棉织物的壳聚糖双胍盐酸盐抗菌整理rz-090725-2
李秀丽1 朱平1,2 隋淑英1 ( 1.青岛大学 “纤维新材料及现代纺织
”国家重点实验室培育基地 ,山东青岛 266071;
2.武汉科技学院
“新型纺织材料绿色加工及其功能化 ”教育部重点实验室 ,湖北武汉 430073)
收稿日期:
2008-04-13
作者简介: 李秀丽(1982-)，女，山东寿光人，在读硕士研究生，研究方向为新型纺织化学品制备及应用
原载：印染/2009/6；33-35
网上来稿：zhanyizhen，20090725
【摘要】 采用壳聚糖双胍盐酸盐整理纯棉织物,通过单因素试验得到抗菌整理的较佳工艺条件。对经抗菌整理织物的白度、强力以及免烫性能等测试结果表明,在1%的壳聚糖双胍盐酸盐抗菌整理液中加入6%BTCA,于pH值8～9, 170 ℃焙烘3 min的条件下,整理织物的抗菌性能优良,且免烫性和耐洗性良好,洗涤20次后抑菌率仍达95%以上。
【关键词】 抗微生物整理; 壳聚糖双胍盐酸盐; 棉织物
【中图分类号】 TS1951583 文献标识码: B 文章编号: 1000-4017(2009)06-0033-03
0 前言
壳聚糖是一种天然抗菌剂,可以抑制多种细菌和真菌的生长,具有毒性低、生物相容性好且无抗原性的优点,但其水溶性差,只能在酸性条件下抑菌。壳聚糖分子链上有很多氨基、羟基等活性基团,具有很高的反应活性,能进行多种化学改性,从而获得独特的物理、化学性质及生理功能。目前,提高壳聚糖抗菌活性的途径主要集中在对壳聚糖的衍生改性等方面,包括壳聚糖的羧甲基化、硫酸酯化、季铵盐化等,但尚未开发出壳聚糖胍盐类衍生物。壳聚糖胍盐衍生物是具有生物活性的胍基化合物,其生物活性比壳聚糖更高,同时大大降低了甲脒磺酸的毒性,可以作为新型抗菌杀菌剂、抗菌药物等应用于医药、纺织和农业等领域。因此,对该类化合物的研究具有实际意义。
本试验利用壳聚糖中氨基的活性,通过对甲脒磺酸的胍化,得到壳聚糖胍盐抗菌剂。此反应原料丰富,制备方法简单,反应条件温和,副反应少,容易实现规模化生产。本试验将其应用于棉织物整理上, 研究其在棉织物上的抗菌效果。
1 试验
1. 1 织物
纯棉漂白布(潍坊齐荣纺织印染有限公司)规格:14.75 tex×14.75 tex 524根/10 cm 284根/10cm。
1. 2 试剂
壳聚糖双胍盐酸盐(自制) ;氢氧化钠,氯化钠,丁烷四羧酸(BTCA) ,乙二醛,戊二醛,柠檬酸,次亚磷酸钠等(均为分析纯) ; 胰蛋白胨,酪蛋白胨,胰酪蛋白胨,软磷脂,牛肉浸膏,牛肉膏,琼脂粉、金黄色葡萄球菌等(均为生化试剂) 。
1. 3 设备与仪器
EL2400立式气动小轧车, 101A-2电热干燥箱, LD-30定形烘干机,净化工作台, ZSD-1160全自动新型生化培养箱, KYQS-280 ×260小型压力蒸汽灭菌器, LYF-215型织物毛细效应仪, LYF-201D型多功能织物强力机,LFY-1型织物折痕恢复性测定仪, ADCI-60全自动色差仪等。
1. 4 整理工艺
(1) 一浴法 二浸二轧( 80℃×30 min,轧余率80% ) →预烘(80℃×5 min)→焙烘(160℃×3 min)究其在棉织物上的抗菌效果。
1 试验
1. 1 织物
纯棉漂白布(潍坊齐荣纺织印染有限公司)规格:14.75tex×14.75tex524根/10cm×284根/10cm。
1. 2 试剂
壳聚糖双胍盐酸盐(自制) ;氢氧化钠,氯化钠,丁烷四羧酸(BTCA) ,乙二醛,戊二醛,柠檬酸,次亚磷酸钠等(均为分析纯) ; 胰蛋白胨,酪蛋白胨,胰酪蛋白胨,软磷脂,牛肉浸膏,牛肉膏,琼脂粉、金黄色葡萄球菌等(均为生化试剂) 。
1. 3 设备与仪器
EL-400立式气动小轧车, 101A-2电热干燥箱, LD-30定形烘干机,净化工作台, ZSD-1160全自动新型生化培养箱, KYQS-280 ×260小型压力蒸汽灭菌器, LYF-215型织物毛细效应仪, LYF-201D型多功能织物强力机,LFY-1型织物折痕恢复性测定仪, ADCI260全自动色差仪等。
1. 4 整理工艺
(1) 一浴法 二浸二轧(80℃×30min,轧余率80%)→预烘(80℃×5min)→焙烘(160℃×3min)
整理处方
抗菌剂/% (owf) 1
交联剂BTCA/%
(owf) 6
催化剂/%(owf) 6
扩散剂NNO/%
(owf)
0.5
渗透剂JFC/%
(owf)
0.5
浴比 1∶20
(2)二浴法 浸渍交联剂(80℃×30min,轧余率80%)→烘干(80℃×5min)→焙烘(160℃×3min)→浸渍抗菌整理液(80℃×30 min,轧余率80%)→烘干(80℃×5min)→焙烘(160℃×3min)
A 交联处方
交联剂/%
(owf) 6
催化剂/%
(owf) 6
浴比 1∶20
B 抗菌整理处方
抗菌剂/%
(owf) 1
扩散剂NNO/%
(owf)
0.5
渗透剂FC/%
(owf)
0.5
浴比 1∶20
1. 5 测试方法
1. 5. 1 抑菌率
按照GB /T 20944.
