非织造布抗菌处理工艺和最终用途的性能要求yd13305
Patrice Vandendaek等著
资料来源：INDEX 02 Congress
吴英译
汤天浩校
原载：产业用纺织品 2004/5;32-37
资料来源：维普资讯 http://www.cqvip.com
为了满足大量的无止境的最终用途和各行各业的要求，非织造布行业不断地提供各种各样的产品以满足各种需要。要提供大量不同的产品则需要特别留意各种加工工艺及其相互间的差别，如原料的差异、工艺的差异以及是否可以在非织造布行业作为基布使用等，技术人员和市场销售人员经常要根据用户的要求为其定制产品。
为最终产品制定的生产和工艺路线需满足一定的标准，包括符合规范、对人和环境无害、有特点和使用特性、产品的完整性和成本。确定非织造布性能的评估依据并不是一件容易的事，制定评估依据必须充分了解产品的最终要求以及所采用的试验技术的强项和弱项。
虽然各种最终用途和性能是重要的，但对应用抗菌剂处理非织造布以及所拟定的技术条件而言，评估依据是最重要的。
本文将为读者提供抗菌剂处理非织造布的评估方法和依据，所采用的例子包括抗真菌、抗霉菌和防螨虫等的特性。
1 微生物
霉菌、霉、真菌、酵母和细菌(微生物)是我们日常生活的一部分。微生物分为有益的和有害的两种类型，在周围环境和我们的身体表面存在着数千种微生物。
这些微生物的存在及其所引起的负面影响向消费者和商家提出了挑战。抗菌处理，如对细菌、真菌和螨的控制，这在消费者、生产商和建筑商中间已很普遍。抗菌处理不仅能防菌，而且能增加美学效果及产品的附加值。变质、霉损、发臭和霉斑等这些医学上定义的由微生物引起的现象，我们常可以在建筑物和细菌滋生的产品中看到，而且产生的后果是引人注目的。非织造布行业为市场上和其他许多用途的非织造布产品提供抗菌处理有许多优势和价值。
许多非织造布产品要求控制微小的节肢动物例如螨的数量。螨常和污物灰尘混在一起藏在床和其他家具中，导致人体产生过敏。控制微生物的对策是复杂的，必须考虑微生物的生活习惯以及新陈代谢和繁殖。
2 抗菌
抗菌是一个广义的技术词汇，采用抗菌技术能不同程度地保护产品和建筑物，使其不受微生物侵害。不同的抗菌剂在化学性能、对霉菌的作用、对人体和环境的影响、对各种基体的耐久性、成本及如何与有益或有害微生物的作用都有很大的差别。
用于非织造布的抗菌技术主要是控制细菌、真菌、霉菌和藻类的繁殖，以减少或消除由它们引起的变质、沾污、臭味和有害健康等问题。
微生物可分为有益的和有害的两大类。抗菌的对策是只杀灭有害的微生物，必须确保非目标生物不受影响，但也不能促使微生物产生抗药性。适当使用抗菌剂可使普通尘螨的生活习性和环境受到较大的限制。
非织造布的生产原料、加工用的化学品、湿加工过程、卷材或散材堆放、成品的储存和运输、消费者使用的非织造布产品等都会有微生物的问题。用带微生物的非织造布去清洁室内的设备、医疗器械和食品加工器械，后果是非常严重的。对身强力壮的人或消费者来说，带菌产品也是一个令人讨厌的东西。生物污染对经济的影响是很大的。消费者的意愿和要求是在任何时候都不要受生物侵害。
3 抗菌整理
抗菌方法千变万化，大量抗菌剂的工作方式是将微生物从抗菌处理物品的表面浸出或去除，抗菌机理是用抗菌剂毒死生物。这些化学药品在农业中的应用已有数十年的历史，但应用于非织造布时，除了产品永久性使用这一复杂问题外，浸出技术也存在着大量各种各样的潜在问题。这些浸出的抗菌剂会接触到皮肤并且可能影响通常存在于皮肤表面的细菌。抗菌剂也可能渗入皮下和(或)可能引起皮疹和其他皮肤过敏。伴随浸出技术而生的更严重的问题是微生物逐渐会产生适应性。
