【毕业学位论文】苎麻织物抗菌性能及天然抗菌剂协同整理研究

分类号 学校代码 10495 677 学 号 0515043003 武汉科技学院 硕士学位论文 苎麻织物抗菌性能及天然抗菌剂 协同整理研究 作者姓名： 周静 指导教师： 曾庆福 教授 学科门类： 工学 专 业： 纺织化学与染整工程 研究方向： 纺织品功能整理 完成日期： 二零零八年五月 . E. on of y 008 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 武汉科技学院 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 武汉科技学院 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 论文题目：苎麻织物抗菌性能及天然抗菌剂协同整理研究 专业：纺织化学与染整工程 硕士生：周静 指导老师：曾庆福 摘要 苎麻是麻纤维中品质最好的一种，我国是世界上主要的苎麻生产国。苎麻纤维的优点是光泽好，强度高，延伸度较低，吸湿放湿快，吸水易膨胀，且苎麻织物透气性很好，是普通棉织物的四倍。由于苎麻织物的以上优点，越来越多的人选择其为夏季服装面料，但是由于夏季炎热，人体容易出汗，细菌容易滋生，对人们的皮肤健康构成威胁，因此从保护人体的角度出发，再结合苎麻本身的特性，本课题提出通过适当的纺织品功能整理来提高苎麻织物的抗菌性能，具有广阔的前景和巨大的市场潜力。 本课题研究了苎麻本身的抗菌性，试验结果表明苎麻本身具有一定的抑菌性，这也源于其独特的纤维结构成分，但由于苎麻从植物阶段到加工制成纺织品所经历的化学加工过程较多，从不同程度上破坏其抗菌成分，使最终的苎麻织物抗菌性并不明显。因此本课题针对这一点对苎麻织物进行耐久性抗菌整理提高其抗菌性从而更进一步提高其服用价值。 在抗菌整理剂的选择上，本课题选用了壳聚糖这一易于生物降解利于环保的物质，壳聚糖本身具有抗菌性，在多元羧酸作为交联剂的条件下，壳聚糖可与苎麻织物紧密结合，从而使织物产生耐久抗菌性。脱乙酰度和分子量是选取壳聚糖的两个重要指标，在本课题研究范围内通过试验筛选，确定选择脱乙酰度 92%，分子量约 20 万的壳聚糖作为苎麻抗菌整理剂。 本课题通过单因素试验分析了壳聚糖浓度、多元羧酸浓度、催化剂浓度、焙烘温度以及焙烘时间等因素对苎麻抗菌整理效果的影响，采用正交试验对整理工艺进行优化，得出壳聚糖对苎麻抗菌整理的最佳工艺条件为：壳聚糖浓度6%、多元羧酸浓度6%、催化剂浓度4%、焙烘条件160 。经优化工艺整理出来的苎麻织物具有良好的耐久抗菌性，并且运用扫描电镜对整理后织物进行观察，可知整理后纤维表面微观形态发生了改变。傅立叶红外光谱测试进一步证实，通过交联剂多元羧酸的作用，壳聚糖被牢固的附着在苎麻织物上，达到了耐久抗菌性。 本课题最后讨论了苎麻抗菌整理对染色性能的影响，采用先染色后抗菌整理的加工方式，从k/于于乎没有色光变化；经过染色后再抗菌整理的苎麻织物，其干摩擦牢度没有明显的改变，湿摩擦牢度有一定程度上的提高。 