（纺织化学与染整工程专业论文）含银抗菌纤维的制备及其性能测定[纺织化学与染整工程专业优秀论文].pdf

摘要 随着全球工业的迅速发展，人民生活水平的不断提高，对生活品质的追求更 趋向于环保、健康，纺织品的抗菌问题越来越引起世界各国的高度重视，因此研 制一种安全无毒、持续抗菌的复合材料对改善人们生活品质是非常有帮助的。 本文主要介绍一种抗菌纤维的制备，并对其抗菌性能进行了定性定量的测 定。此抗菌纤维主要通过聚丙烯腈纤维上的c n 与n h 2 0 h 反应，得到偕胺肟螯 合基团。将改性的聚丙烯腈纤维浸泡于1 0 4 m o l l 的a g n 0 3 溶液中，使具有杀菌 作用的金属离子a g + 螯合到纤维上，从而使其具有抗菌性；简易制备另一种是季 胺盐有机抗菌纤维与其相比较，通过合成3 氯- 2 羟丙基三甲基氯化铵 ( c h p t m a ) 抗菌剂，再采用浸渍法来将抗菌剂整理到棉纤维上。 以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为实验菌种，分别使用抑菌晕法、菌液吸收法 对制备的抗菌纤维进行抗菌性能的测试。并用振荡瓶法对a g 抗菌纤维、季胺盐 有机抗菌纤维的抗菌性能进行了比较。 采用j s m 一6 3 6 0 l v 扫描电镜( s e m ) 分别对制备的两种抗菌纤维进行了形貌 表征；n e x u x 6 7 0 f t 红外光谱测试仪( 1 r ) 表征了偕胺肟螯合纤维、3 氯2 羟丙 基三甲基氯化铵( c h p t m a ) 的结构。 通过上述研究，得出以下结论： ( 1 ) 含a g 抗菌纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有很好的抗菌性，且抗 菌效果明显优于季铵盐有机抗菌纤维； ( 2 ) 含a g 抗菌纤维经过1 5 次洗涤之后，对大肠杆菌的抑菌率在9 0 以上， 对金黄色葡萄球菌的抑菌率在7 0 以上； ( 3 ) 经过抗菌处理后，在j s m 6 3 6 0 l v 扫描电镜( s e m ) 下观察，聚丙烯腈纤维 和棉纤维的形貌特征部发生明显的改变。 关键字：聚丙烯腈纤维银抗菌性能耐洗牢度 a b s tr a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eg l o b a li n d u s t r ya n dt h ec o n s t a n ti m p r o v e m e n t o ft h el i v i n gs t a n d a r d ，t h ep u r s u i to fq u a l i t yo fl i v i n gt e n d st ob eh e a l t h ya n de n v i m e n t a lf r i e n d l ya n dt h ef i b e rw i t ha n t i b a c t e r i a lp r o p e r t yc a u s e sm o r ea n dm o r e c o n c e n l sa l la r o u n dt h ew o r l d t h e r e f o r e ，t h ed e v d o p m e n to fas a f e t yn o n t o x i c i t ya n d c o n t i n u o u sa n t i b a c t e r i a lc o m p o s i t ei sb e n e f i c i a lt oi m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d s t h i sa r t i c l em a i n l yc o n c e r n so nt h ep r e p a r a t i o no fa na n t i b a c t e r i a lf i b r e sa n d d e t e r m i n a t i o no ft h e i ra n t i b a c t e r i a lp r o p e r t y i ti sa g c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r e i t i sm a i n l yg e n e r a t e db yt h er e a c t i o no f 删a n dn h 2 0 hi nt h ep o l y a c r y l o n i t r i l e f i b r e t h e nt h i sm o d i f i e dp o l y a c r y l o n i t r i l ef i b e rw a si m m e r s e di na g n 0 3s o l u t i o no f lf f 4 m o l la n dt h eg fw i t ha n t i b a c t e r i a lp r o p e r t yw a sc h e l a t e dt ot h em o d i f i e d p o l y