納米真絲針織物抗菌性能研究

界 璐,王 秀

織物在人體穿著過程中,與皮膚直接接觸,會沾污很多汗漬、皮脂及其他各種人體分泌物,同時也會被環境中的各種污物所沾污,這些污物是各種微生物繁殖的良好環境,因此,在致病菌的繁殖和傳遞過程中,紡織品是一個重要的媒介。這些細菌包括大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、尿素分解菌、真菌、霉菌以及以細菌分解物為食物的螨蟲等,它們可以侵蝕紡織品,導致疾病傳播,同時產生臭味等,威脅人們的健康。對于真絲這樣的天然纖維,由于無法在其生產過程中添加抗菌性粉體,只能將納米級粉體借助于分散劑、穩定劑、黏合劑等助劑及一定的工藝方法對真絲織物處理使其具有抗菌性能[1-4]。

納米Zn O與Ag都屬于無機抗菌劑,具有較強的抑菌抗菌性,但是抗菌原理卻有著本質的區別。Ag是接觸性抗菌劑,通過游離的Ag+破壞細菌體內酶蛋白的巰基而使酶喪失活性,來達到殺死細菌的目的;而納米Zn O是光催化抗菌劑,它是通過具有強氧化性的HO·和·O2-將各種細菌分解為CO2和H2O等無機小分子來殺死細菌。因而采用納米Zn O和納米Ag進行復合來制備抗菌整理劑,這樣即使在不能發生光催化反應的環境中同樣能對細菌起到抑制作用,大大改善了單純靠納米Zn O進行抗菌的局限性[5-9]。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

織物:真絲各色緯平針針織物。

藥品:黏合劑(上海藤川化工有限公司),凈洗劑(德國枧油MT9906017)。

菌株:大腸桿菌(8099)第6代(中國第四軍事醫學科學院),金黃色葡萄球菌(ATCC 6538)第8代(中國第四軍事醫學科學院),白色念珠菌(ATCC 10231)第8代(中國第四軍事醫學科學院)。

主要設備及儀器:微生物無菌室,生化培養箱(溫度控制在37℃左右),高壓蒸汽滅菌鍋,營養瓊脂培養基,IR12P型紅外染色儀,LD-3624型試樣定型烘干機。

1.2 試驗方法

試驗的設計思路為:資料檢索→后整理工藝設計→黏合劑選擇→工藝配方設計→抑菌檢驗(抑菌環法,西安市疾病防治中心)→較好的工藝配方→抑菌檢驗(振蕩燒瓶法,西北大學生物系)→最佳工藝配方→抑菌檢驗(陜西省疾病防治中心)。

1.2.1 工藝配方

1#整理液配方:復合整理劑量 0.5%,Zn O∶Ag分別為1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合劑4%,浴比1∶10。

2#整理液配方:復合整理劑量 1%,Zn O∶Ag分別為1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合劑4%,浴比1∶10。

3#整理液配方:復合整理劑量 2%,Zn O∶Ag分別為1∶0、1∶1、2∶1、5∶1、10∶1、0∶1,黏合劑4%,浴比1∶10。

1.2.2 工藝流程

織物凈洗→脫水→織物浸入裝有整理液的染杯→升溫(10 min內達到40℃)→保溫(30 min)→預烘(90℃,5 min)→焙烘(120℃,2 min)→水洗。

1.2.3 洗滌方法

按照日本工業標準(JIS)的洗滌方法洗滌,在家用洗衣機中使用家用堿性洗滌劑(聚氧乙烯烷基醚和α-烯烴黃酸鈉以9∶1復配)浴比為1∶30,40℃洗滌5 min,并且常溫下兩次清水清洗2 min為一個循環。

1.3 測試方法

本試驗中織物抑菌效果測定主要采取抑菌環法、振蕩燒瓶法及滴液法。由于抑菌環法操作起來較其他測試方法相對簡便一些,所以首先利用抑菌環法測定由1#、2#和3#整理液整理的織物的抗菌性,得出最初的整理液配方及幾組Zn O和Ag的最佳比例;然后用該整理液配方和幾組Zn O和Ag的最佳配比對織物進行整理并利用振蕩燒瓶法測定其抑菌效果和耐洗牢度,綜合考慮其抑菌效果和耐洗牢度來確定一組Zn O和Ag的最佳比例,確定為最佳工藝。最后利用所確定的最佳工藝對織物進行整理,送陜西省疾病預防控制中心進行檢驗,得到正式的檢驗報告[10]。