关键词：苎麻；抗菌整理；壳聚糖；染色性能 研究类型：应用研究 on of is of in in of of of is of As of is so to so is a to of of in of of to of of on of We to of to of or or So we to do of to We as is is as of to so we to is is we to 2%, is 00,000 as of on we of to we do to % 6% % , 60a we we as so In be by of We of we k/s N of k/s a of k/s a no is no a 录 目 录 1 绪论1 麻的特性1 麻的成分1 麻的物理特性2 麻的化学特性3 菌整理的研究概况3 菌整理研究背景3 菌整理方法4 菌剂的种类5 菌整理机理7 聚糖在抗菌整理中的应用7 聚糖的结构和性质7 聚糖抗菌整理8 聚糖抗菌机理9 题的提出意义及主要研究内容10 课题的提出意义10 课题的主要研究内容11 2 实验材料及方法12 验药品及材料12 验药品12 验材料12 验仪器及设备12 验方法13 13 物整理工艺15 物染色工艺15 聚糖分子量测定16 聚糖脱乙酰度测定16 用性能测试17 3 苎麻天然抗菌性测试18 言18 目 录 验方法18 同状态苎麻纤维天然抗菌性18 验结果分析19 麻织物天然抗菌性20 验结果分析20 章小结21 4 苎麻抗菌整理剂的选择22 言22 验方法22 菌整理剂类型的选择22 验结果分析22 聚糖溶剂的选择23 验结果分析23 聚糖分子量的影响25 验结果分析25 聚糖脱乙酰度的影响26 验结果分析26 27 5 苎麻抗菌整理工艺研究28 因素试验28 聚糖浓度28 元羧酸浓度30 化剂浓度31 烘温度32 烘时间34 艺条件的正交优化35 交试验方案及结果35 交试验结果分析36 化工艺整理后苎麻织物性能36 用性能36 观结构分析37 立叶红外光谱38 章小结39 目 录 6 抗菌整理对苎麻织物染色性能的影响40 言40 验方法40 聚糖抗菌整理对活性染料染色色光的影响40 验结果分析41 聚糖抗菌整理对染色牢度的影响42 验结果分析42 章小结42 7 结论43 文小结43 一步的研究方向43 致 谢44 参考文献45 附 录49 1 绪论 1 1 绪论 21世纪是“绿色”的世纪，绿色产品将主导世界纺织品和服饰消费的新潮流；同时，由于人们对穿着舒适、健康的不断追求，外在的质感和内在保健功能的珠联璧合又是服饰消费中的新趋势。在这新潮流和新趋势中，有着“绿色产品”桂冠和天然保健功能的麻类纺织品将呈现出广阔的前景1。 苎麻是我国特有的麻类资源，被称为“中国草”、“纤维之王”。我国的苎麻产量大约占世界总产量的近90%，纺织品加工能力亦居世界之首。苎麻纺织品如不作特殊处理略有刺痒感，但由于其吸湿散热等优点突出，国际上纺织业发达的国家一般都将其作为高档时装面料2。目前，在服装鞋帽、家用装饰、医用包装等多个领域都已出现了苎麻纺织品，近来还开发了适合春夏秋冬四季穿着的各种衬衫。可以预见，随着麻类纤维保健功能逐渐为消费者熟悉，人们对功能性苎麻纺织品的兴趣也将与日俱增。所以顺应新的潮流和趋势，不失时机地深入开发功能性苎麻纺织品对麻行业来说是一种可持续发展的战略。 麻的特性 苎麻以其强力大、吸湿散热快、耐磨、耐腐、等优点而深受市场青睐3，但纤维细度较低，纤维素聚合度较大，结晶度和取向度较高，由此造成纤维刚性强，弹性差，抱合力较小，织物易起皱，难染色，毛羽过多，有刺痒等问题，已成为苎麻纺织品深度开发和麻纺工业稳步发展的主要制约因素之一，因此对苎麻织物进行整理增加其服用价值应成为科研部门的主攻方向。 麻的成分 苎麻纤维和其他麻类纤维一样，主要化学成分为纤维素(65%75%)，同时还程度不等地存在着半纤维素(14%16%)、木质素(、果胶(和脂蜡质(等伴生物，为非纯净的纤维素纤维，这是苎麻纤维不同于棉纤维的一个显著特征。 一般说来纤维中纤维素含量高，非纤维素成分(胶质)含量低，纤维品质较好。