a e r y l o n i t r i l ef i b r e c o m p a r e dw i t haq u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l to r g a n i ca n t i b a - c t e r i a lf i b r e ，i n d i c a t et h a tt h ep r e p a r a t i o no ft h ea g - c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r ei s a c t r a l l ym o r ee x c e l l e n tt h a nq u a t e r n a r ya m m o m u m s a l to r g a n i ca n t i b a - e t e r i a lf i b r e t h e nt h ee s c h e r i c h i ac o i la n dt h es t a p h y l o c o c c u sa u “m ss u b s p a u r e u sw e r et a k e n a se x p e r i m e n t a lb a c t e r i a u s i n gh a l ot e s ta n dv a c c i n ea b s o r p t i o nt e s tr e s p e c t i v e l y , t h e d e t e r m i n a t i o no ft h ea n t i b a c t e r i a lf i b e rp e r f o r m a n c ew a sp e r f o r m e d a n dt h e c o m p a r i s o no fa n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so ft h ea g - c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r ea n d q u a t e r n a r ya m m o n i u ms a l to r g a n i ca n t i b a c t e r i a lf i b r ew a st a k e n ，u s i n gs h a k e f l a s k m e t h o d b yu s i n gj s m - 6 3 6 0 l vs c a n n i n ge l e c t r o n i cm i r r o r ( s e m ) ，m o r p h o l o g yc h a r a c t e r - r i z a t i o no ft h e s et w oa n t i b a c t e r i a lf i b r e sw a st a k e nr e s p e c t i v e l y a n dt h es t r u c t u r eo f t h ec h e l a t i n gf i b e rc o n t a i n i n ga m i do x i m eg r o u pa n dc h p t m aw a sc h a r a c t e r i z e db y n e x u x 6 7 0 f ti n f r a r e ds p e c t r o s c o p ( i r ) t h r o u g ha b o v es t u d i e s ，t h ea u t h o rd r a wt h ec o n c l u s i o n sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ea g - c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r eh a sa n t i b a t e r i a lp r o p e r t i e st o w a r d st h e e s c h e r i c h i ac o i la n dt h es t a p h y l o c o c c u sa u r e u ss u b s p a u r e u s ，a n dt h ed e t e r m i n a t i o no f t h ea g - c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r ea c t r a l l ym o r ee x c e l l e n tt h a nq u a t e r n a r y i i a m m o n i u ms a l to r g a n i ca n t i b a c t e r i a lf i b r e ( 2 ) t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h ea g c o n t