一种完全不同于抗菌剂浸出技术的模式是非传统的分子粘合技术。一种有机官能团硅烷非传统粘合技术就有这种反应模式，硅烷可长久粘合在基体表面上，杀死与基体接触的微生物。采用该技术产生的抗菌效果不会因时间推移而失效。应用时，硅烷实际上是与基材产生化合，使基材表面产生抗菌性，这类技术可以用于与人体接触的以及要求保持永久性能的的纺织品。M．Bourgeois博士和他的研究伙伴在里昂法国纺织研究院已完成了由电子束将含季胺官能团的丙烯单体接枝到羟基活性表面的工作。在另外的研究工作中也已有报道，具有广谱抗菌功能的纺织品经历长期穿着和洗涤后还能保持良好的抗菌性。
4 抗菌剂功能和适用性
抗菌剂的主要功能有两种完全不同的类型。过去用于纺织品的传统浸出类抗菌剂是作为有毒物质与生存在织物表面的微生物进行反应，以此来毒死微生物。非传统的粘合抗菌剂的方式是抗菌剂以分子状态固定在织物上，以物理方式刺死与之接触的微生物(膜的脂蛋白成分)，或以触电方式(膜中阴离子生物化学物质)将与之接触的微生物电死。像从弓中射出的箭或从枪中射出的子弹那样，浸出抗菌剂经常效果很好。但是抗菌处理加工后，大量的废弃物随意排出或与环境中使用和滥用的其他化学物品结合后会污染环境。一些公司将浸出的抗菌剂混入纤维中，使其减慢释放速度以延长有效寿命。有些公司甚至添加一些化学粘合剂，声称抗菌剂可粘合在纤维上。无论浸出抗菌剂被加到纤维中或简单地作为一种助剂对织物进行抗菌整理，它们所有的功能都是相同的。在所有情况下，浸出抗菌剂技术提供了一个杀菌区或抑菌区。假设有一个合适的条件存在，现实世界中可存在一个致命的抑菌区。抑菌区是由抗菌剂处理过后在基体上形成的一个区域，在该区域内，抗菌化学品浸出杀死或抑制微生物，可采用AATCC147试验或其他抑菌区试验来证实浸出抗菌剂杀死或抑制微生物的行为。通过这些试验可测量由浸出抗菌剂创造出的抑菌区，并且可清楚地确定抗菌剂在基质材料上形成的抑菌区的范围以及杀死细菌培养基中微生物的数量。
细菌是活生物，像其他活生物一样，细菌将采用一切措施来生存。如果微生物暴露在抗菌剂剂量不会致命的环境下(暴露，但没被杀死)，可能会发生遗传变异。多年来，医学界对微生物适应潜在毒性的能力已有认识。未达到致命剂量的抗菌剂会残留在细菌体内，当这些细菌中毒症状消失后，它们可再吃未达致命的极限剂量的抗菌剂。这些暴露在不致命剂量抗菌剂环境的细菌可能会产生遗传基因的突变，从而产生抗药性，这些细菌繁殖的后代将不再受该种化学物质的影响。这一现象引起了医药界和食品行业的强烈关注，非织造布工业在选择抗菌剂时也必须认真考虑这一问题。
基材表面上抗菌剂浓度是不同的。在抗菌剂施放点的中心，浸出抗菌剂浓度最高；最远处浓度最低。在抑菌圈中心最外面的抗菌剂可能达不到致命的剂量，这里被称为适应区。在该区域中，可找到具有产生抗药性的微生物。对浸出抗菌剂技术的进一步要求是要控制药源浸出速度，以保证在需要的时间内抗菌剂浓度达到致命的剂量。
非织造布工业采用的抗菌剂与浸出型抗菌剂完全不同，其技术非常独特，可使抗菌剂永久滞留在织物表面。采用一步法湿整理加工工艺，抗菌剂可以两种方式附着在织物表面。第一种机理，而且是最重要的机理是阳离子物质以一个单分子层厚度非常快地涂在(物理吸附)基材上(织物、纤维)，这是一个离子交换过程，硅烷季铵化合物上的阳离子可以从基材表面所含的水或化学物质中置换出质子。第二种机理只适用于硅烷季铵化合物等物质，以第二种机理解释是硅烷醇以化学吸附方式吸附在基材表面，与基材分子间以共价键方式结合。硅烷醇吸附在基材表面后可使其功能维持得更长久，硅烷醇已与基质材料形成了均聚物。在硅烷醇以化学吸附方式与基材结合后，实际上硅烷醇已不能除去，甚至在不能与基材形成共价键的情况下也是如此。
