绿色抗菌整理剂

吴烨芳 姚金波 (天津工业大学材料与化工学院，天津  300160)

原载：《染整技术》2005/3；5-7

收稿日期:2004-11-01

作者简介:吴烨芳(1980-)，女，硕士在读，纺织化学与染整工程专业

 

    【摘要】随着人们环保意识的增强及生活水平的提高，促使抗菌整理剂向"绿色"方向发展。为此介绍了绿色抗菌整理剂的种类和加工方法，并对抗菌整理的机理作了较详细的阐述。

    【关键词】环保;抗菌整理剂;纳米技术

中图分类号:TS195·583 文献标识码:A   文章编号1005-9350(2005)03-0005-03

 

1   抗菌整理的重要性及发展现状

    随着生活水平的提高，人们越来越重视生活的质量，希望能获得有舒适感的衣着，以及卫生健康的居住环境。对于各种各样的纺织品要求越来越高，特别是安全、安心、舒适、健康、卫生、清洁等"绿色"观念的形成，使纺织品的抗菌、防霉、防臭后整理加工更加受到人们的重视[1]。

    在生活中，人们不可避免的接触到各种各样的细菌、真菌等微生物，这些微生物在合适的外界条件下，会迅速繁殖，并通过接触等方式传播疾病，影响人们的身体健康和正常的工作、学习和生活。纤维属于多孔性材料，叠加编织后又会形成无数空隙的多层体，因此织物较容易吸附菌类。抗菌整理就是使织物具有抑制菌类生长的功能，维持卫生的衣着生活环境，保证人体健康。

    抗菌剂的应用起源于第二次世界大战期间，当时德军由于穿抗菌军服而大大减少了伤员的细菌感染[2]。在上世纪60年代，人们大多采用有机抗菌剂生产抗菌纺织品；随着1984年无机抗菌剂开发成功后，抗菌整理得到快速发展，使抗菌剂不仅用于纤维及纺织品，也用于塑料、建筑材料等制品中。

目前，日本在抗菌防臭方面研究最为活跃，技术领先，产品已拓展至运动服、地毯、医疗用品等领域。近年来，抗菌研究的重点已经从保护纺织品免受细菌侵袭转移到保护环境和使服用者免受细菌侵袭。

    进入21世纪，随着老龄社会的到来，卧床老人和在家疗养者逐渐增多，防止褥疮的老人护理用品的需求也呈增加的趋势。由于从生产为主的社会向生活为主的观念转变，开发研究有利于人体健康、有利于地球环境的产品，将是今后重要的课题[3]，因此抗菌整理日益受到人们的重视。

2   抗菌机理

    目前，抗菌机理[4-5]主要有三种：有控释放、再生原理和障碍或阻塞作用。

2·1 有控释放

    织物抗细菌及真菌等整理的作用机理属于有控释放机理。对于致病细菌与真菌而言，整理后的织物，在一定的湿度下，会缓慢地释放出抗菌剂，释放量足以杀死(或抑制)细菌和真菌的繁殖，如广谱抗微生物聚乙烯醇纤维就属于有控制的释放机理。聚乙烯醇纤维在酸催化剂存在下，与5-硝基呋喃基丙烯醛反应生成一层缩醛化合物，在一定温度下，缓慢释放出硝基化合物，以达到杀菌作用。

    除了用化学方法来产生有控制的释放杀菌剂外，还可使用微胶囊技术。将有效的化学药剂包在树脂防护层中间，当经水淋或紫外线照射，树脂层降解后，该化学药剂便渗透到外层来。

2·2   再生原理

    抗菌整理机理的再生原理是在织物上加一层化学整理剂，它在一定条件下将不断地再生杀菌剂。再生作用就是在洗涤或射线照射条件下，引起共价键断裂而产生的，因此这种模式具有无限存贮杀菌剂的能力。当然，这种无限制也只是相对的。目前微胶囊技术就已接近这种模式，尽管在微胶囊技术中的抗菌剂的存贮不是无限制的，然而在其表面的活性是能长期存在的。

2·3   障碍或阻塞作用

    用障碍或阻塞机理来使织物不受微生物侵害的膜有两类:

    (1)惰性的物理障碍层或涂层，它是一层阻止微生物穿过织物的膜。

    (2)直接有表面接触活性的膜，能够抑制细菌的生长。

    使用惰性的物理障碍层或涂层作防护层，一般比直接有表面接触活性物质的涂层要多添加一些。

3   绿色抗菌剂的种类

    抗菌整理剂主要可以分为无机、有机和天然三种。早期抗菌剂基本都属于有机系列，大多是含氮、硫、氯等元素的各类复杂化合物，其主要品种有：季铵盐类、双胍类、醇类、酚类、醛类、有机金属类、砒啶类、噻吩类等。该类抗菌剂短期杀菌效果好，但大多都有耐热稳定性差、寿命短等缺点[6]。

    近十年来，绿色环保的要求越来越严格，抗菌剂的发展领域也越来越广阔，为了突破传统抗菌剂的缺陷，许多国家的研究者纷纷将目光投向有机抗菌剂的替代物——无机抗菌剂[7]。特别是无机纳米系抗菌剂具有耐热性高、抗菌性强、安全可靠等特点，是当前研究较广的绿色抗菌剂。众多实验结果表明，纳米抗菌剂除具有抗菌效果之外，还具有低毒、易分散及较好的热稳定性等特点。因此，纳米抗菌剂几乎不会使人类及动物产生任何慢性或急性病症，其微量活性无机成份的释放，也不会对环境造成任何影响[8]。

