防虫驱蚊纺织品的研究进展yd19706
孙颖1,2,林芳兵1,王曰转1,王淑媛1 1.齐齐哈尔大学轻工与纺织学院,黑龙江齐齐哈尔161000; 2.亚麻技术加工研发中心,黑龙江齐齐哈尔161000)
收稿日期:2015-03-09
基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(项目编号:E201342)
作者简介: 孙颖,在读博士研究生,主要研究方向为纺织品加工工艺。E-mail: sunying71750@ sina.com。
原载:毛纺科技2015/7;66-71
【摘要】文章对防虫驱蚊纺织品的研究历史、现状以及发展前景进行综述。主要研究螨虫的种类及其危害、防螨原理、防螨整理剂、防螨纺织品的开发。对于蚊虫类害虫的预防和杀灭方法,主要从蚊虫的种类及其危害、防蚊虫原理、防蚊虫整理剂、防蚊虫纺织品的开发、杀虫剂的微胶囊技术、防蚊整理工艺等多个方面对防蚊虫纺织品进行了阐述。
【关键词】防虫驱蚊纺织品; 驱避剂; 杀虫剂
【中图分类号】TS195. 583 文献标志码: A 文章编号: 1003-1456( 2015) 07-0066-06
近年来,由于纺织材料新处理技术的不断涌现,使得功能纺织品得到飞速发展,并使其成为了一个重要的高新技术产业[1],其中防螨、防蚊虫纺织品则成为了近年来功能纺织品研究热点之一。在纺织品的防螨、防蚊虫整理技术中,最早研制开发的是毛纤维纺织品的防蛀处理,继而是防蚁整理[2]。早在1999 年日本就开始对该类纺织品使用的整理剂进行研究,日本大阪公司提供了“防螨加工Biosron-Ⅱ和防蚊加工Biosron-M”等加工方法,随后美国也开始了和日本类似的防蚊整理剂研究,同时,国内对于防虫驱蚊整理剂的研究也在不断进行中[3]。
2003 年台湾的永和纤维公司宣布与国外一家制药厂合作共同研制开发防蚊布成功[4]; 上海的洁宜康化工科技有限公司也研制成功了JYK-PL100 防蚊卫生整理剂[5]。但就目前的研究情况来说,纺织品的防螨、防蚊虫处理成果相对较少,仍需更加深入的研究。本文综述了纺织品防虫驱蚊整理剂,整理技术以及工艺参数,为今后的进一步研究提供基础。
1 防螨纺织品
螨虫能传播细菌、病毒,从而引发各种疾病,如:皮炎、血热等疾病。最直接的方法是利用防螨织物进行防螨,最好的防螨材料应具有优良的弹性、透气性及较细线密度的纤维或非织物合成的材料[6]。
1. 1 防螨原理
目前比较常用的防螨虫的方法主要有2 种,第1种方法是对环境中的螨虫进行杀灭,第2 种方法是对环境中的螨虫进行驱避[7]。第1 种方法主要是对室内的家具产品进行杀螨处理,就是将螨虫杀死,这种方法防螨效果较好,但所使用的杀螨剂却对人类有很大的危害,这种方法不应经常使用,只能定期使用。驱避螨虫是对螨虫的味觉、触觉、嗅觉进行麻痹,味觉麻痹是利用有机酸作用于螨虫的味觉器官,使其不能找到栖息的目的地,该方法是将防螨剂作用于螨虫的相关器官,从而达到防螨效果[8]。触觉麻痹是利用有机驱避剂( 如拟除虫菊酯剂等类似的驱避剂) 接触螨虫的神经系统,从而使螨虫的神经错乱。嗅觉麻痹是利用甲苯酰胺系驱避剂作用于螨虫的嗅觉器官。现在使用较多的驱避螨虫整理剂大多数都是针对螨虫的嗅觉和味觉相结合[9],而且不同类型的驱避剂对螨虫的驱避效果也不同[10],其效果从大到小依次为: 酰胺类、酯、醇、硝基化合物、胺和腈等。
1. 2 防螨整理剂
1. 2. 1 防螨抗菌整理剂SCJ-998
