棉用銀系抗菌劑的制備及應用性能研究

陶旭晨，劉新華

棉用銀系抗菌劑的制備及應用性能研究

陶旭晨，劉新華

（安徽工程大學安徽省紡織面料重點實驗室，安徽蕪湖 241000）

利用硝酸銀、高分子多糖、聚醚胺、交聯劑制備棉用銀系抗菌劑，通過對比實驗確定了銀系抗菌劑最佳配方.通過焙烘，將制得的銀系抗菌劑交聯固著在棉織物上，討論了棉織物常規指標的變化以及抗菌性能.結果表明，整理后棉織物白度略微下降，毛細管效應大幅增加，拉伸強力基本不變，抗菌性較好.

棉織物；抗菌；銀離子；多糖；聚醚胺

隨著對微生物研究水平的不斷提高，人們在利用微生物有益性的同時，也注意其作為病原菌的危害性.在紡織材料領域，抗菌纖維等紡織材料的研究開發業日趨活躍，研究發現，銀離子因其優異的抗菌殺菌性能和較強的安全性而備受關注［1-3］.當銀離子的濃度達到ppm級別時，便會具有一定的抗菌效果［4-6］.

本文用硝酸銀、高分子多糖、聚醚胺及交聯劑制備棉用銀系抗菌劑，探討最佳制備配方，并將此抗菌劑通過染整加工方式整理固著在棉織物上，獲得較好的抗菌效果.

1　實驗

1.1原料和試劑

純棉斜紋織物，密度500×300，克重135 g/每平方米，經緯紗支40×40，經緯密128×68；硝酸銀，分析純AR（上海精細化工材料研究所）；海藻酸鈉（SA），化學純CP（國藥集團化學試劑有限公司）；羧甲基纖維素鈉（CMC-Na），化學純CP（國藥集團化學試劑有限公司）；聚醚胺D230，分析純AR（恒益隆貿易（上海）有限公司）；聚醚胺D400，分析純AR（恒益隆貿易（上海）有限公司）；水性封閉型異氰酸酯固化劑W-8035（摩爾化工新材料有限公司）；水性封閉型異氰酸酯固化劑W-8130（摩爾化工新材料有限公司）；氮丙啶交聯劑XR-100（上海西潤化工科技有限公司）；多功能聚碳化二亞胺XR-201（上海西潤化工科技有限公司）；環氧硅烷交聯劑XR-500（上海西潤化工科技有限公司）；交聯劑NF-174J（上海西潤化工科技有限公司）.

1.2實驗儀器

循環水式多用真空泵SHZ-D（Ⅲ）（上海予華儀器有限公司）；多頭磁力攪拌器HJ-4A（金壇市科析儀器有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S（鞏義市予華儀器有限責任公司）；電感耦合等離子體發射光譜儀（美國Leeman公司）；雙臂萬能材料試驗機H10 K-S（美國Tiniius Olsen公司）；電熱恒溫鼓風干燥箱PH57-9053A（上海精宏實驗設備有限公司）；毛細管效應測定儀YG（B）871（溫州大榮紡織儀器有限公司）.

1.3銀系抗菌整理液的制備

在高分子多糖溶液中按比例滴加聚醚胺，磁力攪拌30 min后，逐滴加入硝酸銀溶液，攪拌2 h以上，使銀離子充分反應，待溶液不再有性狀改變時，觀察溶液穩定性，靜置后，持續觀察溶液穩定情況.

通過改變銀離子濃度、高分子多糖類型、聚醚胺類型、高分子多糖與聚醚胺比例等條件，篩選出相對穩定組分，再根據棉織物及整理液的特點，確定合適的交聯劑品種與之復配，觀察最終整理液的穩定性，并得出銀系抗菌整理液的最佳制備方案.

1.4后整理工藝實驗

工藝處方：500 ppm銀系抗菌劑，20-100g/L，浴比，20∶1.

工藝流程：配制整理液→浸漬棉織物（室溫，30min）→二浸二軋（室溫，軋液率80%～90%）→烘干（60℃，5 min）→焙烘（100～140℃，5 min）→水洗（室溫，3次）→烘干（60℃，5 min）.

1.5分析及性能測試

（1）白度測試.參照GB/T8425-1987《紡織品白度的儀器評定方法》，使用白度儀對整理后織物的白度進行測定.

（2）拉伸強力測試.參照GB/T3923.1-2009《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》，對織物經、緯向分別進行拉伸測定.

