织物高耐洗性抗菌整理yd16611
R.Harbig Sanitized公司（瑞士）
张靖，沈发伟 译 罗艳 校
原载：国际纺织导报2013/5；40-44
【摘要】消费者与媒体对抗菌整理品的认识在日益增加，尤其是其毒理与生态方面的 问题正被公众和科学家所讨论。介绍了两种不同的高耐洗性抗菌纺织整理的技术概念。抗菌整理剂的保护作用主要发挥于卫生防护服用纺织品、床上用品和家用纺织品中，重点是避免细菌与真菌的危害。而家用纺织品和产业用纺织品则主要强调防止真菌和藻类的侵袭。
【关键词】高耐洗性，抗菌．硅烷季铵化舍物，吡啶硫酮锌
对织物有特定影响的微生物可细分为细菌、霉菌、酵母菌和藻类等。细菌几乎可以在任何地方大量繁殖，产生难闻的气味，对环境卫生造成负面影响；霉菌通过形成特殊的污点对纺织材料造成破坏；酵母菌生长迅速，可形成黏膜，并产生难闻的气味，对卫生造成负面影响；藻类在光照下可快速繁殖与生长，形成滑膜，并产生不美观的绿色与红色斑点。
在新的sanitized产品效果交流中，三个常用术语——新鲜度、舒适感与保护性用于描述不同的保护目的(图1)。
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图1 新的Sanitized产品效果 |
为使服装、床上用品和家用纺织品满足使用时的卫生要求，纺织产品中加入了各种抗菌活性成分，包括异噻唑啉酮衍生物(如B1T、0IT)、银和氯化银、三氯生、季铵盐(QAS)、聚六亚甲基双胍(PHMB)、三甲氧基甲硅基改性季铵盐(即硅烷季铵化合物)及吡啶硫酮锌(ZnPT)等。
本文选取了硅烷季铵化合物和吡啶硫酮锌两种作为高耐洗性抗菌纺织品整理剂的活性成分，并对其工艺进行了较详细的描述。
1 硅烷季铵化合物
市售的Sanitized
T99-l9由Sanitized公司生产，产品包含硅烷季铵化合物类活性成分——二甲基十四烷基-3-(三甲氧基甲硅基)-丙基氯化铵，空间结构如图2所示。
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图2 杀菌产品Sanitized
T99-l9的活性成分 |
很多研究小组已对结构相似的硅烷季铵化合物的反应性及其与织物表面的黏合性进行了研究、测试及内在分析。据此，[R-SiO3/2]。类型的低聚物和聚倍半硅氧烷类衍生物都可通过水解和缩聚反应制得。反应从三甲氧基硅烷季铵化合物开始，硅烷醇衍生物在水解步骤中随甲醇的释放而形成，后经120℃以上的高温干燥，通过溶胶-凝胶工艺浓缩得到R-Si0网状结构(图3)。
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图3
R-SiO网状结构的形成 |
应用工艺中，干燥与交联温度决定着这些溶胶-凝胶材料在纤维表面形成的涂层结构，从而在棉和聚酯纤维表面形成耐洗性的抗菌黏合涂层。
可采用传统的纺织加工工艺如浸轧、浸渍、喷射(仅限密闭空间中)、涂层等，将这种抗菌性硅烷季铵化合物应用到织物基质中。下文以市售的硅烷季铵化合物Sanitized T 99-19为例说明浸渍工艺的应用(图4)。
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·工艺时问短：30℃，5 min ·加热速度：l～3℃／min ·保温15-20 min ·可加入其他助剂 ·保温15～20min ·冷却速度：l～3℃/min ·排液 ·脱水，干燥，冷凝(120～180℃) |
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图4
Sanitized T 99-19 浸渍工艺曲线 |
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最好的结果是在较低的浴比(<l:10)及弱酸性pH值条件下获得。加热至60℃并保温30 min，可根据需要再添加纺织助剂。冷却后将液体排除，并脱去织物中的水分，然后将织物在120～180℃条件下干燥、浓缩。理想情况是，硅烷季铵化合物在160℃下干燥45s，使其发生交联。采用日本工业标准测试方法JIS L 1902:2002，通过计量细菌数测试整理后织物的抗菌效果。此法对亲水性和疏水性的织物均适用。在该方法中，细菌连同少量的营养物、润湿剂直接放置到织物试样上，于37℃下培养18 h，然后用氯化钠溶液冲洗织物上的细菌。将一系列稀释液于37℃下再培养18 h，用于测定个别稀释液中的细菌数。通过比较开始测试时和培养18 h后试样上的细菌数，并用对数的方法计算菌落数的减少。在该测试方法中，硅烷季铵化合物活性的测定通常是选择金黄色葡萄球菌进行对比。
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图5
Sanitized T 99-19对细胞壁的破坏并致使细菌失活 |
图5形象地说明了已获专利的硅烷季铵化合物sanitized T 99-19抑制细菌的作用。由于长碳链的相互作用及铵化硅烷的正电荷作用，细菌的细胞壁会变得不稳定，导致细菌失活，从而减少了纺织品上的汗渍味。对整理后的棉织物和聚酯织物进行微生物试验(本试验选择金黄色葡萄球菌进行测试)，典型的结果是经工业洗涤50次及家庭洗涤100次后织物仍显示出很好的抗菌性能(表1)。