1.3.1 抑菌環法

抑菌環檢測法能夠定性表征材料的抗菌效果。具體操作為將菌濃度大于105的菌液均勻地涂在培養皿上,將經抗菌整理后的織物剪成直徑為5 mm的圓(每種材料分別做4個試樣),放在培養皿中,中間放一未處理試樣作為對照樣。再將培養皿置于30℃左右的生化培養箱中,18 h后測定試樣周圍抑菌環的大小,以抑菌環直徑的平均值作為評價材料抗菌性能的依據。其抑菌原理為由于細菌在培養皿中能夠迅速生長,處理后的織物具有抗菌能力,細菌在其周圍很難生長,因此在處理后的試樣周圍會出現一個明顯的細菌禁止圈,即抑菌環,而未處理的試樣周圍則無抑菌環出現。抑菌環的直徑越大,表明材料的抗菌效果越好,反之,則表明材料的抗菌效果越差。由于在本試驗中用抑菌環法只是測定織物大致的抑菌情況,測試試樣批量很大,導致工作量也非常大,所以只測試其對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌情況。

依據1995年衛生部頒發的國家標準GB15979-1995《一次性使用衛生用品衛生標準》以及《消毒技術規范》1999年第三版進行,試驗溫度為(0±2)℃。

1.3.2 振蕩燒瓶法

改進后的振蕩燒瓶法主要是根據1992年發布的紡織行業標準FE/T01021《織物抗菌性能實驗方法》、1995年衛生部頒發的國家標準GB15979-1995《一次性使用衛生用品標準》以及《消毒技術規范》1999年第三版等綜合改進而成的能夠綜合檢驗溶出性和非溶出性抗菌劑的一種抑菌效果檢驗方法。

具體操作如下:

(1)將抗菌織物剪碎,取0.75～1.5 g分裝包好,在120℃烘干箱中滅菌15 min,自然冷卻取出。

(2)取0.75 g該樣片放入250 ml的三角燒瓶中,分別加入70 ml PBS和5 ml菌懸液,使菌懸液在PBS中的濃度為1×104～2×104cf u/ml。

(3)將三角燒瓶固定在振蕩搖床上,以180～300 r/min搖蕩1～6 h,室溫35℃左右,光照充足。

(4)取0.5 ml振蕩后的樣液,或用PBS做適當稀釋后的樣液,以瓊脂傾注法接種平皿,按消毒技術規范第三版2.23法進行活菌培養計數。

(5)試驗同時設對照樣片組,對照樣片組用不含抗菌劑的相同材質的樣片代替抗菌樣片,其他操作程序均與試驗組相同。不加樣片組分別取5 ml菌懸液和70 ml PBS加入到250 ml的三角燒瓶中混勻,分別于0時間和振蕩6 h后,各取0.5 ml菌懸液與PBS混合液做適當的稀釋。按消毒規范2.23法進行活菌培養計數。

(6)檢測抗菌持久性,同樣用上述方法。

(7)試驗結束后按公式1計算抑菌率

將復合整理劑用量為0.5%時,用Zn O∶Ag分別為1∶1、2∶1以及5∶1整理后的真絲織物分別計為1#、2#和3#樣布。整理后的樣布均按照日本工業標準JIS的洗滌方法進行洗滌,即在家用洗衣機中使用家用堿洗滌劑(聚氧乙烯烷基醚和α-烯烴黃酸鈉以9∶1復配)浴比為1∶30,40℃洗滌5 min,并且常溫下2次清水清洗2 min為一個循環。洗滌20次后同樣利用振蕩燒瓶法進行抑菌效果檢驗。

2 結果和分析

為了便于更直觀地比較處理后織物的抑菌情況,將不同復合整理劑用量下不同含量的納米Ag處理后的織物所對應的抑菌環的大小,繪制成折線圖來比較和評價用抑菌環法測定的織物的抑菌情況。如圖1、圖2和圖3所示。

