镀银纤维与光触媒纤维长丝织物的抗菌性能研究yd15806

杜磊，谢勇，叶玲，邹奉元浙江理工大学服装学院，杭州310018

收稿日期：2012-11-12

作者简介：杜磊(1989-)，男，硕士研究生，研究方向为智能服装。通信作者：邹奉元，教授，博导，zfy166@hotmail.com

原载:丝绸2013.2;1-5

【摘要】采用镀银纤维与光触媒纤维长丝以不同嵌织比例和不同织物组织结构制得织物样品，采用吸收法对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果进行了研究，考察了其抗菌效果。研究表明，所制备的抗菌织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑菌效果，抗菌织物对于大肠杆菌抑菌效果优于

金黄色葡萄球菌，斜纹织物的抗菌效果优于平纹织物和缎纹织物。研究认为织物的抗菌效果来自于

银离子溶出性抗菌和TiO2的非溶性抗菌的协同作用。当镀银纤维和光触媒纤维嵌织比例为1:1，并

以斜纹组织织造时，织物中单质银质量分数为0.94％，TiO2含量为0.29％，织物具有良好的抗菌效果且生产成本较低。

【关键词】镀银纤维；光触媒纤维；抗菌性；机织物

【中图分类号】TS101.8 文献标志码：A 文章编号：1001-7003(2013)02—0001-05

银以其优异的广谱抗菌性和对人体细胞无毒性等特质，被公认为良好的抗菌材料。但由于银单质比表面积小，容易被氧化，且银的抗菌性能需要银的高价态才能发挥出来，因而对抗菌性能有一定的影响，但是镀银纤维比表面积大，使得银的抗菌性能优良。同时有研究发现镀银纤维的抗菌性优于纯银纤维长丝；MACKEEN P C等以涤纶纤维和镀银的尼龙纤维混纺，研究发现镀银的尼龙纤维比例越高

纱线的抗菌性越好。TiO：是一种优良的光催化剂，近十几年来，它作为一种新型无机抗菌剂发展迅速，被作为抗菌材料广泛用于抗菌领域 J，而微孔状光触媒纤维又可以将光触媒的抗菌性很好地表现出来。

从抗菌机理来分，抗菌纤维可分为溶出性抗菌和非溶性抗菌两种[4]。将溶出性纤维和非溶出性纤维组合在一起．可以彼此互补，提高抗菌性能。银系抗菌剂的效果在24 h左右发生，而纳米Ti02仅需1h左右[5]。而且在TiO2光触媒粒子中掺杂少量过渡金属如Ag，可有效提高电简和空穴的分离，提高光催化能力[6]，同时光触媒纤维的价格远远低于镀银纤维。所以本研究以不同嵌织比例及不同组织结构的真空镀银纤维长丝和蜂窝状光触媒纤维长丝嵌织织物为研究对象，观察其抗菌效果并分析两种纤维抗菌机理对其抗菌效果产生的影,期望得到优化的织物设计。

1 实验部分

1．1 材料与嵌织方法

经纱采用l67dtex涤纶长丝，两种纬纱分别采用167 dtex蜂窝状微孔结构光触媒纤维长丝和169 dtex镀银纤维长丝，3种纱线基本参数如表1所示。

表1 经纬纱基本参数

1．2 密度法测定镀层纤维单质银含量

纤维外镀金属主要有化学镀、电镀及真空镀3种方法。真空镀膜技术是目前世界最先进的表面处理技术，在纺织材料表面实现金属化效果最为理想[7]。通过这样的方式可以得到非常薄的表面镀层，同时具有速度快、附着力好的突出优点。本研究选用真空镀膜技术的镀银纤维，其横纵截面的扫描电镜(SEM)照片如图l所示。

图1 真空镀银纤维横截面SEM照片

织物的抗菌性与嵌织织入镀银纤维和光触媒纤维长丝的比例有关，同时与镀银纤维长丝的本身银元素含量有关[4-8]。本研究采用密度法快速测定镀银长丝中银的含量[9]，但在测试前要保证镀银纤维的回潮率较低。经过测试，镀银长丝的回潮率仅为O．2％，所以可用密度法进行测试。假没镀层纤维的干质量为m₀其中金属质量为m；镀层纤维体积为v,镀层金属体积为v₁；银相对密度为p_银；基材纤维锦纶的相对密度为P_锦。镀层纤维中金属质量可表示为：

