蘆薈納米銀在真絲織物上的應(yīng)用研究

林 紅，黃小萃，2，周婷婷，劉 艷，陳宇岳

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.蘇州市纖維檢驗(yàn)所，國(guó)家絲綢及服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 蘇州 215000)

蘆薈納米銀在真絲織物上的應(yīng)用研究

林 紅1，黃小萃1，2，周婷婷1，劉 艷1，陳宇岳1

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.蘇州市纖維檢驗(yàn)所，國(guó)家絲綢及服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江蘇 蘇州 215000)

為賦予真絲制品新的功能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，采用自制的蘆薈納米銀溶液整理真絲織物，測(cè)試其抗菌和抗紫外性能。研究表明，采用植物蘆薈可成功制備納米銀，整理的真絲織物對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率可達(dá)99.71 %和99.54 %，且耐洗性良好。真絲織物的UPF值由處理前的6.52提高到處理后的36.62，且洗滌50次后UPF值仍可達(dá)24以上。蘆薈納米銀整理真絲織物具有良好的抗菌性能和紫外線屏蔽效果。

真絲織物；蘆薈納米銀；抗菌；抗紫外

隨著生活水平的提高，人們對(duì)服裝的功能性也提出了更高的要求。普通真絲制品在抗菌、抗紫外等功能性方面尚有欠缺，有效地對(duì)其進(jìn)行功能性整理，可拓寬真絲制品的應(yīng)用領(lǐng)域。納米材料因其具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，具有誘人的應(yīng)用前景。將功能納米材料應(yīng)用到紡織品功能整理領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)多功能、高附加值的功能織物，是紡織業(yè)的重要研究方向之一[1]。

蘆薈是一種集醫(yī)療、美容、保健、觀賞于一身的天然植物，含有豐富的蘆薈苷、蘆薈大黃素和蘆薈苦素等蒽醌類(lèi)物質(zhì)，同時(shí)也含有多糖、多種氨基酸、有機(jī)酸、維生素、礦物質(zhì)及生物活性酶等[2]。其多種特殊的功效早已引起人們的關(guān)注，蘆薈提取物用于紡織品整理方面的研究也越來(lái)越受到重視[3]。本研究采用自制的蘆薈納米銀溶液整理真絲織物，研究了整理后真絲織物的抗菌和抗紫外性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：桑蠶絲電力紡(64 g/m2)，庫(kù)拉索蘆薈(市售)，AgNO3(分析純)，氨水(分析純)。大腸桿菌(E.coli)、金黃色葡萄球菌(S.aureus)(蘇州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院)。

儀器：HPPS 5001型激光粒度分布儀(英國(guó)馬爾文公司)，TecnaiG220型透射電鏡(美國(guó)FEI公司)，S-570型掃描電子顯微鏡(日本日立公司)，PLA-SPECI型等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)Leeman公司)，D/MAX-ⅢC型X射線衍射儀(日本理學(xué))，UV-1000F型抗紫外因子測(cè)試儀(美國(guó)Labsphere公司)。

1.2 納米銀溶液的制備及其表征

蘆薈含有豐富的多糖及一些具有高度活性的酚類(lèi)化合物，可將銀離子還原為納米銀[4]；同時(shí)多糖和蒽醌類(lèi)化合物中的羥基，可以和銀離子配位，從而吸附到生成的納米銀的表面[5]，防止納米銀團(tuán)聚，進(jìn)而得到穩(wěn)定的納米銀溶液。

1.2.1 納米銀溶液的制備

將蘆薈葉片洗凈、切塊，用榨汁機(jī)榨成汁液后，煮沸5 min，冷卻后過(guò)濾，濾液備用。蘆薈液與銀氨溶液的體積比為10∶1，銀氨濃度為0.005 mol/L(AgNO3和氨水制備銀氨溶液，氨水不過(guò)量)，配比溶液，常溫下反應(yīng)24 h，待測(cè)。

1.2.2 納米銀的XRD測(cè)試

將純凈蘆薈液和反應(yīng)后的蘆薈納米銀溶液置于真空干燥箱內(nèi)干燥后，研磨成粉末狀，利用D/MAX-ⅢC型X射線衍射儀測(cè)試。測(cè)試條件：管電壓40 kV，管電流30 mA，掃描速度2(°)/min，2θ為20°～80°。

