第六章纳米技术在抗菌纤维.ppt

1、中国抗菌标志 CIAA标志寓示产品具有持久抗菌、安全自洁的功能。,6 纳米技术在抗菌纤维中的应用,6 纳米技术在抗菌纤维中的应用,61 抗菌材料的应用意义与研究现状 611 抗菌材料的应用意义 使医疗保健由被动治疗转变为主动预测和预防。 广义上的抗菌材料是指能够抑制微生物生长、繁殖或将其毒杀的助剂，抗菌剂对有害人体健康细菌的灭杀，有别于人们生活中的消毒含义，它更侧重于有效地杀菌、抑菌效果。,加工的目的有二： 一是对纤维材料本身加以保护，包括防止纺织纤维表面附着杂色、变色、脆化和对在贮藏中的纤维制品的防微生物保护等； 二是对穿着者和使用者的保护，包括预防传染病、防止织物产生恶臭、防止袜上水虫菌繁

2、殖、防止婴儿尿布疹、保护卧床病人和老龄者的皮肤等。,6.1.2 国外研究现状,抗菌服装的现代应用始于第二次世界大战时的德军。由于装备了经抗菌加工的军服，德军伤员的细菌感染大大减少。 抗菌后整理技术的缺点是织物经过多次洗涤后，抗菌性下降比较明显。 20世纪80年代；抗菌防臭加工纤维制品在日本大为走红，广泛用于各种不同领域,纳米口罩防水性强、抗污染性好、透气性优、符合环保概念、触感甚佳、经济实用,613 国内研究现状,我国抗菌剂的研究相对滞后，但近年来发展迅速， 银系抗菌剂 AMF系列永久性抗菌纤维 最近新研制将纳米TiO2 、纳米ZnO等添加到天然或聚合物长丝中，纺制出各种永久性抗菌、防臭纤维。

3、,62 抗菌剂的种类及其作用原理,621 抗菌剂的分类 按抗菌剂的结构来分类，可分为有机、无机和生物抗菌剂三类。 有机抗菌剂主要包括有机酸、酯、醇、酚类物质；,无机抗菌剂主要有TiO2 、ZnO、沸石、磷灰石、磷酸锆等多孔性物质以及银、铜、锌等金属及其离子化合物； Ag+Cu2+Fe3+=Sn2+Al3+Zn2+ 生物抗菌剂主要是指从动植物体内提取的以及经微生物发酵生产的抗菌剂，如黄连素、四环素等大分子结构化合物，以及大蒜之类的植物。,有机季铵盐类、有机卤素化合物类，因在使用过程中受到使用温度的限制，同时还存在耐水解性、杀菌时效、耐紫外线稳定性和材料相容性等一系列问题。 无机抗菌剂则以其高耐热

4、性、优异的广谱抗菌性能受到人们关注。 无机抗菌剂以其载体类型可分为沸石型、磷酸复盐型、膨润土型、硅胶型等；以抗菌成分的引入方法可分为离子交换法和吸附沉淀法等。,目前国内抗菌织物一般采用三种方式生产： 一是采用后整理技术,当前市场销售的抗菌制品90%是采用后整理技术加工而成。后整理技术是将纤维、纱线、织物或成衣置入含有抗菌物质的溶液中浸泡以达到抗菌效果,由于服装经常需要洗涤,将会把抗菌物质从其纤维表面洗掉,所以用这种方法生产的抗菌纤维的抗菌效果不能持久,耐洗性差,抗菌效果较低； 二是采用有机物抗菌剂添加,添加有机物抗菌剂的缺点是不耐高温,一般为溶出型,抗菌难以持久； 三是采用无机物添加,即载有铜

5、、锌、银离子复合其它阳离子方式,还有采用陶瓷粉、活性炭与稀土激活等技术手段。 采用银锌铜复合纺丝的缺点是纤维容易变色,无机物添加量比较大,降低了纤维的可纺性和可染性,降低了纤维的强度,抗菌效果也不够理想,采用稀土添加易造成辐射伤害,缺少安全性。,622 无机抗菌剂的作用原理,银系抗菌剂破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，因此具有抗菌作用。 另一种是活性氧抗菌机理 由于抗菌剂在产品中要达到一定的用量，故选用抗菌剂必须遵循下列原则： 对人体是安全无毒的，对皮肤没有刺激性； 抗菌能力强，抗菌范围广； 无臭味、怪味，外观颜色要浅，气味小； 热稳定性好，高温下不变色、不分解、不挥发、不变质等 价格

6、便宜，来源容易,623 纺织中常用的无机抗菌剂,银系无机抗菌剂，用量很少，20ppm ,中性偏碱性 存在不同程度的变色问题，变红、黄、灰、黑 银在空气中易受硫化物(如H2S和SO2)、卤化物及氧等气体的腐蚀，表面易变成棕色或黑色 纳米氧化锌 上海沪正纳米、厦门晋大纳米研究不变色的纳米银添加剂。,所谓纳米银溶液,特别是单体纳米银要满足以下几个条件: 1.银颗粒要小于100nm。 2.颗粒在溶液中要有良好的均匀的分散状态。 3.稀释成一定量的浓度时溶液呈黄色。 4.银颗粒存在的形式是单体的是独立形式存在. 5.不是离子的形态存在是非常稳定的. 6.在抗菌机理上讲是非容出性的,而离子银是容出性的.

