銅離子改性聚丙烯腈織物的抗菌性能研究

槐向兵 黃 磊

(1.江蘇斯利浦睡眠產業科技有限公司，江蘇無錫，214432；2.江陰市紅柳被單廠有限公司，江蘇無錫，214432)

隨著人們生活水平的提高和工業的迅速發展，人們對自我保健和環境衛生的意識日益增強，對具有各種特殊功能的紡織產品需求不斷增加。在日常生活中，人們不可避免接觸到的各種細菌、真菌等，它們在合適的條件下會迅速繁殖傳播進而引發疾病。因此，抗菌功能紡織品的研究和開發顯得尤為重要，抗菌、除臭、防霉等功能性紡織品具有巨大的市場潛力。無機抗菌纖維是將金屬及其化合物(包括銀、銅、鋅等)作為抗菌劑，通過不同的加工方法引入纖維，使其具有抗菌功能[1]。銅離子改性聚丙烯腈是利用接枝技術將銅離子嫁接到聚丙烯腈上形成的一種無機抗菌纖維，它具有銅離子抗菌的高效性，可以克服銀系抗菌材料的成本高、易變色、穩定性差、生物毒性等問題，是一種安全無毒、環境友好、有著巨大應用潛力的抗菌纖維[2]。本文測試了銅離子改性聚丙烯腈纖維的性能，研究了影響銅離子改性聚丙烯腈織物抗菌性的因素，為銅離子改性聚丙烯腈系列抗菌織物的開發提供參考。

1 銅離子改性聚丙烯腈的基本性能

對銅離子改性聚丙烯腈纖維的基本性能進行了測試，具體數據為纖維中銅含量39 298.2 mg/kg，線密度2.76 dtex，線密度偏差-0.7%，斷裂強度2.02 cN/dtex，斷裂伸長率46.1%，標準回潮率10.9%。

可以看出，銅離子改性聚丙烯腈纖維具有較高的銅離子含量和較高的回潮率。較高的銅離子含量保證了銅離子改性聚丙烯腈纖維的抑菌性能；較高的回潮率則促進了纖維的抗菌效率，這是因為細菌是在有水的環境下繁殖的，較高的回潮率更加有利于細菌與纖維的接觸，從而與銅離子起到協同抗菌作用[3]。

2 紡織品抗菌性檢測方法和菌種選擇

2.1 紡織品抗菌性檢測方法

在抗菌紡織品的開發中，抗菌檢測是十分重要的，它不僅是抗菌物質選擇的重要依據，也是抗菌紡織品性能的主要評價指標。一般抗菌紡織品的測試方法分為定量試驗法和定性試驗法，也有分為適于溶出型和非溶出型檢測方法[4]。美國AATCC 100—2012《抗菌紡織品的評價方法》和日本JIS L 1902—2002《紡織品抗菌性試驗方法和抗菌效果》規定了抗菌紡織品抗菌性能的定量分析法，瑞士SNV SN 195920—1994 《紡織面料 抗菌活性的測定 瓊脂擴散板》和美國AATCC 147—2011《紡織品的抗菌性：平行劃線法》 規定了抗菌紡織品抗菌性能的定性分析法。我國的GB/T 20944—2008《紡織品抗菌性能的評價》包括3部分內容，第1部分“平皿瓊脂擴散法”規定了紡織品抗菌性的定性檢測方法；第2部分“吸收法”和第3部分“振蕩法”規定了紡織品抗菌性的定量檢測方法。

2.2 菌種選擇

由于細菌種類繁多，對抗菌產品進行所有菌類抑制或殺滅的代價大且不現實，因此在對抗菌紡織品進行抗菌效果評定時，以該抗菌紡織品對具有代表性菌種的抑制效果作為評判其抗菌效果。金黃色葡萄球菌(以下簡稱A菌)是革蘭陽性細菌中抵抗力最強的致病菌，可作為革蘭陽性菌的代表；大腸桿菌(以下簡稱B菌)分布相當廣泛，可作為革蘭陰性菌的代表性菌種；白念珠菌(以下簡稱C菌)酷似細菌的菌落，易于計數觀察，可作為真菌的代表[5]。GB/T 20944—2008《紡織品抗菌性能的評價》規定：當抗菌紡織品對A菌和B菌的抗菌率不小于70%、對C菌的抗菌率不小于60%時，抗菌紡織品具有較好的抗菌性能。

3 銅離子改性聚丙烯腈纖維及其織物的抗菌性

3.1 銅離子改性聚丙烯腈纖維抗菌性

對銅離子改性聚丙烯腈纖維的抗菌性進行測試，為開發抗菌織物做準備。根據GB/T 20944—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》(洗滌50次)，測試銅離子聚丙烯腈纖維對A菌、B菌和C菌的抑菌率依次為≥99%、≥99%和≥97%。可以看出，銅離子改性聚丙烯腈纖維對3種菌群的抑菌率均在95%以上，達到了國家紡織行業最高的AAA級標準。

3.2 銅離子改性聚丙烯腈纖維含量對織物抑菌性的影響

對4種含有銅離子改性聚丙烯腈纖維抗菌織物的抗菌性進行定量檢測。4種抗菌織物依次記為1#、2#、3#和4#，銅離子改性聚丙烯腈纖維含量依次為3.67%、4.56%、5.34%和6.12%。根據GB/T 20944—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》測試，結果見表1。