1.2.3 納米銀的UV-Vis測(cè)試

取反應(yīng)后的蘆薈納米銀溶液，在U-3010紫外-可見(jiàn)分光光度儀中測(cè)試該溶液的紫外吸光度。

1.2.4 納米銀的粒徑測(cè)試

取5～10 mL制備的納米銀溶液在HPPS 5001型激光粒度分布儀的測(cè)試皿中于25 ℃下測(cè)試。

1.2.5 納米銀的TEM測(cè)試

取一定量納米銀溶液，滴加于銅網(wǎng)上，自然晾干后用TecnaiG220型透射電鏡觀察。加速電壓200 kV，點(diǎn)分辨率0.24 nm，線分辨率0.14 nm。

1.3 織物整理及其測(cè)試

1.3.1 整理工藝

采用浸漬法整理真絲織物，浴比1∶50，40 ℃下浸漬60 min，取出水洗后，自然狀態(tài)下晾干。

1.3.2 纖維表面形態(tài)

用S-570型掃描電子顯微鏡(SEM)放大一定倍數(shù)觀察纖維的縱向表面形態(tài)。

1.3.3 織物上銀含量

取50 mg整理后真絲織物，用10 mL濃硝酸(65 %)溶解，用水稀釋10倍。用PLA-SPECI型等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)量溶液在Ag波段(328 nm)上的值，在此基礎(chǔ)上計(jì)算織物上銀含量。

1.3.4 抗菌性能

參照FZ/T 73023－2006《抗菌針織品》標(biāo)準(zhǔn)，選用革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌中最具有代表性的兩個(gè)菌種——大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為測(cè)試菌種，通過(guò)測(cè)定未整理織物與納米銀整理織物中細(xì)菌數(shù)量的變化，評(píng)價(jià)整理織物的抗菌性能。采用菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定細(xì)菌數(shù)量。織物試樣的抗菌性能以抑菌率表示，抑菌率Ω/%＝(1－B/A)×100。其中，A為未整理織物上的活菌數(shù)，B為納米銀整理織物的活菌數(shù)。

1.3.5 抗紫外性能

采用Labshere UV-1000F型紡織品抗紫外因子測(cè)試儀，測(cè)定波長(zhǎng)250～450 nm范圍內(nèi)的光線透過(guò)率和織物防紫外系數(shù)UPF，每塊布樣不同位置測(cè)量5次，取平均值。根據(jù)GB/T 18830－2002《紡織品 防紫外性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，即樣品的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF＞30，且日光紫外線UVA的透過(guò)率T(UVA)AV＜5 %時(shí)，可稱(chēng)為“防紫外線產(chǎn)品”[6]。

1.3.6 抗菌、抗紫外耐洗性能

參照FZ/T 73023－2006《抗菌針織品》中附錄C的簡(jiǎn)化洗滌條件及程序，對(duì)整理織物進(jìn)行10、20、50次標(biāo)準(zhǔn)洗滌。用2 g/L標(biāo)準(zhǔn)合成洗滌劑，浴比1∶30，水溫(40±3)℃，洗滌5 min，清洗2 min，為洗滌1次。

2 結(jié)果和討論

2.1 蘆薈液及納米銀溶液的XRD分析

X射線衍射技術(shù)是鑒定物質(zhì)晶相的有效手段，通過(guò)X射線衍射圖譜可以確定納米單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)，獲得納米粒子排布的變化情況，確定納米粒子的粒徑分布和分析晶體的結(jié)構(gòu)。

圖1為蘆薈液和制取的蘆薈液納米銀的X射線衍射圖譜。與圖1a相比，圖1b中在(111)、(200)、(220)和(311)4個(gè)晶面出現(xiàn)明顯的峰值，峰位置與JCPDS卡上數(shù)據(jù)(JCPDS NO.4-0781)一致。可以斷定，產(chǎn)物是單質(zhì)銀[8]。這一結(jié)論同時(shí)也證明了蘆薈在納米銀溶液制備過(guò)程中發(fā)揮了還原劑的作用，銀離子(Ag+)被還原為單質(zhì)銀(Ag0)，并形成納米銀。