抗菌剂一旦与基材聚合就不能移动，从而在基材上形成了一个抑菌区。抑菌区内不适合生物生存。由于抗菌剂是留在基材上的，故抗菌剂不可能透过皮肤，不会影响普通生长在皮肤表面的细菌，因而也就不会引起皮疹和皮肤过敏。这种硅烷有机官能团技术虽然已在皮革、泡沫以及所有类型织物抗菌处理方面的使用已超过20年，但该技术尚未用于抗微生物处理。硅烷对微生物无毒，当细菌接触到用有机官能团硅烷处理的织物表面时，该细菌细胞膜被破坏，然后接触氮分子中正电子时触电死亡。经过美国、亚洲和世界各地消费者以及在医用产品如软保护套、外科用布和地毡方面的使用，已证实这种抗菌技术是有效的。该技术已使用了25年，在生产加工及最终产品使用过程中没有发现对人体健康和环境有害的问题
5 防螨处理
防螨处理是为了限制螨虫数量的增加，减少螨虫存在的危险及引起的过敏。防螨处理就是要干扰螨的生长过程或改变其生活环境、阻止其繁殖。这对枕头、褥垫、家庭用品、地毯、填充玩具等非织造布产品及其他室内的非织造布产品都是很必要的。
上百万的人患有过敏、皮肤发炎、气喘或其他呼吸疾病。与敏感和随着发生的过敏疾病相关的3个室内主要过敏源为尘螨、宠物和霉菌。对不同人种有气喘病史的人进行调查研究表明，超过80％的人有过敏性气喘，而非气喘的人群中仅有5-30％的人对螨的过敏试验呈阳性。
螨属于蛛状物，像蜘蛛一样。螨很小(300-400 µm)，人们经常可在褥垫、沙发、地毯和许多其他合成或天然纤维中发现它们。在l平方米的地毯上可以生存l0万个螨，每一只尘螨每天将排泄大约20粒粪便(10-40 µm)，这些粪便是真正的过敏触发源。
螨虫吃人体皮肤上脱落的皮屑，这些皮肤细胞太干，尘螨不能消化，故尘螨需要把皮屑变成可消化的食物，这一工作由真菌Aspergillus完成。那么，只要消灭真菌Aspergillus，就可切断螨虫的食物来源，AEGIS抗菌剂正是通过这种方法来控制尘螨数量的增长。
在半自然条件下，在试验室(P.P.C-Bel-gium)里进行6周的实验来评价AEGIS AEM5700／5772抗菌剂处理褥垫的效果。通过观察得知，与未进行处理的褥垫相比，抗菌处理可灭掉98％的尘螨(见表1)。
表1 杀螨剂处理褥垫的效果评估
|
处理情况 |
3个个的统计数据 |
平均数 |
S.D |
减少率% |
||
|
AEGIS处理 |
20 |
37 |
13 |
23 |
12.34 |
98 |
|
未处理 |
1799 |
1902 |
1726 |
1809 |
88.43 |
- |
注：本试验时间为2000年8月9 13，用AEGIS抗菌剂处理褥垫，统计屋内尘螨数量的变化值。开始时螨的数量为50只(25对成年的螨)。表中数据是在
在法国T.E.C．试验室里也进行了类似的试验。采用法国NF G-39011标准，处理物为聚丙烯腈纤维和聚酯纤维，与未经处理的样品相比，在经AEGIS处理后的纤维中灭螨率达90％。
多年来，多家公司利用供应商提供的无机化学品控制褥垫中尘螨的数量，这些浸出的化学品可真正杀死螨虫，但使用量难以控制。长久以来人们一直关注这些化学品的负面影响，直到最近供应商才提供了这方面的信息。虽然这些化学品灭螨的效果很好，但有管理意识的公司今天都不再使用它们了。
6 应用方法
如上所述，各种抗菌技术差异很大，应用要求也完全不同。根据抗菌技术、产品最终用途和抗菌剂的作用机理，可选择各种不同的应用方法和步骤，如在聚合物熔体中、在纤维加工过程中加入抗菌剂，或对织物或产品进行后整理，所有有用的方法都可以选择。
如果考虑在聚合物熔体中加入抗菌剂，则必须评估聚合物熔融时所产生的一些问题。将抗菌剂加入聚合物进行纺丝加工时，部分抗菌物质会埋在纤维内部，然而纤维抗菌性是取决于纤维表面抗菌剂的量。另一些会遇到的问题是：①抗菌剂必须均匀混入聚合物中；②在
在聚合物成纤后，抗菌剂可加到拉伸油剂和纺纱油剂中．如果能解决抗菌剂和油剂的相容性和均匀性能的问题以及保持纺丝整理的性能，这种方法是有很多优点的，纤维的抗菌处理不能影响所有正常的加工工序，不能产生对人体、加工设备和环境有害的物质。