防螨抗菌整理剂SCJ-998 是由SCJ-998A、SCJ-998B 和SCJ-998C 3 个部分组合而成。这3 个组分具有不同的性质,将其混合在一起,可具有较好的防螨抗菌效果。若在防螨抗菌整理剂SCJ-998 的规定使用浓度下,防螨抗菌整理剂SCJ-998 对纤维或织物的白度、强力、手感和透气性没有任何不良作用而且防螨抗菌整理剂SCJ-998 拥有广谱高效的防螨抗菌性能和优异的耐洗涤性能[10],它对尘螨的驱避率可以高达99%,将它处理后的织物洗涤100 次后对应织物的抑菌率仍可高达99. 95% 以上,当工作人员穿着这种功能性纺织品时便可以很好的防止蚊虫以及其他害虫接触人体。
1. 2. 2 防螨整理剂SCJ-999
防螨整理剂SCJ-999 是由北京洁尔爽高科技有限公司研制开发生产的一种新型织物功能性整理剂[11],具有较好的防螨效果,但防蚊虫效果相对较弱[12]。其主要成分是带有活性基团和氨基的有机脂类化合物,这种化合物的结构决定它可以与棉、麻、丝、毛纤维等产生交联反应,同时也可以通过使用固着剂在织物的表面形成一层防虫药膜,这层防虫药膜对螨虫有较好的驱避作用[12]。
使用这种方法整理后的织物对螨虫的驱避率可高达99%,而且织物本身的外观和物理指标也不会受到任何不良影响,处理后的织物洗涤60 次后仍具有良好的驱避效果,SCJ-999 防螨整理后的织物对皮肤无任何刺激、过敏现象[13],对人体无毒且穿着舒适。而且该防螨虫整理剂可以广泛应用于整理床上用品、针织品、窗帘等装饰织物以及其他一些特殊的军用纺织品[14]。
1. 2. 3 防螨剂Mark-amid 1-20
防螨剂Mark-amid 1-20 是由SCN 公司研制开发生产,其外观为淡黄色的油状液体,不易溶于水且有独特的樟脑气味。它的沸点为95 ℃,耐酸,耐热,耐紫外线较差。防螨剂Mark-amid 1-20 常用作地毯和椅套的后加工药剂,主要有乳化型和油性型2 种。
1. 2. 4 防螨剂Acitiguard AM 87-1
防螨剂Acitiguard AM 87-1 是由瑞士Santized公司研制开发生产的,其主要成分为异噻唑啉酮化合物和除虫菊酯衍生物[15],外观是棕色的微浑浊液体,若长期储存后使用,用前需进行充分搅拌。其可以用冷水稀释,也可与阴离子和非离子助剂混用[16],同时也可与发泡剂、黏合剂、防污剂、防静电剂、氟碳化合物和阻燃剂等助剂混合使用[17],而在混合使用前须试验是否影响防螨效果。
1. 2. 5 脱氢醋酸类防螨剂
Anincen CBP 是由日本钟纺公司研制开发生产的脱氢醋酸类防螨剂,外观为白色无臭结晶体,不易溶于水,熔点为109 ℃,沸点为270 ℃[18]。它对酸极其稳定,与碱反应可以生成盐。此外,Anincen CBP 拥有极好的安全性和驱避效力,可以对毛巾、床上用品及内衣进行后加工,从而使织物具有优异的防螨功能。
1. 2. 6 芳香族羧酸酯类防螨剂
Markamide EDEC 防螨剂是无色透明的油状液体,几乎没有任何特殊气味,弱阴离子型化合物,其沸点在145 ℃以上,对酸及弱碱很稳定,但在强碱下则会分解,在沸点附近( 300 ℃) 持续10 min 几乎不会分解[19],而若在沸点以下,在水中便会随水蒸气的蒸发而蒸发。
1. 2. 7 有机磷类防螨剂
Daiazi-none MC 为淡黄色的油状液体,不易溶于水,沸点为83 ℃,耐酸、耐热性差。但拥有较好的杀螨效力,常与地毯黏合剂混合使用。
1. 2. 8 甲苯酰胺系化合物防螨剂
德国Herst 公司研制生产的MITE 防螨剂、日本帝三制药公司研制生产的DEDT 防螨剂以及DAWAI 公司研制生产的SBL 防螨剂都是甲苯酰胺系化合物的防螨剂,该类防螨剂对螨虫有非常好的忌避效力,可广泛应用于被褥、棉絮等产品的后加工。
1. 2. 9 酞酚亚胺系防螨剂
N-氟三氯甲基硫代酞酰亚胺系的防螨剂具有较强的杀螨效力且对尘螨非常有效,可以用于涤纶被褥、棉絮的后加工。