a i n i n ga n t i b a c t e r i a lf i b r eh a sv e r yg o o d a n t i b a c t e r i a le f f e c tt ot h ee s c h e f i c h i ac o i la n dt h es t a p h y l o c o c c u sa u r e u ss u b s p a u r e u s t h ei n h i b i t o r yr a t ec a nr e a c ho v e r9 0 a n d7 0 r e s p e c t i v e l y , a f t e r15t i m e s w a s h i n g ( 3 ) t h em o r p h o l o g yc h a r a c t e r i z a t i o no ft h ep o l y a c r y l o n i t r i l ef i b r ea n d c o t t o nf i b r e a r eo b v i o u s l yc h a n g e db yu s i n gj s m 一6 3 6 0 l vs c a n n i n ge l e c t r o n i cm i r r o r ( s e m ) a f t e r a n t i b a c t e r i a lp r o c e s s k e yw o r d s ：p a na g a n t i b a c t e r i a lp e r f o r m a n c ef a s t n e s st ow a s h i n g i i i 图l细菌的基本构造2 图2细菌的形貌( a ) 球菌；( b ) 杆菌；( c ) 螺旋菌；3 图3 细菌的繁殖曲线4 图4大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的形貌5 图5 交联反应装置图1 7 图6 三甲铵盐酸盐的反应装置1 8 图7c h p ，r 】l l a 的制备装置图2 0 图8 划线分离示意图2 2 图9 聚丙烯腈纤维的红外谱图3 4 图1 0 偕胺肟螫合纤维的红外谱图3 5 图1 1三甲铵盐酸盐的红外谱图3 6 图1 23 一氯一2 一羟丙基三甲基氯化铵的红外谱图3 7 图1 34 2 0 n m 波长下大肠杆菌菌数与对应0 d 值的标准曲线图3 8 图1 4 抑菌晕法测定结果3 9 图1 5 含a g 抗菌纤维菌液吸收法测定结果4 0 图1 6 抑菌晕法测定结果4 1 图1 7 季铵盐有机抗菌纤维菌液吸收法测定结果4 2 图1 8 含a g 抗菌纤维的扫描电镜照4 7 图1 9 季铵盐抗菌纤维的扫描电镜照4 8 v i i 表l 抗霉菌效力测定方法1 0 表2 抗细菌效力测定方法1 l 表3 实验所需原料1 5 表4 交联反应正交实验设计1 7 表5 偕胺肟基团引入反应的正交试验设计1 8 表6 交联反应正交试验结果分析表3 0 表7 偕胺肟基团引入反应的正交试验结果3 1 表8 大肠杆菌菌数与对应0 d 值3 8 表94 2 0 n m 波长下大肠杆菌菌数与对应0 d 值3 8 表1 0 含a g 抗菌纤维菌液吸收法测定结果4 0 表1 1 季铵盐有机抗菌纤维菌液吸收法测定结果4 2 表1 2 不同温度制备的季铵盐有机抗菌纤维的定量测定结果4 3 表1 3 大肠杆菌菌液与含a g 抗菌纤维不同接触时间的活菌数4 3 表1 4 大肠杆菌菌液与季铵盐有机抗菌纤维不同接触时间的活菌数4 4 表1 5 含a g 抗菌纤维不同洗涤次数后的抗大肠杆菌效果4 5 表1 6 含豫抗菌纤维不同洗涤次数后的抗金黄色葡萄球菌效果4 5 表1 7 季铵盐有机抗菌纤维不同洗涤次数后的抗大肠杆菌效果4 6 表1 8 季铵盐有机抗菌纤维不同洗涤次数后的抗金黄色葡萄球菌效果4 6 v i l l 原创性l 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，论文中有关资料和数据是实事求是的。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体，均已在文中以明确方式标明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 苏旰 日期：加略年月加日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在 校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅、借阅和复印；学校可以将学 位论文的全部或部分内容公开或编入有关数据库进行检索，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书。 学位论文作者签名：掘叩 日期： 阳艿年抄月o 日 导师签名： 名殿 日期：劫p 多年2 月口日 北京服装学院硕十学位论文 第1 章文献综述及选题 自然界的物质循环过程中，微生物起着极其重要的作用，在人类生活的环境 里，它是无时不在无处不在的。