表l 整理后棉织物和聚酯织物的微生物试验典型结果
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JIS L l902:2002 |
LoglO(金黄色葡萄球菌减少数) |
金黄色葡萄球菌减少率／％ |
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聚酯织物(整理剂相对织物的质量 分数为0.7％)，40℃洗涤20次 |
5 2 |
＞99.999 |
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聚酯织物(整理剂相对织物的质量 分数为O.6％)，75℃洗涤50次 |
4.8 |
＞99.99 |
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棉织物(整理剂相对织物的质量分 数为0.6％)，40℃洗涤60次 |
5.7 |
＞99.999 |
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棉织物(整理剂相对织物的质量分 数为0.6％)，40℃洗涤100次 |
4.l |
99.99 |
2 吡啶硫酮锌
市售的Sanitized TH 27-24和Sanitized TH 22-27产品是活性成分基于吡啶硫酮锌[双(2-吡啶)-N-氧化锌](图6)的一种高耐洗性抗菌织物整理剂，专用于纺织品领域。众所周知，吡啶硫酮锌是抗头皮屑香波中的主要活性成分。
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图6 Sanitized TH 27-24和Sanitized TH 22-27的活性成分 |
含吡啶硫酮锌的sanitized产品表现出了广谱的抗菌活性：卫生防护性，可防止细菌生长；对MRSA(耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)病原体具有优异的抑制效果；可通过抑制真菌和藻类生长来保护材料；可通过抑制尘螨繁殖来减少室内尘螨。
高耐洗性抗菌整理是通过将这类产品与标准的纺织应用工艺(如浸轧、浸渍、对织物基质涂层等)相结合实现的。当对经Foron染料上染的聚酯织物进行sanitized TH 22-27浸渍工艺处理时，所得整理效果极好(图7)。且根据纤维类型(如PET、PA、羊毛)不同，浸渍工艺的适用浓度在1．O％～2．O％(相对织物的质量分数)之间。被整理织物抗菌效果的检测由靶标生物决定，现有不同的国际标准测试方法，如AATCC 147(细菌)、AATCC
30(真菌)、ASTM G 2l-96(真菌)、NF G 39-011(螨虫)等。
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图7 Foron染料上染聚酯织物 |
在琼脂扩散试验AATCC 147(平行划线接种法)中，整理后纺织品抗菌活性的定性分析可相对快速简易地完成。在该试验方法中，试验材料的污染及抑菌区的形成都可通过肉眼直接观察。若抗菌活性良好，则观察不到污染，如若有活性成分扩散到培养基中，则还可见到抑菌区。试验中，长方形试样(25 mm×50 mm)直接放置于琼脂培养基中，试验用细菌，如金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)，作为种菌以平行划线的方式接种到试样上。接着，Petri培养皿必须在37℃下培养18-24 h。
经过含吡啶硫酮锌产品整理后的织物还可采用细菌计数法JIS L 1902：2002定量测试其抗菌活性。以经过1％(相对织物质量的百分数)含吡啶硫酮锌整理后的标准聚酯织物为例，经40℃标准家庭洗涤20次后，loglO(金黄色葡萄球菌减少数)为5．3，这意味着金黄色葡萄球菌减少率大于99．999％。
以经过1％(相对织物的质量分数)含吡啶硫酮锌整理后的聚酯／棉混纺织物为例，经75℃工业洗涤50次后，琼脂扩散试验AATCC
147的结果表明，无金黄色葡萄球菌的后续污染。这种情况下，O mm抑菌区证实了其良好的抗菌活性，即织物表面上的活性成分有抗菌性，且仅有少量活性成分扩散到接种的培养基中。
除了具备优良的耐洗性能外，织物抗菌整理剂与其他织物的结合能力对其取得商业成功也至关重要。为确定Sanitized产品抗菌性能的最佳兼容性，科莱恩纺织化学品公司已结合其生产的纺织助剂进行了大量的试验。这项工作产生了新的“Effect Labels 2010”标签。有了当前这11个颇具吸引力的标签，将科莱恩先进的技术与sanitized产品结合，便可获得极好的纺织品特性。
活性成分基于硅烷季铵化合物或吡啶硫酮锌的sanitized产品给服装业带来了新鲜感与舒适度，如针对棉织物的Nuva N
4118+Sanitized T 99-19可获得易清洗、舒适、清新的效果，针对棉织物的Rayosan
C+Sanitized T 99-19、聚酯织物的Rayosan PET+Hydroperm
SRHA+Sanitized TH 22-27可获得抗紫外线及清新的效果。
3 结语
利用上述技术可获得高耐洗、可持续抗菌的纺织整理剂，且符合现代纺织品整理工艺。上述所提及的整理剂可满足生态和经济可持续发展的高要求，具有高度的社会责任感。