1. 2. 10 天然驱避剂
印度的Neem 树种子油中可以提取和开发出一种浓缩物bioneem,这种浓缩物bioneem 是螨虫的克星,同时这类驱避剂的提取和开发已取得了实质性的突破和成功,bioneem 对人类和其他哺乳动物完全无毒,但却可以阻止螨类昆虫的成长和繁殖,从而广泛应用于纺织物的防螨整理,且有持续数年的长期效果。azadirachtiue 也是一种种子提取物,能够抑制螨虫以及其他害虫的生长和繁殖。salinine 则是一种有效的驱虫剂,也对螨虫和其他害虫起到抑制作用。当将这些具有抑制螨虫以及其他害虫生长和繁殖的有效提取成分组合在一起使用时,仅用极少量便能完全控制这类纺织品害虫。
1. 2. 11 无机驱避剂
众多无机驱避剂中的一种驱避剂是呈胶体状态,这种驱避剂量虽少但却存在着许多粒子,该驱避剂能够增加胶体粒子和螨虫的接触频率,从而拥有令人满意的驱避效果。该种驱避剂是阴离子系,所以即使存在阴离子或非离子系物质,也不会轻易受到影响,但当它与阳离子系物质共存时,则容易产生凝胶化。无机驱避剂通常在pH 值4~10 的中性环境时较稳定。
1. 3 防螨纺织品的开发
早在20 世纪八九十年代时,已有人从事织物的防螨抗菌整理技术的研究。例如,德国Herst 公司研制生产了防螨剂MITE,瑞士Santized 公司研制开发了织物防螨剂Acitiguard AM87-12[16],澳大利亚ATCP 公司生产了防螨剂Healthguard。纺织品防螨整理方法主要有3 种: 第1 种方法是不让螨虫繁殖,例如杀螨法和诱杀法等,第2 种方法是不让螨虫接近,如驱避法等; 第3 种方法则是不让螨虫侵入,如阻断法等[16]。其中: 第1 种防螨措施中的杀螨法是重要的防螨措施; 第3 种方法阻断法是采用密度较大的织物从而达到防螨效果,当然也有些情况是利用驱避剂进一步强化这种防螨效果。防螨织物的生产方法主要包括[16]: 功能纤维法和织物后整理法等2 种方法。
1. 3. 1 功能纤维法
功能纤维法是将防螨整理剂加入成纤聚合物中,并经纺丝后制得的防螨纤维[20]。实施的具体方法主要有2 种: 一种是在聚合物的聚合过程中添加选定的防螨整理剂,然后进行纺丝; 另一种方法则是将防螨整理剂制成防螨母粒,然后将其与聚合物切片相互混合,并在聚合物纺丝的过程中将防螨整理剂加入纤维中,从而对纤维进行化学改性[13]。
日本钟纺公司是以腈纶为基本材料,并使其处于凝胶状态,此时涂上各种防螨整理剂( 如苯酰胺化合物、二苯醚或有机磷类整理剂等) ,并采用一定处理技术令防螨整理剂进入到纤维表层以下,从而提高其防螨性。日本帝三制药公司研制生产的防螨纤维是对未牵伸的聚酯丝首先进行防螨整理然后再对其进行加热牵伸而获得的。日本东丽公司在开发防螨材料上也颇有成效,如防螨聚酯纤维“Kepach-f”以及具有防螨功效的床垫“CLINIC FUTON”等产品[21]。
北京洁尔爽高科技有限公司研制开发成功了一种不仅适用于丙纶而且还适用于涤纶的高效防螨抗菌剂,并采用防螨抗菌整理剂SCJ-999 研制成功了既拥有防螨效果又拥有抗菌效果的高效防螨抗菌粘胶长丝。人们经常把防螨抗菌整理后的化学纤维与天然纤维进行混纺,使其既具有天然纤维的舒适性又具有化学纤维的防螨性[22]。这是未来纺织品功能设计的方向之一。
1. 3. 2 织物后整理法
织物后整理法是利用防螨整理剂对织物进行后整理加工,从而使织物拥有较好的防螨效果。该技术的关键在于: 防螨整理剂的选择以及防螨整理剂的配制[21]。将防螨整理剂装入微胶囊中并通过树脂等成膜材料和织物进行黏合,从而使织物具有优异的防螨功能
2 防蚊虫纺织品
2. 1 防蚊虫原理
