棉织物的抗菌整理.doc

1.摘要棉织物为大多数消费者所喜爱，但是棉织物在服用过程中，特别容易被细菌侵蚀，不仅会影响织物的强力，而且会对人们的健康造成不利影响。当今人们对环境卫生与自我健康日益重视，抗菌卫生纺织品正逐渐受到消费者喜爱。由此可见,抗菌织物的研究与开发有着极其重要的意义。目前，棉织物的抗菌处理主要是通过后整理方法达到，例如用硅氧烷季铵盐类，有机卤素类和壳聚糖类等后整理。本文研究的是壳聚糖整理棉织物的抗菌性能。关键字：棉织物 细菌 抗菌 壳聚糖1.摘要12.绪论33.理论部分43.1国内抗菌整理剂的发展状况43.2壳聚糖抗菌整理剂43.2.1壳聚糖的结构特征43.2.2整理剂的溶解53.2.3整理剂的制备53.3壳聚糖抗菌整理技术的作用原理54.实验部分64.1整理工艺64.2抗菌率的测定65.结果与讨论65.1抗菌性能的影响因素65.1.1壳聚糖浓度对抗菌性能的影响65.1.2壳聚糖脱乙酰度对抗菌性的影响75.1.3壳聚糖分子量对抗菌效率的影响75.1.4有机酸对壳聚糖溶解性的影响85.2 抗菌性试验85.3耐洗涤实验96.结 论97.参考文献92.绪论在自然界的物质循环过程中,细菌无处不在,人们日常使用的各种纺织品,如被褥、内衣裤、鞋袜、衣服、毛巾等都是细菌滋生繁衍和传播的适宜场所。各种细菌在条件适宜时会迅速繁殖,不仅会使纤维制品变色、发霉、降解等,还会对人体皮肤产生异常的刺激并诱发各种皮肤病,形成对人类生活的种种危害。因此,对棉织物进行抗菌整理是十分必要的1。壳聚糖具有优异的广谱抗菌性,同时具有吸湿性、透气性、降解性、生物活性、螯合性以及酶固定化作用等特性,其资源丰富、无毒、无污染,非常适合作抗菌剂,已广泛应用于天然纤维织物的抗菌整理中,是一种新型的绿色环保型抗菌整理剂国内外均有一些关于壳聚糖在织物功能整理中的应用及其用于棉织物抗菌整理的报道2。针对壳聚糖在棉织物抗菌整理中的应用本文通过壳聚糖溶解、改性、复配等技术研制了一种高效的壳聚糖抗菌整理剂,并通过特殊的加工整理方法,将壳聚糖抗菌整理剂整理到棉织物上,克服了以往产品不耐洗涤的短处,增强了产品的时效性3。3.理论部分3.1国内抗菌整理剂的发展状况目前,国内外所使用的抗菌剂可分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂三大类。无机抗菌剂主要有抗菌性浮石、磷灰石、磷酸钙等无机离子交换体之类的多孔性物质,以及汞、银、铜、铅等金属及其离子化合物和络合物。有机抗菌剂主要由有机硅季铵盐类、芳香族卤化物、磺胺等抗菌物、脂肪酸类,酚类。目前已被应用的天然抗菌剂有壳聚糖,壳聚糖季铵盐和中草药等。3.2壳聚糖抗菌整理剂3.2.1壳聚糖的结构特征壳聚糖的基本组成单位是氨基葡萄糖(一般叫氨基葡萄糖残基),而基本结构的糖单元是壳二糖,在壳聚糖酶自然降解壳聚糖时,最后产物是壳二糖,不是氨基葡萄糖。壳聚糖大分子链上分布着许多羟基、氨基,还有一些N乙酰胺基,它们会形成各种分子内和分子间的氢键。正因为这些氢键的存在,使壳聚糖分子更容易形成结晶区。由于壳聚糖的结晶度较高,使其具有很好的吸附性、成膜性、成纤性和保湿性等良好的物理机械性能4。3.2.2整理剂的溶解壳聚糖不溶于水,可溶于酸性溶剂14。