌活性及生物安全性研究進(jìn)展［J］.藥學(xué)研究，2013（2）：103-105.

［4］ 朱志斌，門瓏，王天石，等.不同載體銀系抗菌劑的制備及其抗菌性能研究［J］.現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2013（2）：14-18.

［5］ 陸艷.兩種抗菌纖維含量對(duì)織物性能的影響［J］.棉紡織技術(shù)，2014，42（5）：29-32.

［6］ 徐永建，左磊剛.抗菌纖維素/纖維素纖維的研究進(jìn)展［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，32（1）：10-14.

Preparation and application of the silver-based antibacterial agent on cotton

TAO Xu-chen，LIU Xin-hua
（Anhui Province Key Laboratory of Textile Fabric，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

In this paper，the silver-based antibacterial agent on cotton were prepared from Ag NO3，polysaccharide，polyethenoxyamine，crosslinking agent.By comparison，the optimum formulation were determined.The cotton containing Ag+had been prepared by baking with the silver-based antibacterial agent on cotton.Many conventional index and antibacterial property had also been discussed.The results revealed that whiteness was decreased.On the contrary，capillary effect and antibacterial property were improved.The tensile strength was not changed.

cotton；antibacterial；silver；polysaccharide；polyethenoxyamine

TS103.74

A

1672-2477（2015）02-0080-04

2014-08-10

安徽省教育廳省級(jí)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（KJ2013B028）

陶旭晨（1982-），男，安徽蕪湖人，副教授，碩士.