目前使用比较熟练的防蚊虫方法主要有2 种。第1 种方法是对环境中的蚊虫进行驱避或杀灭,这种方法使用简单且经济实惠,但缺点是防蚊效果并不持久,从而需要经常使用[10]。而且像蚊香等杀虫驱避剂所释放出的烟雾会对人体造成一定的伤害,所以这种方法不适合经常使用。第2 种方法是对经常和人体接触的纺织品进行后整理,使纺织品具有比较耐久的防蚊虫效果,这种方法操作也非常简单,使用也比较方便,技术工艺也相对成熟,并且经过长时间的实践,证明其拥有优异的防蚊虫效果,且耐多次水洗,对人体无任何毒害[7]。
2. 2 防蚊虫整理剂
防蚊虫整理是利用含有各种蚊虫驱避剂以及杀虫剂的微胶囊等处理物,在规定的温度、湿度以及时间等工艺条件下,通过使用黏合剂等助剂让驱避剂以及杀虫剂的微胶囊和纤维结合在一起,从而在纤维表面形成一层不易溶于水以及一般有机溶剂的驱蚊药膜[23]。
2. 2. 1 防虫剂CBL 和防虫剂BNA
防虫剂CBL 和防虫剂BNA 主要适用于涤棉织物,这种防虫剂是日本生产的。二者虽然性能相似,但其特点也还有很多不同之处,在颜色上,防虫剂CBL 呈现淡黄色,是有机酸聚酯化合物,易溶于水,是阴离子型溶液,且pH 值为中性。而防虫剂BNA,在颜色上则呈现乳白色,主要成分是殊丙烯酸树脂,同样易溶于水,为阴离子型溶液,且pH 值为中性、无毒,主要用途是黏合作用。
2. 2. 2 Eulan U33 和Mitin FF
Eulan U33 防虫剂是由日本的拜耳公司研制开发成功的氟系加工药剂,该药剂的耐洗性非常差。
2. 2. 3 溴氰菊酯类防虫蛀剂
溴氰菊酯是一种白色斜方的针状晶体,在常温下几乎不溶于水,但可以溶于多种有机溶剂。对光和空气较稳定,在酸性介质中稳定,在碱性介质中不稳定[23]。氰菊酯是菊酯类杀虫剂中毒杀力最高的一种,对害虫的毒杀效力可达到滴滴涕的100 倍。
2. 2. 4 JYK PL-100 防蚊卫生整理剂
JYK PL-100 防蚊卫生整理剂是由上海洁宜康化工科技有限公司于2004 年开发研制成功的,并与牢度促进剂Fix-ET 联合使用到整理织物中从而使织物的驱蚊效果更佳[24]。可将JYK PL-100 混合在染料中,染色时防蚊剂将会附着在织物上,这样便可以大大降低蚊虫的侵袭次数,而且在织物未洗涤的情况下驱蚊效果更加明显[25]。
2. 2. 5 人工合成拟除虫菊酯类防虫蛀剂
“拟除虫菊酯”类化合物是能够杀死害虫的合成除虫菊酯,如蚊虫气雾剂中使用的醚菊酯、氯菊酯以及蚊香中经常使用的右旋烯丙菊酯和四氟苯菊酯等[7]。实际上杀虫剂的种类很多,而真正能适用于织物整理的杀虫剂却很少。目前推荐使用的杀虫剂主要有6 种,分别是: 醚菊酯和氯菊酯、溴氰菊酯、顺式氯氰菊酯、醚菊酯和氯菊酯、氟氯氰菊酯、三氟氯氰菊酯[26]。
2. 2. 6 天然驱避剂
天然驱避剂的主要有效成分是从植物的根、茎、叶、花等部位提取的天然有机成分,其中成分中的大多数都是趈类的酯类、酮类等。天然驱避剂具有无毒、对皮肤作用温和、不会有药物残留、气味清新、易降解且无公害等优点,但它的缺点是驱蚊效果和持久性较差[27]。
2. 2. 7 合成驱避剂
由于合成驱避剂拥有较好的驱虫效果而且耐久性优良,所以近年来合成驱避剂的研究较为迅速。这些合成驱避剂是以植物的根、茎、叶、花等部位的有机成分为原料合成制得的。常用的有N,N-二乙基间甲苯甲酰胺( DEET) 和羟乙基哌啶羧酸异丁脂( KBR 3023)。N,N-二乙基间甲苯甲酰胺( DEET) 是在1956 年由美国研制开发的,其中文名为“避蚊胺”。关于“避蚊胺”的消毒处理将是今后的一个研究方向。