7、7.加氯离子不会形成沉淀 通常情况下把银做到小于100纳米的银颗粒时可称为纳米银。 把银颗粒细化到纳米级时随着粒径的减少，表面原子迅速增加，比表面积增大，抗菌性能增加。 但是不能说纳米银的颗粒越小越好，一般情况下单体纳米银的粒径，如果小于10nm时，该溶液不稳定很容易变黑；如果纳米银的粒径大于20nm时，粒径越大抗菌性相对越弱，因此，纳米银溶液的最理想的状态是粒径在12nm-15nm.,抗菌蚕丝被,纳米银防变色抑制剂,甲基苯并三唑和甲基苯并三唑钾,热稳定性差，需要额外的复杂处理,天然水滑石、合成水滑石及其烧成物、碱式碳酸锌和磷酸锆等 通过无机氧化物包覆银离子抗菌剂来制备抗菌粉体,不同载体的纳米

8、银 1沸石抗菌剂 2. 磷酸复盐抗菌剂 3膨润土抗菌剂 4硅胶抗菌剂 5金属氧化物抗菌剂 6包覆类抗菌剂,抗菌抹布,6.2.4无机抗菌剂应用中的问题,1、抗菌剂的稳定性 2、抗菌纤维的可纺性和后加工问题 3、抗菌菌谱 4、评价方法,6.2.5一种新型无机抗菌剂纳米级TiO2,特点： 一是即效性好 二是其为一种半永久维持抗菌效果的抗菌剂， 三是有很好的安全性 四是光吸收性能好。 五是分散性能好。,纳米TiO2的光催化机理,在TiO2表面除具有氧化降解有机物、抗菌、除臭功能外，还具有防污的自治功能,2纳米TiO2光催化性能，粒经越小越好。 3纳米TiO2对不同微生物的杀灭作用 4. 纳米TiO2在

9、纤维中应用存在的问题 首先是光催化剂能光分解作为有机物的纤维本身；包覆 其次是如何使混入纤维内部的光催化剂也能发挥催化作用。 减量法,光触媒,光触媒的主要成份为二氧化钛(TiO2)，可利用光所提供的能量来进行催化作用,进一步使触媒周围的氧气或水分子转换成极具活性的氢氧自由基(OH)，再藉由这些自由基分解对人体或环境有害的有机物质。,超强的氧化能力，能造成细胞死亡，降低病毒的活性，并且补捉、分解空气中的浮游细菌。有效除去大肠杆菌、黄葡萄球菌、白癣菌、霉菌、化脓菌、绿脓菌等细菌，抑制如肠病毒、流行性感冒、滤过性病毒等病原的传播。,氧化反应与分解进行的过程,光触媒催化作用示意图一,光触媒催化作用示意

10、图二,对环境不利的有机物质易滋生细菌，令人不快的气味也是由此产生。例如讨厌的烟味是因为乙醛附着在墙壁、天花版、家俱、窗帘等地方，因此久久都散不去；除臭剂、芳香剂等又是另一种有机物质，只会暂时缓和不好的气味，却造成更多的细菌或气味的产生。光触媒能从源头分解这些不利环境的有机物质，有效杀菌，彻底除臭。,光触媒主要成份为二氧化钛， 自 净,63 抗菌纤维的制备,631 共混法 如何均匀地把纳米粒子分散到基体中而不发生凝聚，是目前纳米材料应用研究的热点。,图63 抗茵丙纶短纤维纵向SEM照片,图64 抗菌丙纶短纤维截面SEM照片,由上表可以看出，抗菌丙纶经多次标准化洗涤，抑菌率不但不下降，反而略有提高

11、，这是因为经多次洗涤后，纤维表面包覆无机抗菌剂的有机膜磨损，使抗菌剂粒子更有效地与细菌接触所致。,632 复合纺丝法 其复合形式已不是简单的芯鞘复合和并列复合，而是出现了镶嵌结构、海岛结构、不完全包芯和中空多芯等新结构 目前，抗菌复合涤纶都属于皮芯型结构。,633后整理处理法,64 抗菌性能的检测与评价,对抗菌防臭加工纤维制品的有效性实验所用菌种仅金黄葡萄球菌一种，要求无菌率在26以上,对抗菌防臭加工纤维制品的洗涤试验次数为10次。 对制菌加工纤维制品的有效性实验所用菌种有金黄葡萄球菌、肺炎杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌四种(对一般用途纤维制品而言)，如为特殊用途纤维制品，则除此四种外还要加MRSA

