宋登鵬,周佳艷,朱坤坤,徐衛(wèi)林,劉 欣

(武漢紡織大學 省部共建紡織新材料與先進加工技術(shù)國家重點實驗室,湖北 武漢 430200)

0 引 言

紡織品因其疏松多孔的結(jié)構(gòu),極易吸收人體新陳代謝所分泌的汗液與油脂,為微生物的附著和繁殖提供有利場所,一些細菌、病毒在紡織品表面可存活數(shù)小時至數(shù)天。Wiener[1]對美國一家醫(yī)院的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),有超過60%的醫(yī)護人員工作服上攜帶耐藥病菌,證明了紡織品是病菌傳播擴散的重要方式。美國每年因醫(yī)院內(nèi)感染致4.4萬～9.8萬人死亡,直接經(jīng)濟損失達960億～1 470 億美元[2-3]。2019新型冠狀病毒肆虐以來,截止到2020年3月9日,在全球已造成超過10萬人感染,受疫情影響的國家和地區(qū)多達101個[4]。多項研究表明,抗菌紡織品用于醫(yī)用防護與個人衛(wèi)生,將會極大地提高環(huán)境整體清潔度，降低院內(nèi)感染發(fā)生率，保障患者及醫(yī)護人員安全[3]。因此,抗菌、抗病毒紡織品的研發(fā)與應用具有重要的意義。

抗菌劑是指能夠有效抑制細菌、真菌、病毒等微生物生長繁殖或可殺滅病菌的物質(zhì),抗菌紡織品通常是在紡織品中加入抗菌劑來實現(xiàn)[5]。根據(jù)抗菌劑的組成結(jié)構(gòu)、作用機理及來源,一般分為無機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑3類[6-7]。本文概述了目前常用紡織用抗菌整理劑的種類、抗菌機理以及整理方式,并對抗菌、抗病毒紡織品的未來發(fā)展進行了展望。

1 無機抗菌劑

無機抗菌劑以其廣譜抗菌、安全無毒、耐熱性好等優(yōu)點引起了人們的廣泛關注,被應用于各個領域。近些年來,隨著納米技術(shù)的高速發(fā)展,許多無機金屬離子及一些金屬氧化物在納米尺度下，顯示出于比常規(guī)尺度更為強大的抗菌作用,給無機抗菌劑的研究注入了新的活力。常用的無機納米粒子包括納米銀、納米CuO、TiO2和ZnO等。相對有機抗菌劑而言,無機抗菌劑普遍熱穩(wěn)定性高,在加工工藝里既可在單體共聚或聚合完成時混入纖維,也可在熔融噴絲之前加入。這些添加方法可使無機抗菌劑深入纖維內(nèi)部,所得的抗菌纖維耐洗性能好,而且熔融加工工藝對于高溫下易分解、易碳化的有機抗菌劑顯然并不適用。根據(jù)作用原理可將無機抗菌劑分為金屬型和光催化型2種[8-11]。

1.1 金屬型無機抗菌劑

金屬型無機抗菌劑多為無機重金屬及其鹽類,在抗菌整理時可單獨使用,也可通過物理吸附、離子交換或多重包覆等技術(shù)將其負載在沸石、硅膠、磷酸鹽和高嶺土等載體中,達到長效緩釋抗菌的目的。金屬離子抑菌殺菌的活性按下列順序遞減[12-13]:Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>Zn>Fe。由于Hg、Cd、Cr、Pb等毒性較大,實際應用中以Ag、Cu、Zn系抗菌劑為主。

1.1.1 銀系抗菌劑 銀系抗菌劑是研究最多和使用最廣泛的抗菌劑之一,其抗菌譜系廣,使用安全,對皮膚無刺激,不分解。早在公元前1200年,腓尼基人就懂得利用銀質(zhì)器具使水變得安全飲用[6]。銀的殺菌作用主要來源于對硫或磷蛋白的高親和力,可使銀高效結(jié)合并破壞微生物的蛋白質(zhì)、酶和核酸結(jié)構(gòu)。此外,銀離子還可有效激活空氣或水中的氧,通過產(chǎn)生活性氧殺滅病菌[14-15]。