人们的生活无时不刻不在与微生物打交道，并受 到它赐予的恩惠；同时，某些致病的微生物侵入人体使健康受到威协，甚至会危 及生命。 纺织品是人类接触最多的材料，纺织品由纤维组成，由于其多孔式物体形状 和高分子聚合物的化学结构有利于微生物附着，因而纺织品成为微生物生存、繁 殖的良好寄体，在人体穿着过程中，会沾上汗液、皮脂以及其它各种人体分泌物， 也会被环境中的污物所沾污。这些污物是各种微生物的良好营养源，尤其在高温 潮湿条件下，成为各种微生物繁殖的良好环境，因此在致病菌的繁殖和传递过程 中，纺织品总是一个重要的媒体。像人们r 常使用的内衣、毛巾、寝室用品等就 可能成为各种传染病菌繁殖的温床和媒介，尤其在医院、饮食服务、旅游行业中， 稍不注意消毒条件，就可能使日常用品沾上病菌，造成交叉感染( 即m r s a 感 染) 。 另外，人体排出的寒夜本省并无臭味，但附有汗液的皮肤，温湿度正适合微 生物繁殖【1 1 。织物上的微生物将混合物中的蛋白质( 如汗腺体和皮脂腺分泌物中 破碎细胞的组成成分) 分解，产生大量的氨基物质和短链脂肪酸等，成为臭气产 生的根源。在大量出汗( 高温高湿) 情况下，短时间内就会产生臭气，令生活增 添几分不快。 由此人们想到，如果若赋予纺织品抗菌的功能，则不仅可以避免纺织品因微 生物的侵蚀而受损，而且可以截断纺织品传递致病菌的途径，阻止致病菌在纺织 品上的繁殖以及细菌分解织物上的污物而产生臭味，并导致皮炎及其它疾病。 1 1 细菌及测试菌的选择 抗菌材料的抗菌概念，一般人理解为抗细菌，实际上确切地说应该是抗微生 物。微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚，与宏生物( 人类、动物、植物) 相对 而言微小的生物。微生物主要包括原核生物，真核生物和非细胞生物三类原核 第1 章文_ | i j ：综进及选题 ，l 物有细茼、古细菌等：真棱生物有豇菌、原牛动物、硅微藻类等：非细胞类有 病毒、类病毒、阮病毒等。根据微生物的特性，微生物义i 】分为细菌、病毒、衣 原体、讧克次体、点原体、螺旋体、破线荫、真菌等若t 类。触生物虫小，卸具 有适应胜强，啦收营养迅速，繁嫡快，数帚多，分布广等特点。水文仪对细蒲的 构造、分类及其生长繁 a 特性作一简单介绍。 11 1 细菌 细菌( b a c t e f i t m o ：是单细胞原核生物，形体微小，结构简单，大小用微米柬计 算。细菌种类多、繁殖快、适应环境能力强，可存在于海洋深处、高空中、南北 极的冰堆上、热带雨林里等各种恶劣环境l 】。因此，在自然界中很难找到一处完 全没有细菌存在的地方。 111 细菌的构造 细菌状似普通的细胞，但无成形细胞核，也无梭仁和核膜，只有按质( n u c l e a r m a t e r i a l ) ，细胞膜包幽着细胞质，膜外有崩细胞壁有的细菌具有鞭毛( f l a g e l l u m l 以便利行动有的细苗具有粘质的英膜( c a p s u l 甸包围细胞罐，这类肯有英膜的细 苗抵抗力强，易使人生病。细菌的基本构造如图1 所示。 图1 细菌的基本构造 细菌的结构对细苗的生存、致病性和免疫性等均有一定作用，拔分布部位大 致可分为：表层结构，包括细胞壁、细胞膜、羹膜：内部结构，包括细胞质、核 蛋白体、核质、质粒及芽胞等；外部附件，包括鞭毛和菌毛。习| 贳 ：x 把一个细 i e 京服装节皖顺i 学似论文 菌生存不可缺少的，或般细苗通常具有们结构称为基本结构，而把某些卦苗在 定条件f 所形成的特有结构称为特琳结构。 li1 2 细苗的分类 根据细菌的外部形貌特征，n ，将细菌分为二类：呈球体状的球i 辆( c o c c u s ) 呈中t 状的杆菌( b a c i l l u s ) 及呈弯曲状的螺旋菌( s p i d l l u m ) 。其形貌如图2 所示。 图2 细菌的形貌( a ) 球菌；( b ) 杆苗：( c ) 螺旋菌； 细苗形态受各种理化因素的影响，般来说，稿生长条件适宜时，培养s 1 8 h 的细菌，形态较为规则，称为典型型，幼龄细菌形体较长，细菌衰老时或在陈旧 培养物中，或环境中有不适合于细菌生长的物质( 如药物、抗生素、抗体、过高 的盐分等1 时，细菌常常出现不规则的形态，表现为多形性( p l e o m o r p h i s m ) ，或呈 梨形、气球状、托状等，称为衰退型( i n v o l u t i o nf o r m ) ，小易识别。观察细茼形态 和大小特征时，应汴意柬自机体或环境巾各种冈素所导致的细菌形态变化。 除可根据细菌的形貌特征分炎外，迁可根据对生理作用影响大小的细荫细胞 壁结构进行分类，如革2 氏阳性荫和革兰氏阴性雨等。由j ：细胞壁结构和成分的 不同，对细菌的杀灭作川也不尽柑同。对革兰氏阳性菌作用有效的抗卣剖，对革 兰氏阴性菌不一定有效。 3 细菌的p 长繁殖 细菌的生长繁埔町用细菌细胞量随时叫的变化术表示，大致t ，j 分为p q 个阶 段：诱导期、埘数期、稳定期和衰d 目( 如目3 所示呐。 第一阶段称为诱导期( i n d u c e m e n tp h a s e ) ，细谢接种至培养基后，肘新环境钉 一个短暂的适应过程f 不适应者可固转种而死亡) ，细胞处于开始分裂阶段，细胞 第1 章文献综述及选题 的数量几乎没有变化，此期因为细菌繁殖极少，曲线平坦稳定。