具体来说，纤维素属于碳水化合物的一类，是一种天然的高分子聚合物。它的化学性质主要表现在两方面，一是与大分子截短有关的反应，二是与羟基有关的反应。我们可以充分利用纤维素的化学性质，进行麻纤维变性改变纤维素分子结构，从而改善苎麻纤维品质，提高可纺性能与织物使用性能。 半纤维素是与纤维素共存于纤维细胞壁的多缩戊糖和多缩己糖类化合物，可溶于17%18%的烧碱而不溶于水。但它又是亲水胶体，存在有酸性基团，故它的存在能增强纤维的吸湿性。 1 绪论 2 木质素是一种含有羟基和甲氧基的芳香族化合物，是苯丙烷的衍生物，与半纤维素一样，或单独存在于细胞壁的各级缝隙和孔洞中，或与纤维长链分子的个别活性基团以某种化学键结合在一起。木质素含量高，其纤维脆硬、弹性不足，并且易氧化，受光照易发生分子结构的转变，生成有色基团，使纤维不耐久，易淀黄。因此，要尽量除去纤维中的木质素，以免影响纤维的强力、色泽和弹性。 果胶是多种酸性的高聚合度的胶状碳水化合物的复合体，分布在中胶层和初生壁的一些缝隙中。苎麻纤维中果胶含量高，手感粗硬，色泽差，但强力强。 苎麻纤维中蜡质的主要成分为饱和烃族化合物及其衍生物、高级脂酸酯、类似醛类等物质。这些物质绝大部分分布在纤维的表皮层，蜡质脂肪多，纤维柔软，光泽较好，在纺织过程中，可以减少纤维与机件的摩擦，起润滑作用，并使纤维不缠绕成团，但不利于纱线的强度，也不利于纤维的染色和吸湿4。 根据纤维中各化学成分对纤维品质的影响，苎麻原麻脱胶要适度，即要脱好胶，又要保持一定残胶量。这样才能使纤维品质达到最佳，从而利于后期的纺织染整加工。 麻的物理特性 纤维素是苎麻纤维细胞壁的骨架物质。纤维素大分子是大量子式为(n 式中的“n”为聚合度5。纤维素大分子链段有些沿纤维轴向几乎相互平行地排列，甚至每个基团或原子都处于三维空间相对一定的位置上或区域内，成为整齐的点阵结构(结晶区)，有些链段则处于无序状态，大分子排列松散紊乱，有较大的缝隙和孔洞(非晶区)。在结晶区内大分子间的结合力使它们紧密地结合在一起，通过两个以上结晶区的大分子使各个结晶区联系在一起，并由组织结构比较松散的非晶区将各个结晶区彼此间隔开来，从而使纤维细胞成为疏密相间、结构有序的有机整体6。 纤维素大分子排列方向与纤维轴向的符合程度以聚向度表示，结晶区占纤维细胞总体积的百分率称为结晶度，它们与聚合度一样，是纤维超分子结构优劣的重要参数。苎麻纤维的聚合度较大，一般在 2000 以上，结晶度和取向度较高，在 70%左右，而赋予了苎麻纤维刚性有余而弹性不足的特性。 在苎麻纤维细胞中，由于多级原纤结构的逐步演变而存在许多级的结合体，其中的结晶区和非晶区不仅大小和排列方向不尽相同，而且还存在着许多级不同尺寸的缝隙和孔洞7。可见，苎麻纤维是由纤维素大分子经多级原纤维结构逐级堆砌而成的多孔体系。由此决定了苎麻纤维吸湿散热快的特性。 苎麻纤维独特的纤维孔腔结构以及纤维中间的沟状空腔，管壁多孔隙，使之中空的结构可富含氧气，使厌氧菌无法生存，从而使苎麻纤维本身具有一定的抑菌性。 1 绪论 3 麻的化学特性 苎麻属于纤维素纤维，纤维素的化学性质主要有两类：纤维素链的降解反应与纤维素羟基有关的反应。前者指纤维素的酸水解降解、氧化降解、微生物降解和酶水解降解等反应，后者是由于纤维素链中葡萄糖基环上有三个活泼羟基(一个伯羟基和两个仲羟基)而发生的一系列与羟基有关的反应包括纤维素的酯化、醚化、接枝共聚和交联等化学反应8。 纤维素葡萄糖基环上既可发生一系列与羟基有关的化学反应，又可缔合成分子内和分子间氢键。纤维素基环上的三个羟基，由于立体化学的位置不同，反应能力各不同，多数情况下，伯羟基的反应能力比仲羟基的高，尤其是与较大基团的反应，由于空间位阻小，伯羟基的反应能力显的较高。