對于銀的抗病毒性質(zhì)研究較少,其抗病毒機制尚未完全明晰,有研究表明銀的抗病毒效果與其粒徑尺寸存在較大關系。Speshoc等[16]人發(fā)現(xiàn)，小于25 nm的納米銀用于沙粒病毒感染的早期階段可以有效抑制子代病毒的產(chǎn)生,但是在較長時間感染后再使用納米銀則抗病毒表現(xiàn)不佳,表明納米銀主要作用于病毒的早期復制階段; Gaikwad等[17]人利用微生物表面還原法制備了一系列納米銀,結(jié)果發(fā)現(xiàn)更小尺寸納米銀可以更為有效地抑制單純皰疹病毒和3型流感病毒的復制,所以認為納米銀的抗病毒效果是通過附著在病毒表面,從物理層面上干擾病毒與宿主細胞的結(jié)合作用來實現(xiàn)。

目前,銀已廣泛應用于商用抗菌整理劑和抗菌纖維之中。對于天然纖維一般采取后整理的方式,利用溶液浸漬法、涂層法或是溶膠-凝膠法等賦予抗菌活性。溶液浸漬法是通過將織物浸泡在納米銀或硝酸銀等含銀溶液中,加入還原劑使納米銀形成并沉積到織物上,經(jīng)干燥和固化后利用納米銀的高表面能使其吸附到織物表面。溶液浸漬法操作簡單,設備要求低,是目前應用最廣的方法之一,然而銀通常只與織物表面存在物理吸附作用,得到的抗菌纖維耐洗性和長效性均較差[18]。

對于合成纖維則可采用共混紡絲法,即將抗菌劑分散在紡絲液中隨后進行紡絲。這種方法得到的抗菌纖維效果持久,耐洗效果較好,但對抗菌劑的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性有較高要求,故通常將銀固載在陶瓷或沸石等載體中使用。例如Milliken公司開發(fā)的Alphasan?整理劑是一種載銀的磷酸鋯鈉鹽,可在高聚物的熔融擠壓過程中加入,通過長效緩釋銀離子達到抗菌抑菌作用,已用于O′Mara公司的MicroFresh?和SoleFresh?品牌抗菌尼龍和Sinterama公司的GuardYarn?抗菌聚酯纖維等多種抗菌纖維的生產(chǎn)之中[19-20]。

然而,銀價格較高,并且易被氧化還原為深色的氧化銀或黑色的單質(zhì)銀,限制了銀在白色和淺色織物中的應用[19]。同時,雖然一般認為銀無毒無害,但是仍有部分科學家認為銀離子(尤其是納米銀)很有可能透過皮膚而進入人體,通過血液循環(huán)分布于各臟器形成體內(nèi)沉積。這種沉積是否會對人體健康造成損害目前還存在很大的爭議[21]。2014年,美國自然資源保護委員會宣布限制納米銀在紡織品上的使用,含銀抗菌紡織品的安全性仍待進一步考察研究[22-23]。

1.1.2 銅系抗菌劑 銅系抗菌劑的抗菌性能略遜于銀,但因其低廉的成本也成為了無機抗菌劑的研究重點。實際使用中納米CuO最為廣泛,其抗菌作用來自于銅離子的緩釋,附著在織物上的銅離子可使病菌蛋白質(zhì)凝固,從而使其中毒而亡。此外，鈉米CuO對于一些病毒也有一定的殺滅作用[6]。