从保护NH2考虑,用稀的有机酸比较合适,利用壳聚糖的NH2和有机酸生成盐式键,如与醋酸生成壳聚糖醋酸盐,与柠檬酸生成壳聚糖柠檬酸盐等,也有利于改性和复配抗菌整理剂。本实验采用了醋酸和柠檬酸。3.2.3整理剂的制备壳聚糖溶解于有机酸后形成的壳聚糖有机酸盐水溶性好,但仅仅用壳聚糖有机酸溶液配成工作液用于织物整理,会出现织物手感发硬而无法满足使用要求,因此必须将壳聚糖有机酸溶液与其它辅助材料复配。为了保证综合功能,将壳聚糖有机酸溶液与自制的氨基硅微乳聚合物共混研制出了JD壳聚糖抗菌整理剂。3.3壳聚糖抗菌整理技术的作用原理在酸性条件下,壳聚糖分子中的活性基团易与H+结合,形成-NH3+阳离子。细菌是由细胞壁、细胞质和细胞核构成的,细胞壁由磷酯双分子组成,带负电荷。细菌生存和繁殖的最佳条件是中性或弱碱性介质。当细菌与经壳聚糖整理的织物接触时,带负电荷的细菌会被织物上的-NH3+阳离子所吸引,从而束缚细菌的自由活动,抑制其呼吸机能,即发生接触死亡。另外,细菌在电场引力作用下,细胞壁和细胞膜上的负电荷因分布不均匀造成变形,发生物理性破裂,使细胞内的水、蛋白质等渗出体外,发生细菌溶体现象而死亡5。4.实验部分4.1整理工艺精确称取一定量的壳聚糖,并溶解在1%的醋酸溶液中。将棉织物在不同浓度的壳聚糖溶液中浸泡30 min后,二浸二轧(轧余率110%)预烘(90*min)焙烘(140*3 min)。作为交联剂,戊二醛和壳聚糖相混合,按照戊二醛与壳聚糖中NH2的1B1的比率。壳聚糖与戊二醛反应1 h后,将棉织物放入溶液中浸轧(轧余率110%)预烘(90*5 min)焙烘(140*3 min)。4.2抗菌率的测定采用细胞培养平板法进行改良的Quinn法实验,以测定织物抗菌率。 抗菌率(%)=(N0-N1)/N1*100% 式中:N0为未整理布样的菌落数; N1为整理布样的菌落数。5.结果与讨论5.1抗菌性能的影响因素5.1.1壳聚糖浓度对抗菌性能的影响随着壳聚糖浓度的增大,开始抗菌率上升,之后下降。当壳聚糖溶液浓度在0.3 g/L时,对大肠杆菌的抑制效果最好;浓度在0.6 g/L时,对枯草杆菌的抑制效果最明显。壳聚糖这种抗菌性有两种作用机理:在酸性条件下,壳聚糖分子中氨基转化成铵盐,吸附带负电荷的细菌破坏其细胞壁,从而阻碍其发育。另一种可能是壳聚糖分解成低分子,吸附细菌后,穿过微生物细胞壁进入到细菌细胞内与DNA形成稳定的复合物干扰DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用,阻碍了DNA或RNA的合成,从而抑制了细菌的繁殖。在第二种作用机理中,壳聚糖一定会被分解成分子量不足6 000的壳聚糖,这将使壳聚糖很容易进入到细菌细胞内。研究中,壳聚糖分子量都高于6 000,所以,第一种作用机理被认为更接近真实情况.5.1.2壳聚糖脱乙酰度对抗菌性的影响随着壳聚糖脱乙酰度的增大,整理后棉织物的抗菌性能也显著提高。当壳聚糖脱乙酰度从68%上升到95. 66%时,大肠杆菌抗菌率由61.34%升高到85.23%,枯草杆菌从32.67%升到82.95%。结果表明,在壳聚糖浓度相同的情况下,脱乙酰度高的壳聚糖结合在棉织物上的有效氨基数量增加,其抗菌性也随之增强.5.1.3壳聚糖分子量对抗菌效率的影响壳聚糖游离氨基抗菌活性除了直接与脱乙酰度高低有关外,粘均分子量的大小也是影响其抗菌活性的重要因素。