表14種抗菌織物的抗菌性測試結果

試樣試樣活菌濃度平均值/×104 CFU·mL-1B菌 C菌 A菌對照樣活菌濃度平均值/×105 CFU·mL-1B菌 C菌 A菌抑菌率/%B菌 C菌 A菌1#2#3#4#9.66.34.10.65.05.12.78.57.77.81.129.3131313805.35.35.3201010105492.6295.1596.8599.9390.5790.3894.9195.7592.3092.2098.8898.28

由表1可看出，1#試樣已經符合GB/T 20944—2008《紡織品抗菌性能的評價》要求，對3種菌種的抑菌率均在90%以上；2#試樣對B菌的抑制作用已達到95%以上，對C菌和A菌抑制作用也均達到了90%以上；3#試樣對B菌和A菌的抑制作用經達到95%以上，而對C菌的抑制作用也接近95%；4#試樣對3種菌種的抑制作用略有增加，均穩定在95%以上。

3.3 銅離子改性聚丙烯腈纖維的最優含量

抗菌織物達到抗菌要求時，銅離子改性聚丙烯腈纖維的最低含量確定是開發抗菌織物的關鍵技術之一。通過對1#、2#、3#、4#抗菌織物的抑菌率線性擬合，可求出達到企業規定抗菌要求時銅離子改性聚丙烯腈纖維的含量，即抗菌織物中銅離子改性聚丙烯腈纖維的最低用量。

根據上述4種樣品的測試數據進行數據分析與線性擬合，得到抗菌織物對3種菌種的抗菌性能線性擬合直線；根據直線方程聯合求出最優的銅離子改性聚丙烯腈纖維含量。抗菌織物對3種菌種的抗菌效果如圖1、圖2、圖3所示。

由圖1～圖3線性擬合直線可以求得，當抗菌織物對3種菌種的抑菌率均達到95%時，銅離子改性聚丙烯腈纖維的含量分別為4.78%、4.53% 和5.78%；因此設計銅離子改性聚丙烯腈纖維含量在5.8%時，抗菌織物對3種菌種的抑菌率均能達到95%。

圖1 4種抗菌織物對A菌抑菌率線性擬合

圖2 4種抗菌織物對B菌抑菌率線性擬合

圖3 4種抗菌織物對C菌抑菌率線性擬合

3.4 抗菌紗線排列對織物抗菌效果的影響

進行抗菌織物設計時，在滿足銅離子改性聚丙烯腈纖維臨界含量的前提下，還要考慮其在織物中的排列和分布，以避免織物上出現抗菌“盲區”，影響織物的整體抗菌性[6]。為了探討含有銅離子聚丙烯腈纖維的抗菌紗線排列對織物抗菌性的影響，選用兩種抗菌織物進行對比。

織物1：經密550根/10 cm，緯密354根/10 cm，平紋織物，經紗為C/R 60/40 14.5 tex環錠混紡紗，緯紗為棉/粘膠/銅離子聚丙烯腈纖維45/40/15 14.5 tex混紡紗，計算得出織物中銅離子聚丙烯腈纖維含量為5.83%。

織物2：經密550根/10 cm，緯密354根/10 cm，平紋織物，經紗為C/R 60/40 14.5 tex環錠混紡紗，緯紗為棉/粘膠/銅離子聚丙烯腈纖維40/30/30 14.5 tex混紡紗與JC 14.5 tex紗按1∶1比例引入，計算得出織物中銅離子聚丙烯腈纖維含量為5.73%。

兩種織物抗菌性根據GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》進行測試，結果見表2。

從表2可以看出，兩種抗菌織物均具有較好的抗菌效果。這表明，在保證銅離子改性聚丙烯腈纖維在織物中含量達到要求的前提下，銅離子改性聚丙烯腈纖維略微分布不均勻對織物的抗菌性能影響不大。因此，在一定范圍內可以將含有銅離子改性聚丙烯腈纖維的抗菌紗線與其他紗線間隔排列，設計不同的抗菌織物。

表2兩種抗菌織物的抗菌性測試結果

織物試樣活菌濃度平均值/×104 CFU·mL-1 B菌 C菌 A菌 對照樣活菌濃度平均值/×105 CFU·mL-1B菌 C菌 A菌抑菌率/%B菌 C菌 A菌織物1織物29.76.55.25.47.98.112126.36.3111195.6295.1595.5794.3896.3096.20

4 結論

本文選用銅離子改性聚丙烯腈纖維作為抗菌纖維，對其基本性能和抗菌性進行了研究，并通過對含有該纖維的抗菌織物的性能進行了相關研究，可以得出如下結論。

(1)銅離子改性聚丙烯腈纖維中銅離子含量可以達到39 298.2 mg/kg，纖維的標準回潮率可達10.9%左右，銅離子與較高的回潮率實現了協同高效抗菌。

(2)測試結果顯示，銅離子改性聚丙烯腈纖維對3種菌群的抑菌率均在95%以上。銅離子改性聚丙烯腈纖維在抗菌織物中的含量達到5.8%時，織物對3種菌種的抑菌率可達95%以上。

(3)在保證銅離子改性聚丙烯腈纖維用量達到織物抗菌性所需的臨界用量后，銅離子改性聚丙烯腈纖維即便出現略微分布不均勻，也不會影響織物的抗菌性能。