甲壳素纤维及其混纺织物的抗菌性研究

甲壳素纤维及其混纺织物的抗菌性研究

1甲壳素纤维和壳聚糖纤维的制备目前，世界上采用的生产工艺方法有三种：制备法（通过交联剂制备甲壳素、甲壳素和棉纤维）；混合法（即cotomica法，将甲壳素和壳聚糖与细粉反应混合制成普通纤维）、涂层法（将普通纤维浸泡并用干燥加工而成）、克列夫拉法（克列夫拉法）以7.3的比例在人造纤维和地壳中收集。湿纺法（将甲壳素或甲壳素溶解在溶剂中，并在硬化过程中通过海关酸钠处理而成。）。严格地讲,甲壳素纤维和壳聚糖纤维是有区别的。本文采用的是国产壳聚糖纤维,但考虑到人们的习惯称呼,仍沿用甲壳素纤维的叫法。我国对甲壳素的研究始于1954年,并于20世纪50年代开展了甲壳素纤维和壳聚糖纤维的工业化试生产。目前日本、韩国和中国等少数国家已实现了甲壳素和壳聚糖纤维的工业化生产。2甲壳素纤维的抗菌性能甲壳素属于碳水化合物中的多糖(图1)。甲壳素结构式中糖基中的N-乙酰基被脱去55%以上时,则成为甲壳素的最重要的衍生物壳聚糖(图2),化学名称为1-4-二胺基-2-脱氧-β·D-葡聚糖。甲壳素纤维中,其壳聚糖成分具有抗菌作用。壳聚糖对细菌和霉菌的抗菌作用原理为:壳聚糖带的阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂质阴离子发生离子结合,束缚了微生物的自由度,阻碍其发育。壳聚糖还被分解成低分子,渗透到微生物细胞壁内,阻碍遗传因子从DNA到RNA的转移,从而阻止了微生物的发育。对细菌中的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的最小生育阻止浓度为10~20mg/kg,对灰霉菌、斑点病菌的最小生育阻止浓度为10mg/kg,均显示出极高的抗菌性。3羟基和氨基甲壳素和壳聚糖纤维呈白色或灰白色半透明状,无味、无臭、无毒性,壳聚糖纤维略带珍珠光泽,其物理指标见表1。因分子中含有活泼的羟基和氨基,在一定条件下,甲壳素和壳聚糖都能发生水解、烷基化、酰基化、羧甲基化、磺化、硝化、卤化、氧化、还原、缩合和络合等化学反应,从而生成不同性质的衍生物,扩大了其应用范围。由于甲壳素大分子内具有稳定的环状结构,大分子间存在强氢键作用,使它的溶解性能较差,不溶于水、稀酸、稀碱和一般的有机溶剂。壳聚糖分子中由于大量氨基的存在,使其溶解性能大大优于甲壳素,能溶于稀酸中。4甲壳素纤维含量对细菌抑菌效果的影响据有关资料介绍,若纺织品中的甲壳素纤维含量为0.5%,对金黄色葡萄球菌即有抑菌效果;甲壳素纤维含量在2%以上时,抑菌效果接近100%。为此,我们有针对性地选择了棉和涤棉织物。4.1布条件.51333棉99%/甲壳素纤维1%14.5×14.5535×283119cm平布;棉97.5%/甲壳素纤维2.5%14.5×14.5535×283119cm平布。4.2改性前后织物纤维原料的性能涤64.35%/棉34.65%/甲壳素纤维1%14.5×14.5433×299119cm府绸、涤63.2/棉34.3%/甲壳素纤维2.5%14.5×14.5433×299119cm府绸。5工艺条件的确定甲壳素纤维混纺织物的染整加工,关键是研究其在正常染整加工过程中物理和化学性质变化,保证其有效含量和生物活性的稳定,从而确定合理的工艺条件。为此,本文对100%甲壳素纤维和甲壳素纤维混纺织物进行了试验。5.1甲壳素纤维在不同水中的溶解鉴于甲壳素纤维生物活性的敏感性以及甲壳素纤维的溶解性,用纯甲壳素纤维进行水质影响试验。将甲壳素纤维分别在室温条件下置于软水、半软水和硬水中30min,烘干后称重并观察。结果表明(表2),甲壳素纤维在软水和硬水中均能发生不同程度的溶解,失重率约为0.4%~0.46%;甲壳素纤维在硬水中的失重率最低,仅为0.4%,这可能是由于离子吸附所致,纤维的外观和手感也随着软硬水的不同而有所变化。