2.2 納米銀的UV-Vis圖譜分析

金屬膠體在紫外-可見(jiàn)光區(qū)有吸收帶或者吸收區(qū)，這是由于等離子共振激發(fā)或者帶間躍遷形成的[9]。在紫外-可見(jiàn)光范圍內(nèi)的特征吸收是納米銀顆粒的重要性質(zhì)，因此，在納米銀材料的研究中，常常采用紫外-可見(jiàn)吸收光譜來(lái)表征納米銀的形成和跟蹤納米銀的形成過(guò)程。不同晶形的納米銀顆粒，其紫外-可見(jiàn)特征吸收峰的形狀也不同，在400 nm左右出現(xiàn)的特征吸收峰，則表明了球形納米銀顆粒的形成[10]。

圖1 蘆薈納米銀XRD圖譜Fig.1 XRD spectrum of aloe solution(a) and aloe nano-silver solution (b)

本研究對(duì)制備的溶液進(jìn)行了紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析。如圖2所示，在412 nm處出現(xiàn)特征吸收峰，這是納米級(jí)銀顆粒在紫外可見(jiàn)光區(qū)的吸收峰，說(shuō)明成功制備了球形蘆薈納米銀。

圖2 納米銀顆粒的紫外-可見(jiàn)吸收光譜Fig.2 UV-Vis spectra of aloe nano-silver solution

2.3 納米銀的粒徑分布

圖3為蘆薈納米銀溶液的粒徑分布直方圖。由圖3可知，納米銀平均粒徑約為5.27 nm，粒徑分布較窄，說(shuō)明制得的納米銀在溶液中分散性較好。

圖3 蘆薈納米銀的粒徑分布直方圖Fig.3 Size distribution histogram of aloe nano-silver

2.4 納米銀的TEM形貌分析

對(duì)制備的蘆薈納米銀溶液中的顆粒進(jìn)行透射電鏡觀察，結(jié)果如圖4所示。可以看出，制得的納米銀形貌約呈球形。結(jié)合圖3的結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證成功制備了蘆薈納米銀溶液，且分散均勻。

2.5 纖維表面形態(tài)

圖5為納米銀整理前后真絲纖維的縱向微觀形態(tài)。可以看出，普通真絲纖維的表面光滑、平整。經(jīng)納米銀整理后，絲纖維表面明顯附著大量的納米級(jí)銀顆粒，且分布較均勻，納米銀成功整理到真絲織物上。

圖4 蘆薈納米銀的TEM照片F(xiàn)ig.4 TEM photo of aloe nano-silver

圖5 真絲纖維的縱向表面形態(tài)Fig.5 Longitudinal surface morphology of silk fi bers by SEM

2.6 織物的抗菌性能

由表1可知，整理后真絲織物具有優(yōu)異的抗菌性能。隨著洗滌次數(shù)的增加，整理織物上的銀含量減少，但洗滌50次后，整理織物對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌仍具有97 %以上的抑菌率，說(shuō)明經(jīng)蘆薈納米銀整理后的織物抗菌耐洗性良好。

表1 整理織物的布面銀含量及抗菌性能Tab.1 Inf l uence of laundering on silver content and antimicrobial performance of fi nished silk fabric

2.7 織物的抗紫外性能

織物的抗紫外線性能由UVA、UVB波段透過(guò)率和UPF值來(lái)評(píng)價(jià)。圖6為經(jīng)蘆薈納米銀溶液整理后的真絲織物的抗紫外性能(1#為未整理樣；2#、3#、4#、5#分別為經(jīng)0、10、20、50次等不同程度洗滌的整理樣)。

圖6 織物的抗紫外性能Fig.6 Anti-UV properties of fi nished silk fabrics

由圖6a可知，與整理前相比，整理后真絲織物UVA、UVB波段平均透過(guò)率都大幅下降。由圖6b可知，整理織物的UPF值由6.52提高到36.62，紫外線屏蔽效果明顯。隨著洗滌次數(shù)的增加，UPF值下降，但洗滌50次后織物的UPF值仍達(dá)24左右，說(shuō)明經(jīng)蘆薈納米銀溶液整理后的真絲織物具有較好的抗紫外耐洗性。這跟蘆薈中蒽醌類(lèi)物質(zhì)有關(guān)，蘆薈中的蒽醌類(lèi)化合物能夠吸收290～320 nm的紫外光，可有效防止日光紫外線引起的皮膚紅腫、灼傷、曬黑及皮膚過(guò)敏等[11]，用于織物整理時(shí)，亦可賦予織物優(yōu)良的防紫外效果。