美國卡普諾公司在熔融紡絲過程中將CuO粉末分散在熔體中,所得到的Cupron?品牌抗菌纖維具有優(yōu)良的抗菌抗病毒性能[24]。Borkow等[25]將CuO整理到N95口罩中的聚丙烯紡黏無紡布上,發(fā)現(xiàn)經(jīng)CuO整理后的濾層可有效殺滅表面附著的甲型流感病毒(H1N1)和禽流感病毒(H9N2),并且不影響N95口罩自身的過濾效果。這種抗病毒口罩還可減低因處理及棄置口罩不當而導致的手部和環(huán)境污染,從而減低感染的幾率。

然而,銅離子對細菌的抗菌效果一般低于銀離子,在使用時通常需要加大用量。同時,銅離子抗菌劑往往會有較深的顏色,因而限制了其在淺色織物上的應用。

1.2 光催化型無機抗菌劑

由于無機光催化劑與有機纖維間作用力弱,傳統(tǒng)的軋烘焙工藝整理往往結(jié)合牢度不高[26-27]。Kiwi等[27]人在負載TiO2之前利用丁二酸、丁烷四羧酸(BTCA)等多羧基交聯(lián)劑處理棉織物。處理后TiO2可通過共價鍵、靜電相互作用或氫鍵與羧基相結(jié)合,有效提高了負載牢度。目前也多用溶膠-凝膠工藝,將TiO2溶膠直接整理到織物上,再采用浸烘焙工藝在紡織品表面形成一層具有良好牢度的TiO2薄膜[29-30]。此外,等離子輻射技術(shù)也用于TiO2的功能化整理,經(jīng)等離子體處理后的織物表面粗糙度和表面能得到提高,可以為TiO2的沉積提供更好的條件[31-32]。

然而,這類抗菌劑僅在可見光甚至紫外光照射之下才會顯現(xiàn)出高的抗菌性能,而且有研究表明重復洗滌和循環(huán)使用會降低TiO2抗菌整理后纖維的抗菌性能[33]。此外,光催化下產(chǎn)生的活性氧對纖維的聚合物基材也有一定的氧化裂解作用,長期累積下會造成纖維的強力下降和色澤變化[34]。因此,在設計使用無機光催化型抗菌整理時,有必要在抗菌效果和潛在的性能損失之間進行平衡,以達到預期的目的。此外,雖然以TiO2為代表的無機金屬氧化物沒有毒性,但是一些研究表明TiO2納米粒子對小鼠的肺部具有損傷。附著在纖維上的TiO2在使用過程中可脫落進入人體呼吸系統(tǒng)或經(jīng)皮膚進入血液系統(tǒng),長期積累會導致肺部炎癥、組織損傷和其他器官的潛在過敏。因此,在開發(fā)環(huán)境友好的光催化抗菌紡織品中,用戶安全應該受到更多的考慮[35-36]。

2 有機抗菌劑

有機類抗菌劑因其來源廣泛、成本低廉、加工工藝簡單、殺菌性能高效、殺菌速度快等優(yōu)點，成為目前使用最為普遍的一類抗菌整理劑。但是,有機抗菌劑普遍存在毒性稍大、耐熱性能差且易使微生物產(chǎn)生耐藥性等缺點。常用的有機抗菌整理劑包括季銨鹽類、胍類、鹵代酚類、鹵胺類等[37-38]。

2.1 季銨鹽類抗菌劑

季銨鹽類抗菌劑廣泛用于公共衛(wèi)生消毒、個體防護之中,被認為是一種安全無毒的抗菌消毒劑。季銨鹽在水中呈現(xiàn)正電性,與負電性的細菌細胞膜產(chǎn)生靜電吸引而結(jié)合,破壞細胞膜的正常滲透。同時,季銨鹽的疏水性長鏈基團會刺破細胞膜進入細胞內(nèi)部,破壞細胞正常代謝過程[6,39]。