以相似的方法和同样的谨慎，抗菌整理可以在拉伸工序后的每一道工序中进行，在有卷曲油剂或无卷曲油剂时都可在卷曲工序中加入抗菌剂。利用热定型工艺保证抗菌剂能永久粘合在纤维表面。在使用AEM5700／5772活性硅烷抗菌剂时，需进行粘合反应，以提高抗菌效果的耐久性。一些可以与纤维进行反应或粘合在纤维上的抗菌剂可加入到纺粘非织造布产品中，通过喷雾或浸轧粘合在纤维网上。这些操作可在纤维生产厂或在预处理阶段完成。该方法可以在纤维表面进行抗菌处理，同时也可提供加工过程和最终产品所需的相容性和安全性。一些抗菌剂可能会从纤维表面析出，虽然这还要通过一些实际试验来证实，但考虑到可能会对人体和环境造成影响，采用会析出的抗菌剂不是一个很好的选择。
最后的选择是将抗菌剂加在最后的非织造布衬底表面上，这可以用喷雾技术和浸轧工艺完成。AEM 5700／5772活性硅烷抗菌剂也可采用泡沫方法施加在非织造布毡上。再次重申，必须保证抗菌剂使用的安全性，抗菌剂必须满足加工工艺和最终产品的要求。
7 安全方面
必须根据化学品的用途和毒性严格审查所有在非织造布抗菌处理中使用的化学品。根据定义和功能，抗菌剂的作用就是抑制和(或)杀死生物。但必须了解生物圈的复杂性，要做到生态平衡。例如，考虑AEM 5700／5772抗菌剂的安全问题时，尽量采用最小剂量的抗菌剂，并使非织造布的抗菌效果达到要求。
适当施加的硅烷可与非织造布基布形成化学键。硅烷还是一种广谱抗菌素，安全性能好，可在非织造布行业广泛使用。
对硅烷已进行了以下研究：(1)强刺激口服试验；(2)强刺激眼睛试验；(3)强刺激和微刺激表皮试验；(4)强烈的蒸气吸入试验；(5)一次性皮肤过敏和刺激试验；(6)微弱的阴道刺激试验；(7)4天静态鱼中毒试验；(8)畸形评估；(9)微刺激人体穿着试验；(10)人体反复刺激斑点试验；(11)试管中Ames细菌的新陈代谢试验;(12)有、无外界新陈代谢作用时试管中生物细胞的蜕变；(13)试管内受移植者医学试验；(14)经由皮肤吸收的研究。虽然上述试验数据可以提供一些使用硅烷时的注意事项，但重要的还是要考虑被处理的基材。
Olerman还作了进一步的研究。研究工作在美国医疗用品供应中心(Baxter康复中心)进行，用AEM
5700／5772处理外科用布。这些研究工作包括预先进行的临床生物相容性试验，用以判断皮肤与这些医用品接触是否合适。这些试验为：①细胞组织培养(细胞毒素)，确定该试验材料的细胞组织培养介质(血清)洗脱物是否能诱发人体单层细胞病变；②用试验材料提取物进行单独动物注射试验，观察其身体中毒反应，以评估试验材料的潜在毒性；③用试验材料的提取物进行单独动物注射试验，观察所产生的肌肉过敏，以评估潜在的皮肉过敏性状；④利用兔子进行试验，根据其眼睛受试验材料提出物刺激的程度来确定该材料对眼睛的影响；⑤如果从试验材料中提取的一种物质导致人体血红细胞出现溶血现象，就可以用它来确定该物质是否对人体产生溶血；⑥用人体重复裹伤包扎试验来确定在控制的包扎试验条件下，试验材料是否会刺激皮肤和引起皮肤过敏；⑦研究所有滤取物，用以评估当浸在大量生理盐水和模拟人体汗液中时，化学改性织物的永久性和非浸出潜力。
Olderman报告中有关这些生物相容性的最后试验结果表明，经AEM 5700／5772抗菌剂处理的织物无毒、无刺激性和不会使人体皮肤过敏，有永久的抗菌能力。这些预先进行的临床研究为我们提供了大量资料，有助于我们预测抗菌后整理织物的生物相容性及支持它们安全地在临床上使用。可以认为抗菌后处理的织物在外科手术中使用是安全的，经多年临床使用未产生不良影响的事实也支持抗菌织物可在更多领域中使用。
8 抗菌处理效果的检验