诱导期的长短因 菌种、接种菌量、菌龄以及营养物质等不同而异，般为1 4 h 。此期中细菌体积 增大，代谢活跃，为细菌的分裂、增殖和合成，储备充足的酶、能量及中间代谢 产物。 第二阶段称为对数期( l o g a r i t h m i cp h a s e ) ，细胞分裂十分活跃，呈指数函数 增长，细菌以稳定的几何级数极快增长，可持续几小时至几天不等( 视培养条件 及细菌代时而异) 。此期细菌的形态、染色、生物活性都很典型，对外界环境因 素的作用敏感，因此研究细菌性状以此期细菌最好。 靛 蝈 禽 舅 时朋 图3 细菌的繁殖曲线1 2 0 第三阶段称为稳定期( s t a t i o n a r yp h a s e ) ，随着时间的推移，由于营养液的减 少、有害代谢物( 有机酸、h 2 0 2 等) 的积累和p h 值下降等不利因素的影响，细菌 繁殖速度渐趋下降，细菌死亡数逐渐增加。此期细菌增殖数与死亡数渐趋平衡。 细菌形态、染色、生物活性可出现改变，并产生相应的代谢产物如外毒素、内毒 素、抗生素、以及芽胞等。 第四阶段称为衰亡期( d e c l i n ep h a s e ) ，随着稳定期的发展，细菌繁殖越来越 慢，死亡菌数明显增多，活菌数与培养时间呈反比关系。此期细菌变长、肿胀或 畸形衰变，甚至菌体自溶，难以辩认其形，生理代谢活动趋于停滞。 1 1 2 测试菌的选择 为考察抗菌纤维产品是否具有广谱抗菌效果，本文选用大肠杆菌、金黄色葡 萄球菌，其形貌如图4 。 北京服装学院顶r l 学什恐文 豳 图4 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的形貌 人肠杆苗( e s c h e r i c h i ac o i l ，ec o l i ) 是分布最广泛的细菌，l 4 作为革兰氏阴 性菌的代表。大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，主 要寄生在大肠内。一般多不致病但它侵入人体一些部位时，可引起感染，如腹 膜炎、胆囊炎、膀胱炎及腹泻等。人在感染大肠杆菌后的症状为胃痛、呕吐、腹 泻和发热，感染可能是致命性的，尤其是对孩了及老人。 会黄色葡萄球菌( s t a p h y l o c c o c u sa u r e u s r o s e n b a c h ) 是无芽孢柑菌巾抵抗力 虽强的致病菌，可作为革兰氏阡| 性菌的代表。金黄色葡萄球菌是人类的一种重要 病原菌，隶属于葡萄球荫属( s t a p h y l o c o c c u s ) ，可引起多种严重感染。有“嗜肉 菌”的别称。会黄色葡萄球菌一般多见j 一春夏季：中毒食品种类多，如奶、肉、 蛋、鱼及其制品：此外，剩饭、油煎蛋、糯米糕及凉粉等引起的中毒事件也有报 道。 1 2 抗菌加工的目的、方法及其条件 121 抗菌的概念 抗茼足指采加化学或物p ，方法杀火细菌或妨碍细菌牛k 繁贿及l e 活r f 的过 挂，抗苗般习惯上包括灭菌、杀菌、消毒、彻苗、阢霉、防腐等5 ”1 4 。 灭菌是指杀灭或除上来自日的对象物的所有微生物和细菌，广义地乜含杀 苗、除茼： 杀苗意味着杀火所有的微生物和细菌，而系卣仅仅足对微生物干兀细曲进行系 灭，只强调过程，不强调结果； 消毒是灭死对人卣有病原性作用的特定微生物和细菌，防止感染， 不意味 第1 章文献综述及选题 着杀灭所有的微生物和细菌； 抑菌是指采用化学或物理方法抑制细菌或妨碍细菌生长繁贿及其活性的过 程。 防霉将阻止真菌的增生、杀灭称为防霉； 防腐：防止食品、药品、化妆品及其它各种材料，因有害微生物和细菌的侵 害而产生劣化； 抗菌的方法可分为物理法和化学法两类。物理法是通过改变温度、压力以及 使用电磁波、电子衍射等物理手段杀菌；化学法则是通过调节p h 值、进行气体 交换、失水、隔离营养源、利用化学药剂抗菌剂等化学手段灭菌【5 1 。根据不 同的使用目的和抗菌处理对象可选用不同的抗菌方法。目前，使用抗菌剂是进行 抗茵、防毒加工的主要方法，具有适用面广、效率高、有效期长等特点 6 1 。 1 2 2 抗菌加工的目的 抗菌防臭加工是用具有抗菌、防霉能力的加工药剂处理纤维制品的加工技 术。纤维或纺织品经抗菌处理后可以发挥两方面的作用： i ) 保护使用纺织品穿着者和使用者。如果抗菌纺织品能杀灭金黄色葡萄球 菌、大肠杆菌、尿素分解菌等细菌和真菌，则能预防传染性疾病的传播，防止 内衣裤和袜子产生恶臭，防止袜子上脚癣茵繁殖，防止婴儿因尿布发生红斑，提 高老人和病人的免疫能力，而且可以在医院内预防交叉感染。 2 ) 对纤维材料本身的保护，防止纤维受损。由于具有杀灭黑曲霉菌、球毛 壳菌、结核杆菌和柠檬色青霉菌等各种霉菌，可以防止纤维材料变色、脆损以 及纺织品贮藏时发生霉变。 3 ) 随着生活水平的不断提高，人们更加注意自身的家居生活环境，包括床 辇、床罩、被褥等家居用品，还可以抗菌、抑制细菌的繁殖，从而可以达到明显 改善人们生活环境的目的。 1 2 。3 抗菌加工的方；去【7 】 抗菌加工法大致上可分为纤维改性加工法和后处理加工法。 6 北京服装学院硕十学何论文 1 2 3 1 抗菌防臭纤维的改性加工技术可分为以下四个方面： ( 1 ) 采用化学法：将抗菌基团接枝到纤维表面的反应基上，对于不具备反 应基的物质，要引入反应基，使纤维具备化学改性的条件。 ( 2 ) 采用物理改性技术：使抗菌剂渗入到纤维表层较深部位。比如，开发 表面粗糙的微孔化的纤维，在后整理时有利于抗菌剂渗入纤维表层以下。还可以 在纺丝过程中把抗菌剂掺到纺丝油剂之内，抗菌剂在纤维的冷凝收缩和牵伸收缩 时能包容在表层以下的部位。在进行湿法纺丝中，在纺丝浴中加入抗菌剂， 也 会收到这样的效果。 ( 3 ) 把抗菌剂掺到纺丝液中进行共混纺出纤维：这是开发抗菌防臭纤维的 主要的手段。采用无机抗菌剂多采用熔融纺丝法，采用有机抗菌剂多采用溶液 纺丝法。 ( 4 ) 复合纺丝技术：对于芯鞘纤维，抗菌剂可以只掺加到鞘层中，这不仅 节省原料，而且有利于保持纤维的基本性能。对于并列型纤维，掺有抗菌剂的聚 合物可以作为并列的一个成分。 1 2 3 2 抗菌防臭的后处理加工法又可分为以下3 种方法： ( 1 ) 用反应性树脂将抗菌剂热固定于纤维表面的方法： ( 2 ) 使抗菌剂吸附固定于纤维表面的方法； ( 3 ) 通过纤维表面的官能团与三甲氧基形成共价键使有机硅系季铵盐固定 的方法。 1 2 。4 抗菌加工的条件【8 】【9 】 纤维的抗菌防臭加工是一门集纺织、化学、生物和高分子材料为一体的综合 学科。近年来，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人类的卫生保健意 识的增强，开发优良的抗菌纤维已引起了全球纺织界的关注。到目前为止，抗菌 纤维的开发已经覆盖了几乎所有的常规化学纤维品种。 对于织物或非织造材料进行抗菌整理的要求有： ( 1 ) 对不受欢迎的微生物有选择活性，抗菌效果佳，无耐药性； 7 第1 章文献综述及选题 ( 2 ) 对生产工人、消费者和环境安全； ( 3 ) 对加工过程和产品品质无负面影响； ( 4 ) 具亲水性，与化学加工过程具兼容性； ( 5 ) 整理过程简单易行： ( 6 ) 抗菌剂供应方便，价格合理； ( 7 ) 耐洗涤、耐干洗、耐高温压熨、耐消毒和灭菌处理； ( 8 ) 抗菌剂和抗菌产品通过权威检测机构认证。 具体来讲，抗菌纤维的研发应遵循以下方向： ( 1 ) 抗菌率高：对各种细菌的抗菌率要高达9 0 以上。 ( 2 ) 广谱抗菌：即对包括细菌、霉菌、放线菌、病毒和酵母菌等多种微生物， 以及同种微生物，不同菌株都具有抑制或杀灭作用。 ( 3 ) 抗菌效果持久：抗菌纺织品的耐洗涤性和耐磨损性要好，能长期杀菌。 ( 4 ) 安全性高：要求抗菌纤维本身毒性低、无皮肤刺激性和过敏性，不会对 使用者造成任何不良影响，并对环境友好，即使用过程中和使用之后尽量不污染 环境。 ( 5 ) 适用性广：可根据用户的需要制成多种规格的长丝、短纤维和无纺布产 品。 ( 6 ) 结构多功能化：如抗菌防臭加工与防霉、防污、透湿防水等加工相结合。 ( 7 ) 稳定性高：在储存和使用过程中具有良好的稳定性，不引起纺织品变色、 变性等问题。 ( 8 ) 经济：抗菌性作为纤维及纺织品的附加功能，其价格的增加幅度应不致 该类产品的销售产生不良影响。 1 3 国内外抗菌纤维的研究及开发现状 “抗菌”是指在一定时问内抑制细菌、真菌等微生物的生长、繁殖和存活： “抗菌剂 一般是指可以添加到材料当中，赋予材料抗菌性的物质；“抗菌纤维” 的制备通常是在纤维中直接添加抗菌剂，或者以其他方式将抗菌基团引入到纤维 当中，使其获得抗菌性【l o 】。 8 北京服装学院硕十学位论文 1 3 1 国外抗菌纤维的研究及开发现状 抗菌卫生整理在美国等国家称之为“抗细菌整理和“抗微生物整理”；在 同本称之为“抗菌防臭加工”。微生物包括病毒、细菌、真菌和霉菌等。 b o z j a 等【i l 】先将聚丙烯酸接枝到聚酰胺6 6 纤维上，再以乙二胺作为叶琳与 聚丙烯酸之间的反应桥梁，把叶琳i x 和锌叶琳i x 接枝到聚酰胺纤维表面，接 枝后的聚酰胺6 6 纤维的抗菌性能随光强度的增大而提高。 m i l e n a 等【1 2 】运用电纺 法( e l e e t r o s p u n ) 成功地制成了纳米q c h p v a 抗菌纤维， 该纤维的直径在6 0 2 0 0 n m 之间，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抗菌 效果。 y o e 等【1 3 】采用熔融纺丝法制备成一种p p a g 纳米复合纤维，并对其结构、纳 米银颗粒在复合纤维中的分散性，以及抗菌性能进行了研究，结果表明，该纳米 复合纤维对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有良好的抗菌性能。 s o n 等1 4 1 研究了在聚酰胺6 6 纤维玻璃化转变温度之上，在其表面进行末端 羧酸基和季铵盐反应，从而实现持久的抗菌功能。 在各国对抗菌织物的研究和丌发中，以日本最为活跃，短短几年内它便在世 界抗菌织物领域中占据了极重要的地位。 1 3 2 国内抗菌纤维及其技术应用发展 我国对抗菌纤维的研究始于2 0 世纪8 0 年代。 1 9 8 4 年上海树脂厂试制出s a q 1 抗菌整理剂；1 9 8 7 年山东大学与山东省纺 织研究所合作研究成功s t u a m l 0 1 型抗菌整理剂；1 9 9 9 年山东纺织工学院和中 国纺织大学分别研制出s f r 1 羟基氯代二苯醚非离子型抗菌整理剂【l0 1 。 