然而，取代基的直接测定又表明，对于不同类型的反应，纤维素各羟基的反应能力不同。可逆反应主要发生在不可逆反应则有利于 此，对于纤维素的酯化反应，应能力最高；纤维素醚化时，此推论：在碱性介质中，主要进行纤维素仲羟基的化学反应；而酸性介质则有利于伯羟基的反应。 菌整理的研究概况 菌整理研究背景 在众多的细菌传播途径中，纺织品是主要的载体之一，因其多孔、疏松，容易吸附各种杂质，成为繁殖、寄生细菌的载体，微生物在纺织品上的生长引起的主要问题是卫生和对织物的损坏。微生物代谢汗液及灰尘等营养物质，会产生令人不愉快的气味；会使织物产生污点和褪色(如窗帘和帐篷上的霉斑)；或通过织物本身的降解(某些细菌靠纺织品上的整理剂生存，某些真菌食用棉或胶乳)，而引起织物的损坏。因此，产业用及服装用的纺织品都必须能够抑制微生物的生长9。 耐久性的抗菌整理是一种控制纺织品中微生物的有效方法，它可防止织物降解及减少气味的产生。理想的抗菌整理剂必须符合下列基本要求：无毒，不引起皮肤过敏或不适；不影响纺织品性能或外观；能与常规加工工艺相容和耐多次水洗。这些细菌的存在不仅使织物被沾污、损伤,更主要的是提高了公共环境的交叉感染率，影响人类的健康，随着人们生活水平的不断提高，日益重视卫生标准要求，使抗菌织物越来越受人们的关注。 国外早在四十年代就着手研究纺织品防微生物整理技术。到七十年代，技术上曾呈现过多样化的态势，而至八十年代此项后整理技术的发展己进入批量生产阶段。如：日本信越和帝三制药公司、美国康宁化学公司、佳奇公司等都是著名的抗菌剂的生产厂家。它们不仅有化学溶剂浸渍后整理技术，还可生产抗菌、防臭改性纺织品。近年来，日本1 绪论 4 及欧洲等发达国家都在加紧开展研究新型医用功能纤维及其制品，并己全部涉及到纺织品领域10。 我国对卫生保健纺织品的开发起步较晚，但已在国内市场推出服装内衣、床上用品及鞋、袜等抗菌、防臭功能纺织品。有的产品由于其疗效保健功能好而陆续打入国际市场。由中国纺织大学组织开发研制的中纺荣获十六届日内瓦国际金奖，由天津纺织工学院与纺织、针织企业联合研制的香味毛线、毛毯及防菌、远红外针织、纺织品均获得社会好评和丰厚的经济利益。上述项目的开发和研究，对防止和消除微生物的分割，增进人类健康起到积极作用。 今后十年或更长的时间里，人类将面临环境工业新的挑战，因此国内外各行各业人士对抑制和消灭微生物繁殖课题的研究越来越重视，对纺织行业战线的科技工作者开发研究卫生整理纺织品己成为当务之急。 菌整理方法 纺织品抗菌加工方法主要有共混纺丝法和后整理法。 （1）共混纺丝法 共混纺丝法主要是针对一些没有反应性侧基的纤维，如涤纶，丙纶等，是在纤维聚合阶段或纺丝原液中将抗菌剂加入纤维中，用常规纺丝设备进行纺丝，可以制成具备抗菌性能的纤维。抗菌剂不仅存在于纤维的表面，而且均匀分散于纤维之中，并且可以慢慢的向外渗透，抗菌效果比较持久，织物手感较好。将抗菌纤维织成布后，所得的抗菌布料主要用于医疗卫生和服装以及工业装饰用布11。 （2）后整理法 该方法一般在染整加工最后阶段进行处理，也可以在制成成品以后处理。 表面涂层法12：将抗菌剂与涂层剂配成溶液对织物进行涂层整理。常用的抗菌剂主要有：磺胺药类、呋喃药类和有机硅季铵盐类。前两类多用于处理棉、麻等纤维， 季铵盐等可用于化学纤维和天然纤维。 浸轧法13：将织物用抗菌剂溶液浸轧，当焙烘时或用其他方法蒸发时，纤维上形成一层不溶物或微溶物；或将抗菌剂与树脂混合配成乳液，放入织物充分浸渍，再通过轧、烘，使含有抗菌剂的树脂附着于织物表面。常用的抗菌整理剂还包括有机硅季