然而,相較其他抗菌劑而言,季銨鹽類抗菌劑抗菌消毒能力較低,對真菌、結(jié)核桿菌、親水病毒和細菌芽孢等微生物作用有限；當暴露于陰離子洗滌劑時,季銨鹽活性成分易通過陰陽離子作用而被中和[6,40]。近年來，關于季銨鹽的研究主要在于增強其抗菌活性方面,研究表明:隨著單烷基鏈長度的增加,抗菌活性隨之增加;雙鏈季銨鹽抗菌活性普遍高于單鏈季銨鹽;烷基鏈為芐基時抗菌活性比甲基季銨鹽高得多;含不飽和烷基鏈的季銨鹽比飽和烷基鏈季銨鹽的抗菌活性更高。即經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進的季銨鹽類抗菌劑具有更高效的抗菌性能,更具廣譜抗菌能力[40-42]。

季銨鹽類化合物之所以能連接在纖維上，主要是由于帶有陽離子的季銨化合物與纖維表面的陰離子存在離子相互作用,因此，對于含有羧基和磺酸基的改性腈綸或是陽離子可染滌綸可以在接近沸騰條件下，直接吸附季銨鹽抗菌劑[43-45]。然而,普通季銨鹽抗菌劑易溶出。為了提高季銨鹽抗菌劑的耐久性,可在其中引入硅氧烷基基團。最具代表性的是道康寧公司的AEM-5700(原DC-5700)抗菌劑,其硅氧基可與纖維上的羥基形成共價鍵,從而持久牢固地附著于紡織品表面。目前，AEM-5700抗菌劑已廣泛應用于棉、聚酯、尼龍等多種紡織品的抗菌整理,并已進入商業(yè)化應用[19,45]。

磷與氮在元素周期表中同屬一族,季鏻鹽與季銨鹽結(jié)構(gòu)類似。磷原子比氮原子離子半徑大,極化作用更強,相較于季銨鹽更容易吸附帶負電的微生物。同時，季鏻鹽比季銨鹽更加穩(wěn)定,用于織物抗菌整理的同時可帶來一定的阻燃性能,在抗菌領域有著較大的發(fā)展?jié)摿?被稱為是季銨鹽的下一代產(chǎn)品。目前，由于制備工藝較為復雜,成本尚高等原因,對于季鏻鹽抗菌劑的研究雖然已受到廣泛關注,但用于紡織品的抗菌整理仍處于起步階段[46-48]。

2.2 胍類抗菌劑

在胍類抗菌劑中,以聚六亞甲基胍鹽酸鹽類(PHMB)的應用最為廣泛。PHMB是一種高效、廣譜、低毒性的抗菌劑,易溶于水,廣泛應用于食品、化妝品和泳池消毒等領域，其分子結(jié)構(gòu)如表1所示。由于胍基的存在,PHMB分子呈正電性,易吸附各類細菌,通過細胞膜擴散并與細胞質(zhì)膜結(jié)合,破壞細菌的滲透平衡,導致其細胞破裂[49]。

棉纖維織物表面的葡萄糖單元在絲光和漂白等工藝過程中會發(fā)生氧化還原反應,從而產(chǎn)生羧基陰離子,PHMB的陽離子容易與羧基陰離子通過離子鍵或氫鍵結(jié)合。Payne等[50]利用這一性能最先經(jīng)浸軋焙烘工藝將PHMB整理到棉纖維上,獲得了持久抗菌的棉織物。經(jīng)歷10次洗滌后,抗菌棉對金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌的抑制作用仍可保持98%以上。

利用PHMB對羊毛織物進行抗菌整理，需要對羊毛進行化學改性。Gao等[51]利用過氧單硫酸鹽和亞硫酸鈉對羊毛進行預處理,使羊毛表面帶有羧基基團；隨后利用離子吸引,用PHMB進行抗菌整理,從而得到具有持久抗菌性能的羊毛織物。

目前,已出現(xiàn)了一些基于具有更佳抗菌效果的改性PHMB型商用整理劑。例如Arch公司推出的Reputex?整理劑,改性后的PHMB擁有多達16個胍基單元。更多的胍基使陽離子性大為增強,除抗菌性能優(yōu)于PHMB外,與紡織品的結(jié)合力也更強,現(xiàn)已應用于Purista?牌抗菌尼龍、聚酯的生產(chǎn)之中[19,52]。