近年来有关抗菌纤维的研究报道有所增加，如秦伟明等【i5 】采用无机金属盐 同有机抗菌剂互配使用，制备具有一定协同效应的抗菌材料； 周轩榕等【1 6 】应用甲基丙烯酰氧乙基苄基二甲基氯化铵，对纤维表面进行改 性接枝，改性后的纤维对菌体的吸附能力增大，抗菌性能增强。 上海石化试验厂采用有机m a 抗菌剂，通过共混的方式制备功能性的抗菌 丙纶；江苏纺织研究所开发研制k j 9 6 p e t 短纤： 9 第l 章文献综述及选题 李毕忠【1 7 】以碱金属或碱土金属的水合硅酸盐作为载体，与抗菌会属离子 a 矿、c u 2 + 、z n 2 + 等进行离子交换，制成纳米无机抗菌剂，为了提高其在基体材 料中的分散性，又将其与p e t 树脂均匀混合制成母粒，再与p e t 熔融纺丝制得 抗菌纤维。 宋建芳等【1 8 】纳米级无机抗菌剂对棉织物进行了抗菌整理，结果表明：经整 理的织物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌作用5 h 后，抑菌率均在9 0 以上。 赵博【挎】通过工艺试验和测试，分析了a m i c o r 抗菌纤维的特点、纺纱工艺等 因素对抗菌纤维纱线质量的影响，探讨了提高纱线质量的技术措施。 ) ( u 等【2 0 】通过电纺法( e l e c 仰s p i 皿i n g ) 制成了能生物降解的纳米a 妒l a 纤维， 并对其形貌、银离子的缓释性能和抗菌性能进行了测试。 1 4 抗菌效力测试方法的选择 1 4 1 抗菌效力评价方法 有关纺织品抗菌性能评价方法的研究，国外己开展了多年，并陆续建立了一 些具有代表性的、相对稳定的、可在多个实验室重复进行的测定方法。 具体见表l 和表2 。 表1 抗霉菌效力测定方法【2 1 l 1 0 北京服装学院硕十学位论文 h a l o 法 ( 抑菌环宽度) 菌 数 减 少 法 浸渍法 振荡法 其他 a a i c c - 9 0 改良a a t c c 9 0 ( 喷雾法) 改良a a t c c 9 0 ( 比色法) p e t r o c c i 法 菌液吸收法 a a t c c 1 0 0 改良a a t c c 1 0 0 细菌增殖抑制法 菌数测定法 l a t l i e t 法 i s q u i t h 法 m a j o r s 法 新琼脂平板法 振荡瓶法 改良振荡瓶法 q u i n n 法 平行划线法 a a t c c 14 7 定性 定性 定量 定性 定量 定量 定量 定量 定量 定量 定量 半定量 定量 定量 定量 定量 定性 半定量 阻l 卜带宽度 显色的榉度 显色的程度 阻止带 菌减少率 菌减少率 菌减少率 增殖抑制效果 增减值差 菌减少率 菌减少率 滴定值 杀菌抑菌活性 菌减少率 菌减少率 菌减少率 阻止带 1 4 2 抗菌效力评价方法的分析 上述表1 、表2 这些方法大多数都存在定的局限性，各种方法的测定结果 之间没有严格的可比性。而且各自的优缺点十分明显。作为抗菌性试验一舣应 具有如下基本条件： 1 ) 试验条件要尽可能近似于纤维制品的实际衣着状态； 2 ) 不同加工方法、纤维材料或形状的抗菌产品均采用同一标准评价； 3 ) 能定量的计测； 4 ) 操作简便易于掌握。以下是对几种常用抗菌测试方法的简单介绍： 第1 章文献综述及选题 ia a t c c 9 0 试验法 a a t c c 9 0 试验法又称晕圈试验法，是用于抗菌剂筛选的抗菌效力快速定性 方法。此法一次能处理大量的试样，操作较简单，时间短。但也存在一些问题， 如虽然规定了在一定时间内培养试验菌液，但是菌浓却没有明确的规定。另外， 阻止带的宽度代表的是扩散性和抗菌效力，对于与标准织物比较是有意义的，但 不能作为抗菌活力的定量评定【2 2 】。 i ia a t c c 9 0 试验法改良法( 喷雾法) a a t c c 9 0 试验法改良法( 喷雾法) 是定性检测法。该方法的优点就是无论对 于形成抑菌圈的试样，还是对于不行成抑菌圈试样，只要平板上有细菌生长，就 会显出红色，从而判断抗菌效力【2 3 】。 i l la a t c c 9 0 试验法改良法( 比色法) 能够计算活菌数，但不适用于与琼脂培养基不易接触的试样。 菌液吸收法 虽然吸收法操作较为复杂，耗时较长，但因其是定量方法，对溶出型与非溶 出型抗菌纺织品均较适用，且试验条件与人体实际穿着情况较为接近，所以是目 前测试结果最为准确的方法。从科学性以及生活实际出发，该法都应该是未来纺 织品抗菌性能测试的主要发展方向1 2 4 1 。 va a t c c 1 0 0 试验法 a a t c c 1 0 0 是一种容量定量分析方法，适用于抗菌纺织品抗菌率的评价。 此法的缺点是一次试验的检体不能太多，且花费时间较长：对于非溶出型试样， 不能进行抗菌性能评价：没有详细规定中和溶液的成份；而且菌液中营养过于丰 富，与实际穿着条件相差太大；容器太大，不易操作【2 5 1 。 改良a a t c c 1o o 试验法 该种方法无论对于溶出型试样，还是非溶出型试样，都能进行抗菌测试，而 且培养基的养分适合织物的使用条件。但该试验方法繁杂，接种菌液浓度过大， 生成菌落数量多而小，不易计数观察。 