    由于回归自然和环境意识的增加，利用天然物质提供同样抗菌功能的想法，引起了人们的极大兴趣。天然抗菌剂成为了另一种环保型整理剂，具有广泛的开发前景。

3·1无机纳米抗菌剂

    纳米氧化锌和纳米载银无机抗菌剂是当前研究应用较为活跃的绿色抗菌剂。当氧化锌的尺寸达到纳米数量级时，与普通氧化锌相比，展现出许多优异的、特殊的性质，如无毒和非迁移性等。由于量子尺寸效应和具有极大的比表面积，在抗菌整理时，具有用量少、高效等优点，这对于开发、生产绿色环保织物具有积极的意义。

    许多金属离子具有抗菌性，日本高山正彦等人曾测定一些金属离子的抗菌能力，结果如下:

    Ag＞Co＞Ni≥Al≥Zn≥Cu=Fe≥Mn≥Sn≥Ba≥Mg≥Ca

    实际上，常用的金属离子主要是银、铜、锌离子。其中银离子不仅具有很好的抗菌性，同时还具有良好的耐洗性，且对人体无毒无刺激，因而载银无机抗菌剂作为一种绿色抗菌剂受到人们的广泛关注。纳米载银无机抗菌剂是银离子和钠米级无机化合物载体的复合体，它是利用纳米载体微粒表面含有许多纳米级微孔的特殊结构特征，采用离子交换的方法，将银离子固定在诸如沸石、硅胶、膨润土等疏松多孔的纳米载体材料的微孔中而获得的。

    无机纳米氧化锌抗菌剂的抗菌反应条件是"绿色"的，它是通过光反应使有机物分解来达到抗菌效果的。在阳光尤其是紫外线的照射下，粒子中的价带电子被激发跃迁到导带，形成光生电子-孔穴对，并在空间电荷层的电场作用下，发生有效分离。这种粒子光催化对细菌的作用表现在两个方面：一方面光生电子及光生孔穴与细胞膜或细胞内组分反应而导致细胞死亡[9]；另一方面，光生电子或光生孔穴与水或空气中的氧反应，生成·OH，O-2·HO2· ，H2O2等活性氧类[10]。这些氧化能力极强的活性氧类进攻细胞内组分，与之发生生化反应而导致细胞死亡。近年来，日本东京大学的一些研究人员还发现这些有光作用的粒子还有分解毒素的作用[11]，而一般的抗菌剂只有杀菌作用。李群等[12]在其文中也介绍了纳米ZnO在纺织品上的优良特性，其抗菌性能高效显著。

    另外，其加工过程也是安全可靠的。目前，应用纳米技术开发抗菌纺织品主要有添加法和后整理法[13]。添加法是将纳米材料如TiO2、ZnO等加入纺丝液中，使之生产出具有抗菌性能的合成纤维。其优点在于纳米粉体均匀分散在纤维内部，因而耐久性好，抗菌功效能够稳定存在[14]。以棉为代表的天然纤维由于无法在生产过程中添加功能性材料，只能采取后整理的办法。通过浸轧、涂层等方法将纳米粉体处理到织物上，从而使织物获得抗菌性。

3·2  天然抗菌剂

随着人们环保意识的增强和对"绿色"纺织品的渴望，天然抗菌剂越来越引起人们的关注。天然抗菌剂中，从动物中提取的主要有甲壳质、壳聚糖和昆虫抗菌性蛋由质等，从植物中提取的主要有桧柏、艾篙、芦荟等，还有从矿物中提取的抗菌剂。

在天然抗菌剂中应用较为广泛的为壳聚糖，壳聚糖主要来源于蟹壳、虾壳、贝壳和昆虫的外皮以及真菌和酶等的细胞壁，其资源丰富、生物可降解、吸收性能好、安全无毒，因此，对此类抗菌剂的应用研究十分活跃[15]。朱平等[16]将壳聚糖和多元羧酸混合后对棉织物进行整理，测试结果表明，棉织物获得抗菌免烫等多种功能。壳聚糖来源于自然界，属于"绿色"整理剂。陈建勇等[17]采用羟甲基化和醚化等方法制备了改性壳聚糖，羟甲基壳聚糖和羟乙基醚壳聚糖分别对真丝绸和棉织物进行整理，实验结果表明，经整理后的织物具有较好的抗菌性和吸湿、保湿性能，从而表明了改性壳聚糖也可作为"绿色"纺织品整理剂。

目前提出的壳聚糖的抗菌整理机理大致有两种[18]：a.壳聚糖的氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸磷脂等阴离子相互吸引，其结果束缚了微生物的自由度，阻碍其代谢和繁殖；b.大量低分子量的壳聚糖侵入微生物细胞内，阻碍微生物的遗传密码由DNA向RNA复制，由此阻碍微生物的繁 殖。壳聚糖对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌等均有抑制能力。

另外，甲壳质也有较多的应用，将甲壳质粉加入到化纤丝中，或将甲壳质纤维与其它纤维混纺，生产出具有抗菌保健功效的纺织品[19]。因其不含化学药剂和金属成份，可作为高档绿色抗菌纺织品。

4           结束语

进入21世纪，尤其是近几年来，绿色消费观念的不断兴起[20]，促进了适应环保要求的抗菌整理剂的发展，使越来越多的产品在其加工、应用及功能消失后均不会对人类健康和生态环境造成危害。由于天然抗菌剂资源丰富、生物可降解、吸收性能好，而无机纳米抗菌剂用量少、高效、安全无毒，因此，开发环境友好的无机纳米抗菌剂和天然抗菌剂，将会成为绿色抗菌剂的研究主题。

 

5   参考文献

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[5] 薛迪庚，织物的功能整理[M]北京，中国纺织出版社，2000

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