查得银的密度为1O．53 g／cm3，锦纶的密度为1．14 g／cm3，可通过式(1)计算得出银元素的含量。

1．3 能谱分析法测定Ti02含量

采用能谱仪(EDS)分析微孔状光触媒纤维化学元素成分，通过得到Ti元素的含量，可以计算出光触媒纤维长丝中Ti02的含量。

1．4 抗菌实验

根据GB／T20944．1-2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》的标准进行抗菌实验[10]，研究不同嵌织比例的镀银纤维长丝与光触媒纤维长丝织物及不同织物组织结构的嵌织织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性影响。

2 结果与讨论

2．1 镀银纤维中单质银质量分数及光触媒纤维中Ti02质量分数

镀银纤维银的质量分数测定结果如表2所示。将5组试样所测得银元素质量分数进行平均，可得到镀银纤维中银元素的质量分数为7．514％。

图2为微孔状光触媒纤维的截面图。从图2可观察到光触媒纤维的表面结构与普通纱线并没有大

的区别。

图2 微孔状光触媒纤维表面SFM照片

光触媒纤维的能谱如图3所示，从光触媒纤维的能谱中得到，光触媒纤维中存在碳、氧、纳、硫、钛等元素；同时从表3微孔状光触媒纤维中元素含量表中可以得到Ti的质量分数为0．47％，Ti的相对质量分数为49．9，可得到微孔状光触媒纤维中，Ti02的质量分数为0．784％。

图3 微孔状光触媒纤维EDS谱图

表3 微孔状光触媒纤维中元素含量

2．2镀银与光触媒纤维长丝嵌织织物的抗菌性测试与分析

3种不同组织结构镀银纤维与光触媒纤维长丝嵌织织物的电镜照片及组织图如图4所示。


（a）平纹织物电镜照片及织物图	(b)2/2加强斜纹织物电镜照片及织物图	(c)五枚三飞复合阴影缎纹织物电镜照片及组织图
图4 3种不同组织结构的织物电镜照片及组织图

3种组织结构,经纬组织点的覆盖率均为50％，由其镜照片可以观测到平纹组织织物结构致密，缎纹织物较为松散，而斜纹织物紧度适中。再采用6种不同嵌织比例，其嵌织比例参数如表4所示。：

其中，l#织物经纬纱都为167dtex的涤纶纤维长丝，作为实验的空白对照，按照表4中6种嵌织比例与3种不同组织结构进行组合，共试织了l8块织物。

表4 织物规格

在织物抗菌织物测试中，按下式计算细菌数。

M =Z × R×20 (3)

式中：M表示每个试样的细菌数；Z表示二个平皿菌落数(CFU)的平均值，R表示每个试样的稀释倍数。洗脱液的用量为20 mL。

根据下式计算细菌增长值F，当F大于等于1.5的实验判断为有效。

F=lgC₁-lgC₀ (4)

式中：F为对照样的细菌增长值；C₁为3个对照样接种并培养18～24 h后测得的细菌数的平均值；C₀为3个对照样接种后立即测得的细菌数的平均值。

在本实验中金黄色葡萄球菌在平纹织物、斜纹织物、缎纹织物的细菌增长值，分别为2.90、2.08、2.08；大肠杆菌在平纹织物、斜纹织物、缎纹织物的细菌增长值F分别为2.15、2.19、2.17。以上各值均大于1.5，实验判断为有效。

对于实验有效的试样，按下式计算抑菌值。

A=lgC_t-lgT_t (5)

式中：A为抑菌值；T_t为3个试样接种并培养18～24 h后测得的细菌数的平均值。当抑菌值大于等于1时，样品具有抗菌效果。当抑菌值大于等于2时，样品具有良好的抗菌效果。