振荡瓶法 该种方法的优点是可以适用于大多数试样，像粉末状、有毛或羽的衣服、凸 凹不平的织物等都可以使用，即使是水溶液中非溶出型的试样也能评价其抗菌性 1 2 北京服装学院硕十学位论文 能2 6 1 。缺点是稀释液缺少微生物增殖所需用的养分，不符合穿着条件；培养时 i 日j 短，试验菌几乎不能增殖，与日常穿衣时i h j 相差太大；另外振荡温度为2 5 ， 并非最佳培养温度f 2 7 】。 奎因法 奎因法能定量的测试样品的抗菌效力，适用于非溶出型和溶出型抗菌织物的 评价。该法的缺点有：操作方法复杂：由于在低倍镜下计数菌落，活细菌易污染 显微镜和试验台：测试样品上覆盖的培养基为半固体，在操作时易溢出样品外， 细菌也会随着溢出，导致各样品间的细菌数不同而影响对比。 1 4 3 抗菌效力测试方法的选定 在本实验中，依据制备的抗菌纤维的性能，选用的定性测试方法为抑菌晕法， 此法一次能处理大量的试样，操作简单，时间短；另外，由于纤维表面粗糙，凹 凸不平，吸湿性能一般，并且为非溶出型抗菌纤维，选用的定量测试方法为菌液 吸收法和振荡瓶法，以尽可能到达最好的测试效果。 1 5 课题的研究目的与内容 1 5 1 研究目的和意义 人体在正常状态下带有无数微生物，如附着于两手的细菌有时竟超过1 1 0 6 个c m 2 ，存在于人头皮上的微生物约为1 4 x1 0 7 个c m 2 ，上半身皮肤上的微生 物约为5 0 - - 5 0 0 0 个c m 2 ，l g 粪便中的活菌数可达lx1 0 9 ，- - - 1 1 0 个【2 8 1 。 天然纤维的主要成分是纤维素、胶原、蛋白质等，非常容易受到微生物的侵 害，导致纤维理化性能的劣化。用于制备化学纤维的聚合物部分，也能被微生物 分解，如聚酯、尼龙等。织物在加工过程中，通常需要添加可作为微生物营养的 物质进行处理。另外因化学纤维吸湿性差，卫生性能也将变得更为低劣。因此一 旦外界温湿度条件成熟，各种纤维或织物很容易滋生多种微生物，导致织物变色、 长霉斑、产生臭味等【2 9 】。 从经济角度来说，目前国外抗菌卫生织物应用领域广泛，市场潜力巨大，织物 的抗菌性已作为织物的一个基本性能被消费者所接受。从抗菌产品开发历史来看， 1 3 第1 章文献综述及选题 因后整理工艺路线简单，适用范围广，已成为丌发抗菌织物的主要工艺路线，但由 于其抗菌效果持久性差，现在各国科学家已经将主要精力集中到丌发永久型抗菌 纤维上来。我国抗菌织物丌发历史较短，消费者有一个逐渐接受的过程，但从发展 角度看，我国抗菌织物市场前景是无限广阔而明朗的f 3 0 】。 1 5 2 研究内容 本文文旨发现一种含银的抗菌纤维。通过螯合基团，将具有杀菌作用的金属 离子a 矿螯合到改性的腈纶纤维上，从而使其具有抗菌性；并分别以大肠杆菌和 金黄色葡萄球菌为实验菌种，分别使用抑菌晕法、菌液吸收法对纤维进行抗菌性 能测试。并合成3 一氯一2 一羟丙基三甲基氯化铵抗菌剂，将其整理与脱脂棉上，用 振荡瓶法对两种不同的抗菌纤维的抗菌性能进行了比较。 ( 1 ) 含a g 抗菌纤维制备及制各条件的优化 ( 2 ) 含a g 抗菌纤维抗菌性能的测定 ( 3 ) 含船抗菌纤维中银存在状态及其含量的研究 ( 4 ) 季铵盐抗菌纤维的制备 ( 5 ) 季铵盐抗菌纤维抗菌性能的测定 ( 6 ) 含a g 抗菌纤维抗菌纤维与季铵盐抗菌纤维抗菌性能的比较 ( 7 ) 两种抗菌纤维的表征 1 4 北京服装。学院硕十。学何论文 2 1 实验原料及仪器 2 1 1 实验原料 第2 章实验部分 表3 实验所需原料 1 5 第2 章实验部分 2 1 1 实验仪器 m i l l i qa c a d e m i c 超纯水系统：美国m i l l i p o r e 公司； a l c 】1o 4 电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司。 s p d j 1 净化工作台：金坛荣华仪器制造有限公司； y x 2 8 0 型电加热手提式压力蒸汽消毒器：江阴滨江医疗设备厂； m i r 1 5 3 恒温培养箱：日本s a n y oe l e c t r i cb i o m e n d i c a lc o l t d ； s h z 8 8 水浴恒温振荡器：江苏省金坛市医疗仪器厂； j 2 型菌落计数器：姜堰康泰医疗器材厂； d h g 9 0 2 3 a 电热恒温鼓风干燥箱：上海华联医疗器械有限公司： s h b 1 1 1 循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司； 常压蒸馏装置电动搅拌器：江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂： l a b o r o t a 4 0 0 0 旋转蒸发仪：德国h e i d o l p h 公司； 等离子发射光谱仪( i c p - h e s ) ：德国斯派克公司； 7 2 2 分光光度计：上海分析仪器厂； n e x u x 6 7 0 f t 型显微红外光谱测试仪( i r ) ：美国n i c o l e t 公司； j s m 一6 3 6 0 l v 扫描电镜( s e m ) ：日本电子株式会社； 生化培养皿( 简称平皿) ：皿底直径为9 c m ； l m l