但是,PHMB對真菌、分枝桿菌、親水性病毒等殺滅效果不佳,且對細菌芽孢基本沒有殺滅作用,只能抑制其繁殖；在紡織品功能化整理時一般需要較大的劑量,廣泛使用容易使病菌產(chǎn)生抗藥性[6,49]。

2.3 鹵代酚類抗菌劑

在鹵代酚抗菌劑里,三氯生在紡織品中的應用最為廣泛,其結(jié)構(gòu)如表1所示。

表 1 常用抗菌整理劑的抗菌機理與使用特點

Tab.1 Structure and characteristics of commonly used antimicrobial finishing agents

三氯生對多種細菌、真菌以及某些病毒(如乙型肝炎病毒)都有著很強的殺滅能力,最低抑菌濃度僅為10 μg/mL，是一種極為高效的廣譜抗菌劑。與其他陽離子類有機抗菌劑不同,三氯生在水中不會電離,對微生物的作用主要是通過阻斷脂質(zhì)的生物合成,并與酶活性位點的氨基酸殘基在膜上相互作用達到抗菌殺毒的效果[53-54]。在紡織工業(yè)中,通常將三氯生混入熔融聚合物中紡絲,使其均勻分散在纖維內(nèi)部從而得到抗菌纖維,并進一步加工成各種抗菌織物?，F(xiàn)在已有多種品牌和類型的商用型三氯生抗菌纖維,例如汽巴精化公司的Tinosan AM100?抗菌尼龍、CEL?抗菌聚酯纖維,Novaceta公司的抗菌Silfresh?醋酯纖維等。在使用過程中,三氯生緩慢且持續(xù)地從纖維中釋放,提供持久的抗菌效果[55-56]。

Iyigundogdu等[57]利用硼酸鈉和三氯生對棉織物進行整理,經(jīng)整理后的抗菌棉織物對多種細菌、真菌具有良好的殺滅能力,對1型腺病毒和5型脊髓灰質(zhì)炎病毒也有一定的抑制作用。2種病毒的滴度在整理后的織物表面均下降了60%左右。

然而,近幾年的研究發(fā)現(xiàn),三氯生的大規(guī)模使用易使細菌產(chǎn)生耐藥性,并且在日光照射下,三氯生可以分解生成致癌物2,8-二氯二苯并對二噁英。出于安全性考慮,一些歐洲國家對三氯生的使用開始限制,日本已明確禁止其用于服用紡織品中[46,58]。

2.4 鹵胺類抗菌劑

鹵胺類指分子中含有氮-鹵鍵的化合物,可由含有胺、酰胺或者酰亞胺基團等含N—H鍵化合物經(jīng)次鹵酸簡單氧化后得到,是近些年來發(fā)展的一種新型抗菌劑。之前曾廣泛應用于水體消毒之中,是一種安全、高效、低毒的抗菌劑。由于N—Br鍵不穩(wěn)定,易分解,實際使用中常用氯胺化合物。其中與N原子通過共價鍵相連的Cl原子具有正電性,在水中還可緩慢釋放出活性氯正離子。無論是鹵胺分子中的共價氯還是游離釋放的氯正離子都具有強氧化性,可以在短時間內(nèi)殺死絕大多數(shù)細菌,對某些病毒也有良好的殺滅作用。鹵胺類抗菌劑抗菌消毒機理與無機含氯消毒劑(如次氯酸鈉、氯化磷酸三鈉等)類似,但是與傳統(tǒng)無機含氯消毒劑相比,鹵胺化合物具有更好的穩(wěn)定性,可保持較長時間的殺菌功效,并且在殺死病菌后,鹵胺化合物可經(jīng)漂白粉漂洗“充電”再生,重新獲得殺菌功能[59-62]。