壳聚糖是一种结构复杂的高分子化合物,其抗菌活性与分子链的长短以及内部氢键的强弱都有关系,因此,从粘均分子量的角度可以很好地分析它的抗菌性能。当壳聚糖质量分数为0.1%时,随着粘均分子量逐渐增加,对大肠杆菌的抗菌率逐渐增大(粘均分子量为5.0*105时达到最大96.7%),之后逐渐减弱;随着壳聚糖质量分数的增加,对大肠杆菌的抗菌率逐渐增高,质量分数达0.25%时抗菌率达到最高(100%)。粘均分子量越大,高分子溶液的粘度越大,壳聚糖分子内和分子间的氢键作用越强烈,其分子链也越容易缠绕而变得更加僵硬,这样就减少了有效)NH3+离子浓度,即使提高壳聚糖脱乙酰度(以增加游离氨基含量),而有效的抗菌基团)NH3+已没有了与细菌充分接触的空间,或者说削弱了有效的抗菌基团)NH3+与细菌充分接触的空间,壳聚糖的抗菌能力也就会下降。5.1.4有机酸对壳聚糖溶解性的影响用醋酸溶解壳聚糖,醋酸质量分数越高、溶解时间越短,抗菌效果越好。用溶解于醋酸的壳聚糖溶液复配成抗菌整理剂虽然抗菌效果好,但会使织物带上酸味。柠檬酸是一较合适的酸剂,溶解后生成壳聚糖柠檬酸盐,无酸味,且稀释性好,有利于复配抗菌整理剂,也不影响抗菌效果6。5.2 抗菌性试验试样的准备:将待测抗菌织物剪成重0.3 g的长方形小块。编号后放入试管中,试管口塞上医用脱脂棉。在高压灭菌锅中用0.1 MPa高压蒸汽灭菌20 min。接种:将培养基分装在试管中(8 mL/管),用1 mL无菌刻度吸管向每个试管中加入0.2 mL菌液,和0.3 g待测织物,将试管置于摇床水浴中(37,150 r/min)振荡培养,并定时取样,以培养基为空白样作参比,用756-MC型紫外分光光度计,在610 nm波长下,测定细菌培养液的浊度,作细菌生长曲线,并以此来表征后整理织物的抗菌活性。5.3耐洗涤实验试样以1:30浴比,洗涤剂浓度为2 g/L,在大烧杯内,于40下洗涤25 min。脱水再用水注洗2min;甩干再用水注洗2 min;重复两次于80下烘干30 min。以上顺序为洗涤一次相当于日本工业标准JISO217-103或我国FJ-54P-85标准的洗涤5次。然后再测定其抗菌性。6.结 论(1) 该整理技术主要存在耐洗性问题，可以将壳聚糖和壳聚糖衍生物的两种整理剂复配，得到棉织物抗菌具有持久、耐洗涤性的优异特性7。(2)浓度、分子量和脱乙酰度是影响壳聚糖抗菌活性的重要因素。当壳聚糖浓度为0.3 g/L时,大肠杆菌可被有效抑制;而枯草杆菌可被有效抑制的壳聚糖浓度是0.6 g/L。随着壳聚糖脱乙酰度和分子量的增大,抗菌率也提高。作为交联剂的戊二醛促进了壳聚糖在棉织物表面的吸收,且使棉织物的抗菌耐洗性提高。7.参考文献1纺织学报 第24卷 第4期 335-3902长春工业大学报(自然科学版)第26卷第3期2005年9月 Vol126,No.33纺织学报第27卷第2期2006年2月Journal of Textile ResearchVol.27 No.2Feb. 20064化学教育 2006年第 8期5YONG-SILK K WANG. Jin durable press and ant-imicrobial finishing of cotton fabrics with a CA and chitosan treament J.Textile Res.J.,2