5.2处理前后纤维的性能在室温条件下,用220g/L烧碱对甲壳素纤维松弛浸泡处理3min,水洗烘干后纤维手感稍硬,颜色微黄,失重率达3.1%;处理5min后,纤维开始发粘;处理20min后纤维间粘结,水洗烘干后手感特硬,颜色变微黄色,纤维失重率25%。在室温条件下,用150g/L浓度的烧碱对甲壳素纤维处理10min,纤维手感变硬,颜色变黄,失重率达3.25%。由此可见,甲壳素纤维可用220g/L烧碱在室温条件下进行处理,时间不宜太长。5.3织物表面失重率用不同浓度的双氧水(H2O22~14g/L),在90或100℃条件下对甲壳素纤维织物松弛浸泡处理30min后,失重率达13.8%~16%;而用低浓度H2O2处理时,纤维无异常发生,失重率仅为1.9%,颜色由白色变为微黄(表3)。由此证明,甲壳素纤维织物可以进行轻氧漂处理,但应严格掌握双氧水浓度。5.4甲壳素纤维的松弛在平幅煮练工艺条件下:NaOH30g/L,稳定剂6g/L,煮练剂3g/L,100℃×30min,对甲壳素纤维进行松弛处理。发现处理后的纤维无发粘或脆损现象,失重较少,手感柔软,色泽基本无变化。说明正常的平幅煮练工艺适用于甲壳素纤维织物。5.5织物上的型貌将甲壳素纤维浸轧一定浓度的NaOH、H2O2溶液,然后在室温条件下堆置24h,水洗、烘干后,纤维手感较好,无明显失重和异常现象发生。5.6烘焙工艺试验将甲壳素纤维在200℃焙烘2min后,纤维失重率仅1%,无脆损,无异常变化。试验证明,甲壳素纤维能够适应焙烘处理。6工艺路线的确定在进行一系列工艺试验后,根据本企业现有生产设备和甲壳素纤维棉及涤棉混纺织物的工艺适应性,有针对性地选择了几种不同的工艺路线进行大车试生产,确定了可行的工艺路线和工艺条件。6.1平幅水洗naoh烧毛→冷轧堆(NaOH40g/L,煮练剂5g/L,H2O2,稳定剂,24h)→平幅水洗(NaOH20g/L,助练剂3g/L,汽蒸102℃×30min;H2O21g/L,稳定剂3g/L,汽蒸94℃×30min,pH=11)→丝光(NaOH220g/L)→活性染料轧染→拉幅漂白产品前处理→棉增白拉幅(增白剂2g/L)6.2l1烧毛→平幅退煮漂(NaOH18~20g/L,助练剂5g/L,100℃,40min;H2O2,稳定剂,pH=10~11,100℃,40min)→定形(200~210℃)→丝光(NaOH210~220g/L)→分散/还原轧染→柔软拉幅7结果与讨论7.1甲壳素纤维的抗菌性能经过大车生产证明,甲壳素纤维含量2.5%的棉织物和涤棉混纺织物的染色和漂白产品均具有明显的抗菌效果(表5、6),且因为这种抗菌效果来自于甲壳素纤维,故其具有耐久性。甲壳素纤维棉织物和涤棉混纺织物对大肠杆菌的平均抑菌率分别为92.86%和93.27%,对金黄色葡萄球菌的平均抑菌率分别为99.92%和98.23%。由此可见,甲壳素纤维棉织物与甲壳素纤维涤棉混纺织物的抗菌效果基本相同。甲壳素纤维混纺织物对金黄色葡萄球菌的抗菌效果好于对大肠杆菌的。7.2甲壳素纤维在织物抗菌整理中的含量对甲壳素纤维含量为1%的棉织物和涤棉混纺织物的抗菌实验发现(表7、8),甲壳素纤维在织物中的含量是决定抗菌效果的主要因素。当其含量为1%时,混纺织物对金黄色葡萄球菌有抗菌效果,对大肠杆菌则无抗菌效果。7.3甲壳素纤维混纺织物的抗菌性能印染加工过程对甲壳素纤维混纺织物的抗菌效果有一定影响,这可通过各半成品的抗菌效果测试数据(见表7、8)看出,其中丝光后半成品的抗菌效果最差,这与丝光过程的强碱处理有关。甲壳素纤维混纺织物适用于活性染料、分散/活性、分散/还原等染色处理;也可用双氧水处理生产理想的漂白产品。8甲壳素纤维混纺印染产品抗菌性能的影响甲壳