按照标准，通过实验所制备的抗菌织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑菌效果，且抗菌织物对于大肠杆菌抑菌效果优于金黄色葡萄球菌。初步认为织物的抗菌效果来自于镀银纤维和光触媒纤维的共同作用。织物的组织结构对抗菌效果有一定的影响。从图5、图6中可以观测到，同样嵌织比例的斜纹织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均优于平纹织物或缎纹织物。TiO2禁带宽度很大，约3.21 eV，是一种N型半导体材料，在吸收表面辐射大于禁带宽度的条件下，TiO2的价带电子就会被激发，价带上面形成相应的空穴，还会形成电子，光生载流子迅速迁移到材料的表面。可以凝固病毒的蛋白质，使病毒失去活性，破坏细胞膜，使细胞质流失[11]。根据图4各种组织织物电镜照片分析可得，斜纹织物相对平纹织物较为疏松，有利于光触媒纤维对光的吸收与相应；银作为贵金属能够诱导光触媒能带隙上电子与空穴的有效分离，减少了电子和空穴的复合几率，从而大大提高了电子与空穴对周围细菌的氧化与分解。而斜纹织物相对缎纹织物紧密，镀银纤维的点分布率更加均匀，这有利于银离子的溶出，直接接触细菌，进而杀灭细菌，产生抗菌效果。

纬纱中不同含量镀银纤维长丝织物的抑金黄色葡萄糖球菌和大肠杆菌的效果如图5和图6所示。


图5 试样对金黄色葡萄球菌的抗菌参数	图6 试样对大肠杆菌的抗菌参数

从曲线中可以观察到，随着镀银纤维长丝比例的增加，织物的抑菌值会随之增加，当嵌织镀银纤维长丝在纬纱中比例为0～75％时，织物的抗菌效果变化不是特别显著；但当嵌织镀银纤维长丝在纬纱中大于75％后，织物抗菌效果会迅速提高。100％的镀银纤维长丝作为纬纱的织物，几乎没有菌落形成。但是考虑到成本因素，纬纱中镀银纤维和光触媒纤维长丝嵌织比例为1:1，并以斜纹组织织造时，织物中银元素质量分数为0.939 35％，TiO2含量为0.294％，抑菌率大于2，说明织物有良好的抗菌效果，已经能够满足日常服用对卫生安全的基本要求。

3 结论

通过对不同比例、不同组织结构的镀银纤维和光触媒纤维嵌织织物的抑菌率测试，发现斜纹组织的抑菌效果最好，这种良好的抗菌效果来自于银离子与TiO2的协同作用。其中既有银离子溶出性抗菌，也有TiO2的非溶性抗菌，但从抗菌效果与成本综合考虑，纬纱中镀银纤维和光触媒纤维长丝嵌织比例为1:1，并以斜纹组织织造时，织物具有良好的抗菌效果。在今后的研究中，笔者还将对金属镀层长丝嵌织织物的风格和服用性能进行测试和分析，使得织物既能满意抗菌要求，又能保证良好的穿着舒适性

参考文献：

[1]李瑞洲，郑元生.镀银纤维抗菌性试验研究[J].棉纺织技术，2009，28(5)：31-33.

[2]MACKEEN P C，PERSON S，WARNER S C，et a1.Silver-Coated nylon fiber as an antibacterial agent[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy，1987，31(1)：93-99.

[3]马廷方，戚丽华，刘琳，等.新型纳米银抗菌棉织物的制备及其性能检测[J].现代纺织技术，2012，20(1)：16-19.

[4]敖利民，郑元生.镀银纤维分布均匀性与织物抗菌性的关系[J].棉纺织技术，2011，39(1)：26-29.

[5]刘吉平，田军.纺织科学中的纳米技术[M].北京：中国纺织出版社，2003：142.

[6] VOGEL R，HOYER P，WELLRR H.Quantum size PBS，CdS，Ag2 S，Sb2 S3 and sized Pb2 S3，particles as sensitizer for various nanoporous wide band-gap semiconductors[J].The Journal of Physical Chemistry，1994，98(12)：3183—3188.

[7]叶卉，李东平，夏芝林.镀银纤维的研发进展及应用[J].纺织导报，2006(6)：54-56.

[8]张红霞，陆艳，田伟，等.镀银纤维含量对织物抗菌性能的影响[J].纺织学报，2011，32(9)：3841.

[9]郑元生.基于镀银纤维抗菌织物的设计与开发[D].石家庄：河北科技大学，2010.

[10]GB／T 20944.2—2O07纺织品抗菌性能的评价，第2部分：吸收法[S].

[11]陈伟.蜂窝状微孔结构光触媒纤维及其面料的功能性优化研究[D].杭州：浙江理工大学，2011.