有用的抗菌剂的另一个重要性质是它的存在必须可核实。实际上，惟一的方法是检测产品中是否含有抗菌剂。要告知产品中是否含有抗菌剂并不是一件容易的事，实验室检验技术是惟一可以告诉你产品中浸出的化学品是否是抗菌剂，试验需要用数天或数周时间来完成。除了使用AEM
5700／5772抗菌剂技术外，还可采用一种对工厂和商店的织物和其他材料表面微生物进行检验的沾污试验方法。质量保证体系有一个非常重要的部分就是确保生产商、零售商和消费者所使用的原料和产品性能可靠，以保护消费者的合法权益不受侵犯。
9 抗菌剂的管理
正如我们已经讨论过的那样，并不是所有的抗菌剂都相同。抗菌剂之间在性质上有很大差别，这将影响它们的使用寿命、性能、安全性和成本。所有的抗菌剂都由美国环境保护署(EPA)、EEC杀菌剂管理中心和全球各地的其他管理机构管理。抗菌剂必须在EPA、EU和其他管理机构登记并写明它们的特殊用途。在一些情况下，抗菌剂不能错用。在另一些情况下，如抗菌产品发生了问题则要被索取罚金，有时罚金总数可达几百上千美元。将未经登记且无索赔条款的产品销往有管理条例的地区时会遭遇退货，错过了供货时间，产品也就不能上柜零售。
生产商必须特别注明其生产的抗菌产品的最终使用范围以及用途(例如在美国EPA登记的仅能用于鞋子抗菌处理的抗菌剂，不应该在短袜抗菌处理时使用)。
10 经抗菌处理的非织造布的应用
每一个非织造布销售人员只要掌握抗菌处理优缺点的知识，都能确定他们顾客的需求和这些抗菌处理能为他们的产品带来的市场价值。
这些市场可能包括：医用、餐饮服务和家用抹布，空气过滤和水过滤介质，轿车和行李箱内饰材料，地板材料，泥沙稳固介质，屋顶材料，各种结构制品，医用服装和用品，鞋衬，服装，纤维填充的枕头和褥垫，被套，其他床上用品以及在可能产生微生物问题环境下使用的所有物品。
11 结论
21世纪的前1O年市场的焦点聚集在生物控制技术上。生物控制技术可以有效地减少各种非织造布产品上的病菌、细菌、霉菌、霉、真菌和螨，提高其使用寿命。
民意测验表明，市场已接受了抗菌产品。消费者用自己口袋里的钱证实了这一点。1998年抗菌产品的产量是1992年的7倍，而且自1998年以来，消费者对抗菌产品的需求增长惊人，随着对抗菌产品要求的提高，抗菌技术的研究也随之加强。地球上有成百上千种化学物质可以杀死微生物。虽然许多杀菌化学物质如砷、铅、锡、汞、银、植物提取物和动物提取物都是天然的，但它们对人体和环境都有很大的毒性。纺织工业用的有效抗菌剂不能只是杀死或除掉微生物，还必须对人体是安全的，在抗菌的有效期内不能对纺织品的其他重要性能产生负面影响。
为了从消费者对抗微生物／抗细菌的要求及纺织品抗微生物／抗细菌的性能要求方面获益，生产商作出了一种选择。在这种选择中，他们可以按照客户的要求对微生物进行控制或对纺织品进行抗菌整理。经研究后，他们要做的工作如下：
(1)采用不会造成渗入皮肤危险的或不会对皮肤表面正常的细菌群产生不利影响的非浸出抗菌剂。如果抗菌剂产生抑菌圈或必须使整个织物上都有抗菌功能，抗菌剂的浸出或移动都可能对人体和环境产生影响。
(2)采用已使用多年的抗菌技术，将有助于缩短具有抗菌／抗真菌／消臭及具有抗微生物功能的产品走向市场的时间。
(3)采用对微生物不易产生抗菌性的、不会造成危险的非浸出抗菌剂。
(4)采用EPA、EU及其他特殊用途管理机构注册的抗菌剂。
(5)采用能进行应用性能测试的抗菌剂，可检验的质量评估体系应该是任何应用过程的关键因素。
(6)采用有技术和市场支持的抗菌剂。大量零买者抱怨买来的抗菌剂与他们的产品标准要求相差很大。目前尚未对织物进行永久性抗菌处理的生产商应该考虑在织物后处理时进行抗菌处理，以防止其产品掉价。因为生产商都注重其产品的价值，他们应该认识到抗菌整理是必然的趋势，未来始于足下。