織物的鹵胺功能化整理方式多種多樣：鹵胺前驅(qū)體可以利用甲醛、BTAC等交聯(lián)劑與纖維進行交聯(lián)[63-64],也可通過引入環(huán)氧、硅氧烷等活性化學基團使其直接與纖維發(fā)生化學鍵合[65-66],還能使用不飽和鹵胺化合物將其接枝共聚在織物上[67],再經(jīng)氯漂工藝完成鹵胺功能化。

Ren等[68]利用鹵胺整理丙綸無紡布,發(fā)現(xiàn)鹵胺功能化涂層可有效破壞病毒的RNA,可快速高效地殺滅包括禽流感病毒在內(nèi)的多種病毒。美國Halosource公司與加州大學戴維斯分校、奧本大學合作,推出了HaloShield?紡織品,已經(jīng)用作床單、抹布、襪子和軍事防護服等多種紡織品。UMF Corporate公司推出了Micrillon?高性能抗菌纖維產(chǎn)品,并證明其可在幾分鐘內(nèi)高效殺死H1N1病毒; Milliken公司推出的BioSmart?抗菌服和毛巾,在使用過程中可有效殺滅如沙門氏菌、大腸桿菌以及A型肝炎病毒等多種病原微生物[69]。

然而,由于N—Cl鍵的存在,某些鹵胺基團對紫外線敏感,易在光照下發(fā)生分解,釋放出少量鹽酸,使得織物發(fā)黃。此外,雖然經(jīng)鹵胺整理后的紡織品可使用漂白液進行抗菌劑再生,但是在此過程中織物會吸收過多的活性氯,導致織物產(chǎn)生難聞的氣味和不利的色澤變化。為了去除織物中殘留的活性氯,Li等[70]開發(fā)了在氯漂后使用還原劑(如亞硫酸氫鈉)對鹵化織物進行二次浸軋的工藝。這一方法能夠在不降低抗菌活性的情況下，減少由于織物吸附活性氯帶來的異味和變色。

3 天然抗菌劑

在自然界千百萬年的演化過程中,大量動植物進化出了自己對抗微生物的獨有防御機制,產(chǎn)生了一些具有抗菌性能的生物活性物質(zhì),這些來源于自然界的抗菌物質(zhì)稱為天然抗菌劑。與有機合成抗菌劑相比,天然抗菌劑具有生物相容性好,可被自然降解,且不會使細菌產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)勢。隨著人們對抗菌紡織品的需求的提高,對生活品質(zhì)的不斷追求以及對合成抗菌劑所帶來的環(huán)境問題的擔憂,天然抗菌劑的研究受到了廣泛關注[71-72]。

3.1 殼聚糖

殼聚糖是極具代表性的一類動物源天然抗菌劑,對多種細菌、真菌有著良好的抑制作用,是由甲殼素脫除乙?；脕?。甲殼素是自然界中含量僅次于纖維素的第二大多糖,廣泛分布在蝦蟹殼及軟體生物等生物體內(nèi)。天然甲殼素溶解性能不佳,但在脫除乙酰，得到的殼聚糖裸露出氨基后,親水性大為增加,溶解度得到改善,因此殼聚糖的應用更為廣泛[73]。

殼聚糖的氨基基團pKa值為6.5。氨基基團在水中質(zhì)子化后形成多陽離子,其抗菌抑菌作用方式與季銨鹽類抗菌劑類似,帶正電的氨基可與帶負電荷的細菌表面相互作用,破壞其細胞膜的完整性。殼聚糖與織物之間只能以大分子作用力相結(jié)合,單獨使用殼聚糖對織物進行整理牢度較低。為增加殼聚糖與纖維作用力，一種方法是利用交聯(lián)劑如檸檬酸、丁四羧酸(BTCA)等多羧基交聯(lián)劑與棉、麻等纖維素纖維進行化學連接,另一種獲得化學鍵合的方法是用高碘酸鹽氧化棉纖維,生成雙醛基團,使醛基與殼聚糖的氨基進行化學交聯(lián)[74-78]。此外,等離子體處理使纖維表面產(chǎn)生一些活性基團,可以增強殼聚糖與纖維的作用力。He等[79]利用等離子體預處理方法, 在滌綸纖維表面形成C=O、C—O和—OH等, 隨后將殼聚糖衍生物接枝到滌綸纖維表面。改性后的滌綸在具有抗菌性的同時，還改善了透濕性和親水性。