3 結(jié) 論

1)利用蘆薈液可制備納米銀溶液，納米銀顆粒呈球形，且粒徑分布均勻。用制得的蘆薈納米銀溶液整理真絲織物，織物表面的銀以納米級(jí)顆粒存在，納米銀成功整理到真絲織物上。

2)蘆薈納米銀溶液整理后的真絲織物對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均有較好的抑菌作用，且織物抗菌耐洗性良好。

3)整理后真絲織物在UVA、UVB波段透過(guò)率大幅度下降，UPF值有很大的提高，且耐洗性良好，說(shuō)明經(jīng)蘆薈納米銀溶液整理的真絲織物具有很好的抗紫外性能。

[1]路艷華，王漓江，劉治梅，等.納米材料在功能紡織品的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].遼東學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，15(2)：61-65.

[2]CAPASSO F, BORRELLI F, CAPASSO R, et al. Aloe and its therapeutic use [J]. Phytotherapy Research, 1998, 12(S1):S124-127.

[3]吳贊敏，呂小卓，趙慶杰.蘆薈多糖的提取及在棉織物上的應(yīng)用[J].印染，2008，34(24)：11-14.

[4]徐峰，彭長(zhǎng)蘭，呂宏霞.多糖在金屬納米材料合成中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2008，20(2/3)：273-279.

[5]李秋玉，張瀾萃，于敏.淀粉保護(hù)的銀納米粒子的合成及表征[J].遼寧師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，30(3)：330-331.

[6]馮新星，陳建勇，許丹，等.天然染料大黃防紫外性能的研究[J].紡織學(xué)報(bào)，2004，25(1)：13-15.

[7]蘭克健.針織內(nèi)衣的防膚保健整理[J].針織工業(yè)，2002(3)：67-68.

[8]熊金鈺，徐國(guó)財(cái).納米銀的制備及表征[J].金屬功能材料，2004，2(11)：38-41.

[9]張?jiān)浦瘢鷦P，施利毅，等.納米銀粒子的制備及其表征[J].化工新型材料，2006，34(7)：31-32，39.

[10]SUN Y G, XIA Y N. Gold and silver nanoparticles: a class of chromophores with colors tunable in the range from 400 to 750 nm [J]. Analyst, 2003, 128(6): 686-691.

[11]ABURJAI Talal, NATSHEH Feda M. Plants used in cosmetics[J]. Phytotherapy Research, 2003, 17(9): 987-1000.

Research on the application of aloe nano-silver on silk fabrics

LIN Hong1, HUANG Xiao-cui1,2, ZHOU Ting-ting1, LIU Yan1, CHEN Yu-yue1
(1.College of Textile and Clothing Engineering, Soochow University, Suzhou 215021, China; 2. Suzhou Institute of Inspection on Fiber, China National Silk Quality Supervision Testing Center, Suzhou 215000, China)

In order to realize the multifunctionality of silk product and develop its application, aloe nanosilver solution was prepared. Then the silk fabrics were treated with aloe nano-silver solution, and their antibacterial properties and anti-UV properties were studied. The results showed the finished silk fabrics had good antibacterial performances and anti-UV properties. Bacteriostatic rate respectively reached 99.71 % and 99.54 % against Escherichia coli (E.coli) and Staphylococcus aureus (S.aureus) with good washing durability,and the anti-UV properties were enhanced distinctly, with the UPF value from original 6.52 to 36.62 and still maintained up to 24 after washing 50 times.

Silk fabric; Aloe nano-silver; Antibacterial performance; Anti-UV radiation

TS195.5

B

1001-7003(2011)03-0001-04

2010-12-15

國(guó)家教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(200602850004)；江蘇省高校重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(08KJA540001)

林紅(1976－ )，女，講師，主要從事紡織新材料的研究和開(kāi)發(fā)。通訊作者：陳宇岳，教授，博導(dǎo)，chenyy@suda.edu.cn。