從圖1-3可看出,利用抑菌環法測試織物對大腸桿菌的抑菌效果明顯好于金黃色葡萄球菌,復合整理劑的用量越大,其抑菌效果越好。當復合整理劑中Ag的含量為0時,織物的抑菌環直徑均在7 mm以下,視為該織物無抑菌效果(抑菌環法規定抑菌環直徑為7 mm以上有效)。出現這種現象的原因是由于納米Zn O為非溶出性抗菌劑,而抑菌環法只適用于檢驗溶出性抗菌劑的抑菌效果,而納米Ag為溶出性抗菌劑,也就是說用抑菌環法檢驗出的抑菌效果并非是復合整理劑的抑菌效果,只是納米Ag的抑菌效果。故利用抑菌環檢驗法不適合檢驗利用復合整理劑處理后的織物的抑菌效果,用此法檢驗的抑菌效果只能作為預試驗中的參考值。

圖1 復合整理劑用量為2%時的織物的抑菌情況

圖2 復合整理劑用量為1%時的織物抑菌情況

圖3 復合整理劑用量為0.5%時的織物抑菌情況

從抑菌環直徑還可以看到,復合整理劑的用量分別為2%、1%以及0.5%時,其抑菌效果雖有差別,但不太明顯。由于納米粉的價格較高,從企業成本角度出發,故選其用量為0.5%,Zn O和Ag的比例分別選用1∶1、2∶1以及5∶1對織物進行整理,然后利用振蕩燒瓶法進行抑菌檢驗。

從表1-2振蕩燒瓶法測試的織物抑菌率數據來看,當復合整理劑的用量為0.5%,Zn O和Ag的比例為1∶1時,無論是對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌還是白色念珠菌的抑制效果都是最好的,均達到了93%以上。同樣,當織物洗滌20次后,對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌效果仍在97%以上,對白色念珠菌的抑制效果稍差一點,但也在85%以上。

通過抑菌環和振蕩燒瓶法對不同復合整理劑用量下的不同的Zn O和Ag的比例整理后織物的抗菌性測試,通過逐漸縮小范圍的方法,最終確定最佳工藝為復合整理劑的用量為0.5%,Zn O和Ag的比例為1∶1。

表1 利用振蕩燒瓶法振蕩6 h整理后織物的抑菌情況

表2 洗滌20次后用振蕩燒瓶法振蕩6 h測定的織物的抑菌情況

3 結論

通過抑菌環法和振蕩燒瓶法對織物的抑菌效果和耐洗牢度進行評定,最終得出納米真絲針織物抗菌整理的最佳工藝為:復合整理劑的用量為0.5%,Zn O和Ag的比例為1∶1。

[1] 孫 敏.納米抗菌纖維針織產品服用性能研究與產品開發[D].上海:東華大學,2015.

[2] 黃 成,陳永邦,閻克路,等.抗菌劑對化纖針織物抗菌性能的影響[C]//2016抗菌科學與技術論壇論文集,2016:119-125.

[3] 張 晶.真絲織物抗菌功能整理[D].上海:東華大學,2009.

[4] 王 秀,凌 璐,范曉琴.納米抗菌真絲服裝研究[J].中國纖檢,2013,(7):77-79.

[5] 宋曉秋,鄭雪松,葉 琳,等.含銀離子芳香真絲織物的抗菌性能[J].絲綢,2009,(9):26-28.

[6] 車新寶.納米銀纖維抗菌性能及安全性研究[D].青島:青島大學,2015.

[7] 葉海蓮,包 靜,周 景.納米銀抗菌整理對貼身針織物舒適性的影響[J].絲綢,2009,(8):32-33.

[8] 周婷婷,黃小萃,林 紅,等.蘆薈納米銀處理對真絲織物抗菌性能的影響[J].絲綢,2011,48(2):1-4.

[9] 高小亮,劉 艷,郁 蘭,等.RSD還原納米銀整理真絲織物性能[J].印染助劑,2013,30(5):89-94.

[10]翟震宇.我國針織物抗菌性能測試標準的比較[J].針織工業,2009,(3):67-68.