2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分:吸收法》测试。
1. 5. 2 耐洗性
参照GB /T
8629—2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》标准,按照4A程序(用于特殊整理织物的洗涤程序)对经抗菌整理的织物进行洗涤,测定其抗菌效果的耐洗性。
1. 5. 3 整理织物的物理机械性能
整理后织物的断裂强力和毛效等指标测试分别按照GB /T 3923. 1—1997《纺织品织物断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》和FZ/T 01071—1999《纺织品毛细效应试验方法》进行;白度在ADC I260全自动色差仪上测定。
2 结果与讨论
2. 1 整理工艺
分别采用一浴法和二浴法整理,测定织物多次水洗后的抑菌率,结果见表1。
表1 不同整理工艺对织物抑菌率的影响
|
水洗次数/次 |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
|
|
抑菌率/% |
一浴法 |
100 |
96 |
92 |
90 |
80 |
|
二浴法 |
100 |
100 |
98 |
97 |
95 |
|
由表1可知,二浴法的抗菌效果和耐洗性均比一浴法好。这是由于二浴法中交联剂先与纤维发生交联,之后在纤维表面形成网状结构,使抗菌剂更易停留在纤维内部,在水洗时不易洗落。其次,由于交联剂含
有多个官能团,增加了与抗菌剂结合的机会,且抗菌剂与交联剂的结合力大于其与纤维的结合力,在水洗过程中不易从纤维表面脱落。
2. 2 抗菌剂用量
对不同浓度抗菌剂整理的织物进行浸渍培养法抑菌试验,结果见表2。
表2 不同抗菌剂用量时的抑菌率/%
|
水洗次数 |
抑菌剂用量/% |
|||
|
0.5 |
1.0 |
1.5 |
2.0 |
|
|
0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
5 |
97 |
100 |
100 |
100 |
|
10 |
95 |
98 |
100 |
100 |
|
15 |
90 |
97 |
98 |
100 |
|
20 |
86 |
95 |
97 |
99 |
表2中,抗菌剂用量为0. 5%～2. 0%时,随着抗菌剂用量增加,织物对金黄葡萄球菌的抑菌率逐渐升高,抗菌效果逐渐增强。抗菌剂用量为1%时,织物多次水洗后仍能保持良好的抗菌性。
2. 3 pH值
为了确定整理液的最佳pH值,调节整理液pH值分别为3, 5, 7,
8和9进行整理,然后进行浸渍培养法抑菌试验,结果见表3。
表3 不同pH值下的抑菌率/%
|
水洗次数 |
pH值 |
||||
|
3 |
5 |
7 |
8 |
9 |
|
|
0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
5 |
98 |
90 |
98 |
100 |
96 |
|
10 |
95 |
96 |
97 |
100 |
95 |
|
15 |
92 |
92 |
94 |
99 |
95 |
|
20 |
88 |
91 |
93 |
96 |
91 |
由表3可知,酸性条件下整理的抗菌试样不耐水洗,弱碱性条件下整理的抗菌试样耐洗性良好,当pH值为8时,可获得最佳的抑菌效果。其原因可能是壳聚糖双胍盐酸盐的胍基易吸引正离子而形成稳定的阳离子,使溶液呈碱性;而在酸性条件下,壳聚糖双胍盐酸盐与酸作用,与纤维结合的抗菌剂数量减少,导致抑菌率下降。同时,较低的pH值可能会造成壳聚糖水解;而pH值过高会使盐酸完全被中和,影响双胍的溶解,使溶液中的抗菌剂浓度降低,吸附在织物上的抗菌剂减少,进而影响抑菌效果。
2. 4 交联剂种类
选用1%抗菌剂,采用不同交联剂整理织物,并进行抑菌性试验,结果如表4所示。
表4 不同交联剂时的抑菌率/%
|
水洗次数 /次 |
交联剂种类 |
||||
|
无交联剂 |
乙二醛 |
戊二醛 |
BTCA |
柠檬酸 |
|
|
0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
5 |
96 |
99 |
96 |
100 |
99 |
|
10 |
92 |
98 |
93 |
99 |
99 |
|
15 |
90 |
96 |