為了增強殼聚糖的抗菌效果,Wang等[80]發(fā)現(xiàn),向殼聚糖中摻入Cu、Zn等金屬鹽后,復合抗菌劑的抗菌效果明顯高于單獨使用殼聚糖或金屬離子鹽。這種抗菌增強作用主要來源于金屬離子與殼聚糖絡合后,陽離子較單獨使用更為增強。此外,還可利用化學法對殼聚糖進行衍生化改性,賦予其季銨鹽、鹵胺等抗菌基團,以達到復合抗菌的效果[81-82]。

雖然殼聚糖抗菌整理具有很多優(yōu)點,但目前市面上使用殼聚糖進行抗菌整理的紡織品并不多。主要原因在于殼聚糖只有在濃度較高時才能進行有效抗菌,而較高濃度的殼聚糖往往會在織物表面形成一層纖維膜,整理后的織物會出現(xiàn)手感發(fā)硬,白度和透氣性等服用性能下降的缺陷。未來研究方向主要是對殼聚糖進行改性修飾,提高其抗菌性和耐久性,同時改進整理方法,增強織物與殼聚糖衍生物的結(jié)合力,降低殼聚糖用量,減少其對織物服用性能帶來的損傷[73-74]。

3.2 植物源抗菌劑

植物源抗菌劑抗菌的活性成分多為天然萜類、生物堿、蒽醌類、黃酮類、單寧酸類、香豆素類物質(zhì),其抗菌范圍各不相同。一些植物抗菌劑可同時作為天然染料,賦予抗菌性的同時還提高了織物抗氧化性、抗紫外線等性能[6]。目前，利用天然抗菌劑處理織物的主要方法之一是微膠囊技術(shù)。這些天然抗菌活性成分可包裹在微膠囊中,利用涂層加工或是浸軋法使其固著在纖維上,在使用時微膠囊經(jīng)摩擦作用破裂,緩慢釋放出抗菌物質(zhì),可以從一定程度上解決天然抗菌劑耐久性差的問題[83]。

艾蒿是我國的傳統(tǒng)中藥用植物,提取自艾蒿的艾蒿油除具有抗菌活性外,并有消炎、止血、平喘等多重藥理功能。王亞等[84]利用艾蒿油-殼聚糖抗菌微膠囊對醫(yī)用非織造布進行抗菌整理,得到的抗菌醫(yī)用織物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率可達到96%以上。

姜黃素是一種酚類胡蘿卜素,呈黃色,是姜黃的活性成分,傳統(tǒng)上用作香料和食品著色劑,具有抗菌、抗真菌、消炎、抗氧化和抗癌等廣泛生物學活性,已被用于治療胃部不適、痢疾、關節(jié)炎和眼部感染,還可用于毛、絲、錦綸等織物的染色,具有良好的抗菌活性和色牢度。經(jīng)姜黃素處理后的織物對金黃色葡萄球菌和肺炎鏈球菌有較好的抑菌活性(抑菌率為99.9%),對氨、三甲胺和乙醛有較好的除臭性能[85-88]。

蘆薈多用于醫(yī)藥、化妝品與保健食品之中,研究表明每100 g蘆薈中含有0.23 g蒽醌類抗菌物質(zhì)以及多種多糖、氨基酸、維生素等天然成分。蘆薈提取物對于包膜病毒、真菌等具有一定的抗菌抑菌作用,經(jīng)過蘆薈處理過的織物穿著舒適,同時有一定的抗菌、抗炎癥及促進傷口愈合作用[89-90]。