12、（耐甲氧西林金黄色葡萄球菌）一种共五种，灭菌率要求在999以上。制菌加工纤维制品的实验洗涤数为50次,641 抗菌性能检测方法,1改良AATCC试验法100 2改良振荡瓶法 3真菌生长繁殖阻止效果试验法 4白藓菌生长繁殖阻止效果试验法,642 抗菌性能评价方法,1振荡接触抗菌试验法 对于非溶出性抗菌材料，通过强烈振荡增加抗菌测试物和试验菌的接触，是一种很适用的试验评价手段。 2抗真菌试验方法 判定等级为从0级到3级，分4级。 0级最高。 3其他抗菌评价方法,643 无机抗菌剂及其加工品抗菌效力评价,1无机抗菌剂对微生物的抗菌作用及其动力学描述 。 (1)增殖条件下抗菌剂对细菌的发育阻害 (2)

13、非增殖的杀菌,2无机抗菌剂性能检测方法 (1)静菌力的评价 电导率法 MIC法: 微生物发育所需要的最小抗菌剂浓度。 (2)杀菌力的评价 细胞数量测定法 最大或然数法：菌落 比浊法：微生物浓度与浊度成正比。 最小杀菌浓度法：抗菌剂杀灭细菌所需要的最低浓度。 106个细菌/毫升,(3)无机抗菌加工品抗菌性能评价,杀菌力的评价指标，有直接计数、灭菌率或增减值差、抑菌圈三种 。,(4)抗菌效力表示法与效果判定基准,D a值为在某一条件下细菌数减少到起始菌落10所需要的时间。 当有抗菌剂存在时，细菌菌数减少到12的时间称为半衰D 50 细菌的最大比增殖速度为max,中国标准化协会标准 CAS STAN

14、DARDS OF CHINA ASSOCIATION FOR STANDARDIZATION,115-2005 保健功能纺织品 Health-care Textiles 该标准为中国保健协会与中国标准化协会共有。,抗菌功能评价指标 抗菌织物按抗菌功效作用分为普通抗菌织物、高抗菌织物，其抗菌功能评价指标见表。,安全性评价指标 保健功能纺织品和加载的远红外、磁、抗菌等功能材料的安全性应符合表的要求。,抗菌织物试样洗涤试验方法,家用洗衣机，无磷ECE和IEC标准洗涤剂 洗涤剂0.2%(即2g/l) 浴比1：30，水温403，投入试样,洗涤5min。然后，于常温下用清水清洗。 第一遍清洗2min，捞出

15、织物，脱水30s，然后，于常温下用清水进行第二遍清洗。 第二遍清洗2min，捞出织物，脱水30s。 三步为一个循环，计为洗涤1次。重复这三个步骤，直到预定的洗涤次数。为防止残留的洗涤剂干扰抗菌测试，注意最后一次洗涤采用大量的清水将其彻底清除，脱水后烘干，方可用于抗菌性能测试。,抗菌材料的溶出性测试方法：晕圈法,本方法适用于抗菌织物所用抗菌材料的溶出性测试,可用于判定试样是否为溶出性抗菌织物。 2.52.5cm试样平贴在琼脂培养基上,倒置平皿，放入培养箱中培养。金黄色葡萄球菌、大肠杆菌37培养1618h，白色念珠菌37培养2448h。 D抑菌圈宽度 1mm,为溶出性抗菌织物.,抗菌功能测试方法：

16、吸收法,适用于吸水性较好的溶出性和非溶出性抗菌织物 菌液0.2ml接种到试样上面,培养18 h，然后把试验菌洗脱下来，再放入琼脂培养基中培养25h，活细菌计数。 Y 抑菌率 Mb 18h培养后标准空白试样的活菌数 Mc 18h培养后抗菌处理,抗菌功能测试方法：振荡法,适用于非溶出性抗菌织物。对于试样的吸水性要求不高，并且纤维状，粉末状，有毛或羽的衣物，凹凸不平的织物等任意形状的试料都能使用。 将所有试样分别剪成0.5cm大小的碎片 称取试样0.75g ，250ml烧瓶中加入5ml菌悬液，往复式振荡器上，在231，以150 r/min，振荡18h后。,从每个烧瓶中用移液管吸取10.1ml试液，放

17、入有90.1ml0.03 M PBS缓冲液的试管中，摇匀。用10倍稀释法进行系列稀释。 取1ml加入两个灭菌平皿,再向每平皿中倒入营养琼脂培养基约15ml，倒置平皿，371培养2448h（白色念珠菌4872h）。 Y 抑菌率 W 标准空白试样与细菌接触18h后的活菌数(cfu/ml) Q 抗菌试样或未经抗菌织物试样与细菌接触18h后的活菌数(cfu/ml),65 除臭纤维研究开发概况,651恶臭的产生 恶臭(臭气)主要是蛋白质、碳水化合物、高级脂肪酸等有机物被细菌等微生物分解产生的挥发性分子的混合物，一部分则是环境臭气如香烟烟气、公厕臭味等。 脚臭的主要成分是外分泌腺分泌出来的废物被微生物分解产生的异戊酸； 腋臭则主要是微生物分解废物产生的壬酸,652除臭的方法,1化学除臭法 2物理除臭法 3生物除臭法 4感觉除臭法,653 除臭加工纤维制品的制造方法,1后处理加工法 2 原丝改良加工法 (1)混练法 (2