巫丹平

晉江中紡標(biāo)檢測有限公司 福建 362200

1 引言

纖維素是自然界賜予人類最豐富的天然高分子物質(zhì)，不僅來源廣泛，而且可再生。由纖維素紡絲制備纖維的工藝主要有：粘膠法、溶劑法（包括氫氧化銅或堿性銅鹽的濃銅氨溶液、離子液體、N-甲基嗎啉-N-氧化物溶劑）、氨基甲酸酯法等。纖維素纖維柔軟、吸濕、透氣，經(jīng)紡紗、織造、燒毛、退漿、精煉、漂白等工藝處理后，可得到品質(zhì)較高的棉織物，被廣泛用于各類服裝及裝飾用品。如銅氨纖維，常與羊毛、合成纖維混紡或純紡，用于制作針織內(nèi)衣、女用襪子以及絲織緞綢女裝等。

然而，纖維素纖維易生霉，繁殖的霉菌使紡織品產(chǎn)生霉斑及色變，影響紡織品的使用性能，嚴(yán)重限制了纖維素纖維的進(jìn)一步應(yīng)用。此外，隨著生活質(zhì)量的不斷提高以及環(huán)境衛(wèi)生健康意識的日益增強(qiáng)，人們對纖維和織物抗菌性的要求也越來越高。因此，大力研制抗菌纖維素纖維/織物已迫在眉睫。

2 纖維素纖維用抗菌劑及抗菌機(jī)理

一般地，纖維素纖維用抗菌劑應(yīng)考慮以下條件：①具有安全且高效的抗菌活性；②具有廣譜性；③抗菌劑與基體的相容性以及對基體物理性能的影響；④抗菌材料的加工工藝；⑤性價(jià)比權(quán)衡。纖維素纖維用抗菌劑主要有以下幾種：

2.1 無機(jī)抗菌劑

主要分為金屬離子型（如Cu、Ag、Zn）和氧化物光催化型（如ZnO、TiO2）抗菌劑。無機(jī)抗菌劑通常利用物理吸附和離子交換等方法，將具有抗菌功能成分固定在如沸石、活性炭、硅膠和磷酸鹽等載體材料上而制得一類抗菌劑。金屬離子型抗菌的抗菌機(jī)理為：帶正電荷的金屬離子吸引帶負(fù)電荷的細(xì)菌，破壞微生物合成酶的活性，干擾微生物DNA 的合成，從而使細(xì)菌喪失繁殖能力而死亡。[1]光催化型抗菌劑的抗菌機(jī)理為：在光照的作用下，抗菌劑與其表面吸附物的細(xì)菌之間發(fā)生氧化、還原和光化學(xué)反應(yīng)等，分解微生物組成成分，達(dá)到抗菌目的。[2]無機(jī)抗菌劑以優(yōu)異的耐熱性能、抗菌廣譜性且不易產(chǎn)生耐藥性等特性在纖維素纖維及織物中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 有機(jī)抗菌劑

主要分為天然有機(jī)抗菌劑和合成有機(jī)抗菌劑。天然有機(jī)抗菌劑包括日柏醇、山梨酸、殼聚糖及其衍生物等。其抗菌機(jī)理為：天然抗菌劑能夠使微生物蛋白質(zhì)變性，細(xì)胞壁受損，能量合成受阻，干擾細(xì)胞代謝。[3]天然有機(jī)抗菌劑生物相容性好和安全無毒，在食品、化妝品和醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

合成有機(jī)抗菌劑包括季銨鹽/季鏻鹽化合物、吡啶化合物、咪唑化合物和鹵胺類化合物等。其抗菌機(jī)理（以季銨鹽類抗菌劑為例）有兩種理論。一種理論為，季銨鹽化合物實(shí)現(xiàn)抗菌主要通過六個(gè)步驟：①季銨鹽陽離子基團(tuán)吸附到細(xì)菌壁表面；②通過細(xì)胞壁擴(kuò)散至細(xì)胞；③吸附到細(xì)胞質(zhì)表面；④破壞細(xì)胞質(zhì)膜；⑤泄漏細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物；⑥殺死細(xì)菌。另一種理論為，季銨鹽化合物破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌發(fā)生團(tuán)聚、分裂，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。[4]

2.3 復(fù)合型抗菌劑

復(fù)合型抗菌劑，指通過物理或化學(xué)的方法將兩種或兩種以上不同抗菌化合物組合在一起，發(fā)揮各組分的協(xié)同作用，達(dá)到增強(qiáng)抗菌性、拓寬抗菌譜、提高穩(wěn)定性和降低使用量等目的，如有機(jī)硅季銨鹽-殼聚糖季銨鹽化合物[5]、HZ-1化合物[6]、電氣石粉-氧化鈦-銀系化合物[7]和鹵胺-季銨鹽化合物[8]等。復(fù)合型抗菌劑依據(jù)其各個(gè)組成成分的不同，其抗菌機(jī)理也不相同。

3 抗菌纖維素纖維的制備方法

抗菌纖維素纖維制備的方法主要包括物理共混方法和化學(xué)改性方法。

3.1 物理共混方法

物理共混方法，指將抗菌劑和聚合物進(jìn)行溶解共混，利用紡絲設(shè)備，通過干法、濕法和干濕法等工藝生產(chǎn)抗菌纖維。物理共混方法工藝簡單，但需要克服納米抗菌劑團(tuán)聚及抗菌耐水洗性等問題。孔凡龍等分別將納米銀、納米氧化鋅和纖維素共混于[AMIM]Cl 離子液體，通過熔融紡絲制備抗菌纖維。通過測試發(fā)現(xiàn)，少量納米銀和納米氧化鋅添加劑即可達(dá)到良好的抗菌性，然而纖維的斷裂強(qiáng)力隨抗菌劑含量的增加而降低。[9]王樂軍等將殼聚糖和纖維素共混溶解紡制抗菌纖維，當(dāng)殼聚糖添加量在3%時(shí)，纖維抗菌效果最佳，且經(jīng)過多次（25 次）水洗后，纖維抗菌性能仍然良好。[10]

3.2 化學(xué)改性法

化學(xué)改性法，通過化學(xué)反應(yīng)方法將抗菌劑固定在纖維素骨架的支鏈上，從而使抗菌劑永久存在于纖維表面。邢曉東等將采用預(yù)輻射技術(shù)將季銨鹽化合物接枝在纖維素上，獲得了高接枝率的抗菌纖維，其最佳工藝條件為：單體濃度為0.4mol/L、接枝溫度80℃、接枝時(shí)間為6h。[11]盧殿楠等將季銨鹽抗菌單體接枝在纖維素纖維上，發(fā)現(xiàn)該抗菌纖維對大腸桿菌具有很強(qiáng)的吸附能力，對活菌吸附能力更強(qiáng)。[12]

4 結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，采用抗菌性更高效和抗菌譜更廣的抗菌劑（如有機(jī)—無機(jī)復(fù)合抗菌劑）以及綠色環(huán)保簡單抗菌的改性方法將是制備抗菌纖維素纖維的發(fā)展趨勢，同時(shí)更加合理科學(xué)的抗菌評價(jià)體系將逐步完善。