茶葉中含有豐富的多種抗菌成分,其最主要的抑菌作用來自于茶多酚。經(jīng)茶葉處理后的織物不僅具有抗菌抑菌作用,還保留著獨有的茶香氣味。劉秀河等[91]發(fā)現(xiàn)茶葉提取物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌,枯草桿菌等3種致病菌均有較強抑制作用,但對酵母菌、霉菌的效果不佳。張瑞萍等[92]利用茶多酚對棉織物進行整理,整理后的棉織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率可達92.2%。劉秀等[93]利用五倍子和綠茶提取物對棉織物進行復合整理。五倍子提取物的聯(lián)用可增強抗菌功能并提高耐洗牢度,洗滌20次后織物抑菌率仍可高達98.37%。

4 存在的問題與發(fā)展需求

近些年來,紡織品抗菌技術(shù)取得了突飛猛進的發(fā)展,已有多種工藝成熟的抗菌整理劑和抗菌織物進入市場,實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。目前常用的抗菌整理劑的抗菌機理與使用特點如表1所示[5,6,18]。

一般情況下,無機抗菌劑普遍耐熱性能好,安全性較高，不易產(chǎn)生耐藥性,但是以銀為代表的金屬型抗菌劑有著防霉能力較弱,成本稍高,易變色等缺點；以TiO2為代表的光催化型抗菌劑抗菌效力存在光依賴性;有機抗菌劑殺菌速度快,殺菌能力強,種類多,應用廣,然而普遍存在毒性較大,耐熱性能差,分解產(chǎn)物會造成二次污染等問題,且容易使病菌產(chǎn)生抗藥性;天然抗菌劑安全性較高,可自然降解,符合綠色環(huán)保、回歸自然的消費心理,但是也存在市場化品種較少,抗菌活性較低,耐熱性能差,抗菌持久力不強,提取工藝較為復雜等限制。總體而言,目前所使用的3類抗菌整理劑各有其優(yōu)勢與不足。隨著人們對舒適、安全和健康追求的日益增長,對抗菌紡織品提出了更高要求,理想的抗菌整理劑應朝著以下需求方向發(fā)展:

1) 對細菌、真菌和病毒具有廣譜的抗菌有效性,同時對消費者無毒無害,即不會引起中毒、異味、過敏、刺激等;

2) 抗菌、抗病毒效果具有耐久性,織物可耐日照、機洗、干洗和熱壓燙等;

3) 整理后不會給紡織品的品質(zhì)(如強力、手感、透氣性等)和外觀帶來不利影響;

4) 使用期間不會使病菌產(chǎn)生抗藥性,避免超級病菌的出現(xiàn);

5) 抗菌整理工藝最好能與染色等紡織化學加工工藝相容,具有成本效益,且加工過程綠色環(huán)保。

5 結(jié) 語

目前,我國紡織用抗菌，尤其是抗病毒整理劑的研究尚處于起步階段。隨著人們對衛(wèi)生意識和生活品質(zhì)追求的不斷增強,對多種多樣抗菌、抗病毒型紡織品的需求將會越發(fā)迫切。在各類抗菌劑中,無機抗菌劑的研究應深入探討無機-有機界面作用,開發(fā)高負載牢度和低使用劑量的新型整理工藝,并重視納米材料的安全性評估；對于光催化型抗菌劑應多關注光的“存儲-釋放”記憶機制,以期實現(xiàn)在暗處也能保持長時間抗菌活性;有機抗菌劑在高效快速抗菌的同時應多關注抗菌選擇性,力求在不影響人體表面正常菌落的情況下實現(xiàn)對致病菌的選擇性殺滅;對于天然抗菌劑,應強化提取工藝,深入探究和明確其抗菌機理和應用范圍,同時應加強整理工藝和助劑的研發(fā),解決天然抗菌劑耐熱性能差和易分解變質(zhì)的問題。