羟乙基哌啶羧酸异丁脂( KBR 3023 ) 是在1998 年由德国拜耳公司研制成功的。按照其使用说明书使用是对人体无害的,且对皮肤也无任何刺激作用,2 岁以上的儿童及大人都可以用它来预防蚊虫叮咬。
2. 2. 8 杀虫剂
杀虫剂主要是通过触杀、熏蒸或胃毒等作用来杀灭害虫[2],其中除虫菊酯是从除虫菊中提炼出来的2 种酯类中的一种,可以用做杀虫剂,对人体毒性低,且在生物降解后不会产生任何有毒的残留物,但是也存在着一些品种对鱼类有较高的毒性、无内吸传导作用等缺点。拟除虫菊酯类化合物中最适宜应用于织物防蚊虫整理的是胺菊酯( Tetramethrin) ,纯胺菊酯是白色晶体,不易溶于水,易溶于有机溶剂且对昆虫的击倒作用特别快,常温下贮存3 年其品质也不会有任何改变。
2. 3 防蚊虫纺织品的开发
防蚊虫纺织品的开发就目前来看,主要是防蚊蚊帐的开发。
2. 3. 1 杀虫剂的微胶囊化技术
微胶囊化技术是利用各种天然或合成的一薄层包覆从几十纳米到数百微米的气体、液体或者是固体粒子的一种新技术。微胶囊可以分为半封闭微胶囊和全封闭微胶囊2 种,也可分为普通微胶囊和纳米微胶囊2 种。典型的微胶囊制作方法主要有现场聚合法、水溶液系的相分离法、液中干燥法、界面聚合法以及喷嘴法。实际生产过程中也会考虑用2 种或3 种方法相结合制得微胶囊。
2. 3. 2 现场聚合法
现场聚合法即为在互不相混的两相中的一相中溶解单体和催化剂,这样单体就会在界面上发生聚合反应,在做芯子的物质表面会形成一层薄膜而制作的微胶囊办法。如以三聚氰胺树脂作为薄膜材料,从芯子的外侧沉淀出聚合物,从而形成微胶囊。
2. 3. 3 水溶液系的相分离法
水溶液系的相分离法是以水溶性聚合物为原料,采用某种特定的方法使浓的聚合物相从聚合物水溶液中分离出来,从而形成胶囊避膜。
利用水溶液系的相分离法来制作微胶囊的具体方法有,复合凝聚法: 静电的相互作用。简单凝聚法: 非溶剂采用亲水性聚合物以及醇等非电解质。盐凝聚法: 盐析效果。新方法: 通过改变水溶液的酸碱值,保证体系中的聚合物析出但不溶化,这样便可制得微胶囊。
2. 3. 4 液中干燥法
又称界面沉淀法,即在溶解的高分子溶剂中,使作为芯子材料的溶液均匀地分散在溶液中,再将它均匀地分散在和这种高分子溶剂不能混合的溶剂中,然后除去最开始的溶剂,最后使高分子析出在芯子界面上的方法。
2. 3. 5 界面聚合法
所谓界面聚合法即为将单体溶解在2 种互不混溶的溶剂中,通过在2 种溶液的界面上使高分子合成的界面发生聚合反应从而制得微胶囊的方法。
2. 4 防蚊整理工艺
目前,防蚊整理工艺主要有2 种: 浸渍工艺和浸轧工艺。
浸渍工艺: 浸渍( 1∶10)→脱水(带液率25%~30%)→烘干(80~100℃,1~3 min)→焙烘(120~130℃,1 min)。
浸轧工艺: 浸轧防蚊整理液(轧余率70%)→烘干(70~100℃,3 min)→焙烘(110~120℃,30 s)。防蚊整理剂用量是根据防蚊整理剂的种类、织物的结构和种类而确定的。
3 结语
对于功能性防虫驱蚊纺织品的防虫驱蚊处理工艺、防虫驱蚊整理剂以及防蚊虫处理工艺应针对不同用途的纺织品进行后整理,根据纺织品的不同用途对其进行加工处理,使纺织品具有防虫驱蚊作用。大量的文献资料表明,防螨整理剂处理的各类纺织品的数量非常大,其应用前景也非常广泛。但是目前想要制得既对人体无任何毒性而又对环境比较环保的防虫驱蚊纺织品相对困难,因此,在以后的研究过程中,应将更多的精力放在驱避剂、杀虫剂等整理剂的安全无毒整理技术方面,从而获得安全纺织品。另外国内相当缺少关于织物防螨、防蚊虫效果的测试方法和指标的相关标准,因此应致力于解决标准规范化的问题。
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