92 |
98 |
97 |
|
20 |
80 |
92 |
87 |
97 |
95 |
由表4可知,加入交联剂整理试样的耐洗性较不加交联剂整理试样好,且以BTCA和柠檬酸为交联剂的整理试样的耐洗性比乙二醛、戊二醛好。其原因是壳聚糖双胍盐酸盐是一种聚阳离子化合物,其分子中的胍基在普通条件下不与纤维素发生反应,不能固着在纤维素分子上,只能通过范德华力、氢键和双胍的阳离子键吸附在织物的表面。因此,仅用壳聚糖双胍盐酸盐整理的织物耐洗性不好,需加入交联剂来提高其耐洗性。交联剂BTCA和柠檬酸分子中含有羧基,都可与纤维素中的羟基发生反应,生成羧基纤维素,同时也能部分与壳聚糖双胍盐酸盐反应。与柠檬酸相比,在相同用量下,采用BTCA整理的织物白度优于柠檬酸整理织物,故选择BTCA作为交联剂。
2. 5 焙烘条件
改变焙烘条件对整理织物进行焙烘,结果见表5。
表5 不同焙烘条件下的抑菌率/%
|
水洗次数 /次 |
焙烘条件/(℃×min) |
|||
|
140×10 |
150×5 |
160×3 |
170×3 |
|
|
0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
5 |
97 |
97 |
98 |
98 |
|
10 |
95 |
95 |
94 |
98 |
|
15 |
91 |
94 |
93 |
97 |
|
20 |
90 |
93 |
91 |
95 |
焙烘的主要作用是使交联剂与棉织物充分交联,同时使抗菌剂与之反应,提高抗菌织物的耐洗性。焙烘条件直接影响整理后织物的抗菌性能和各项物理机械性能。由表5可知,采用170 ℃焙烘3 min,整理织物的抑菌效果和耐洗性均好于其它焙烘条件下整理的织物。
2. 6 织物的毛效
测试棉织物处理前后的毛效,见表6。
表6 焙烘条件对织物毛效的影响
|
焙烘条件/(℃×min) |
毛效 |
|||
|
mm/1min |
mm/5min |
mm/10min |
mm/30min |
|
|
140×10 |
35 |
52 |
69 |
114 |
|
150×5 |
40 |
62 |
80 |
122 |
|
160×3 |
37 |
57 |
76 |
119 |
|
170×3 |
35 |
57 |
72 |
107 |
|
原布 |
33 |
53 |
67 |
90 |
整理后织物的毛效有所提高,说明整理后织物的吸湿性略有改善,其原因可能是在整理过程中加入了渗透剂和扩散剂。由表6可知,焙烘温度是影响毛效的重要因素之一,毛效随焙烘温度升高而逐渐降低。
2. 7 织物物理机械性能
不同焙烘条件下处理织物,部分性能见表7。
表7 焙烘条件对断裂强力、白度和手感的影响
|
焙烘条件 |
白度 |
断裂强力/N |
断裂伸长率/% |
手感 |
|
140℃×10min |
91.78 |
372 |
25.8 |
较好 |
|
150℃×5min |
91.54 |
383 |
7.0 |
一般 |
|
160℃×3min |
91.86 |
368 |
5.9 |
较差 |
|
170℃×3min |
91.13 |
378 |
7.3 |
较差 |
|
原布 |
90.32 |
435 |
4.6 |
柔软舒适 |
注:手感测定采用人工方式,凭感觉分为五级,一级为+(手感很差) ,二级为+ + (较差) ,三级为+ + + (一般) ,四级为
++++ (较好) ,五级为++ +++ (柔软舒适)。
织物经抗菌处理后,服用性能发生了变化。由表7可知,织物焙烘后的白度和断裂伸长率均有提高。由于高温处理后纤维的晶区结构发生变化,聚合度降低,导致断裂强力降低。焙烘温度对手感影响较大,温度越高手感越差。在实际生产中,可以添加柔软剂等助剂以改善舒适度,提高强力。图1显示抗菌整理剂用量与织物免烫性能的关系。
|
|
|
图1 抗菌整理前后织物的免烫性能 |
由图1可知,整理后织物的免烫性能比整理前好,这是因为整理后纤维大分子间产生交联,限制了分子间的相对滑移,提高了纤维的初始模量与拉伸变形回复能力,因此织物折皱回复能力增大。抗菌整理剂用量增加,免烫效果提高不明显。
3 结论
(1)在壳聚糖双胍盐酸盐用量为1% ,交联剂BTCA用量6%,pH值7～8,170℃焙烘3min的条件下整理棉织物,洗涤20次后织物的抑菌率仍达95%以上,具有较好的耐洗性。
(2)壳聚糖双胍盐酸盐整理后,织物主要物理性能的变化在允许范围内,并获得了良好的免烫性。