（3）毛細管效應測試.參照FZ/T01071-2008《紡織品毛細效應試驗方法》進行測定.

（4）銀離子含量測試.先稱取0.1g織物，剪碎后溶于10ml濃硝酸中溶解，待織物全部溶解后，轉移到50 m L容量瓶中，通過電感耦合等離子體發射儀進行測量.

（5）抗菌測試.參照AATCC90-2011《Antibacterial Activity Assessment of Textile Materials：Agar Plate Method》進行測定.

2　結果與討論

2.1高分子多糖和聚醚胺種類的確定

銀系抗菌劑由硝酸銀、高分子多糖和聚醚胺組成，其中高分子多糖在羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）和海藻酸鈉（SA）中比較選取，結果如表1所示；聚醚胺按分子量不同在D230和D400中比較選擇，結果如表2所示.由表1可知，當銀離子濃度提高到1 000 ppm以上時，銀系抗菌劑開始出現顏色，穩定性下降.相同條件下，羧甲基纖維素鈉組分穩定性略好于海藻酸鈉組分，因此高分子多糖選用羧甲基纖維素鈉.由表2可知，相同條件下D230組分穩定度略好于D400組分，因此選用聚醚胺D230.

表1　高分子多糖對銀系抗菌劑穩定性的影響

表2　聚醚胺對銀系抗菌劑穩定性的影響

2.2羧甲基纖維素鈉與聚醚胺比例的確定

實驗發現羧甲基纖維素鈉與聚醚胺D230比例的變化也會影響銀系抗菌劑穩定性，結果如表3所示.由表3可知，當銀離子濃度不變時，抗菌劑組分中羧甲基纖維素鈉占比越小，聚醚胺D230占比越大，穩定程度越好，當銀離子濃度達到10 000 ppm時最為明顯.但聚醚胺端部含有氨基，氨基易氧化導致棉織物泛黃，且在棉用銀系抗菌劑中，較低的銀離子濃度就可達到較好抗菌效果.因此，羧甲基纖維素鈉與聚醚胺D230最佳摩爾比為1∶1.

表3　羧甲基纖維素鈉與聚醚胺摩爾比對銀系抗菌劑穩定性的影響

2.3 銀離子濃度對銀系抗菌劑穩定性的影響

銀離子濃度是銀系抗菌劑抗菌性能最直接的體現，它對體系穩定程度的影響如表4所示.由表4可知，在一定條件下，銀離子濃度越大，穩定程度越差，所以銀離子濃度選定為500 ppm.

表4　銀離子濃度對體系穩定性的影響

2.4交聯劑對銀系抗菌劑穩定性的影響

銀系抗菌劑與棉織物的焙烘固著需要交聯劑，因此交聯劑既要能將銀系抗菌劑交聯在棉織物上，又要保證其穩定性，不同種類交聯劑對銀系抗菌劑穩定性影響如表5所示.由表5可知，能夠使得銀系抗菌劑處于穩定狀態的交聯劑有兩種，即多功能聚碳化二亞胺XR-201和交聯劑NF-174J，但由于NF-174J屬于高溫型，XR-201在低溫就有交聯作用，而聚醚胺D230沸點較低，故交聯劑選用低溫型的多功能聚碳化二亞胺XR-201.

表5　交聯劑對銀系抗菌劑穩定性的影響

綜上所述，最佳棉用銀系抗菌整理劑配方如下：銀離子500 ppm，羧甲基纖維素鈉0.5%，聚醚胺1.0%，多功能聚碳化二亞胺XR-201 5.0%.

2.5后整理工藝研究

后整理工藝按1.4節進行，通過對比研究焙烘溫度和整理液濃度對棉織物常規性能的影響如表6所示.由表6可知，隨著烘焙溫度升高和整理液濃度增加，棉織物常規性能有一定的影響.具體包括：白度普遍下降，其下降幅度在0.6%～2.2%之間；毛細管效應有大幅增加，表明整理后的織物親水性能有很大提升；拉伸強力的變化不大.上述指標變化均不因焙烘溫度和整理液濃度呈規律性改變.

通過測試整理后棉織物上銀離子質量濃度和抑菌圈如表7所示.研究銀離子質量濃度與抗菌性的聯系，結果表明隨著整理液中銀離子質量濃度的提高，織物上銀離子質量濃度也提高，抑菌圈增大，織物的抗菌性能越強.當整理液質量濃度為20 g/L，棉織物上銀離子質量濃度6.00 mg/kg時，織物抑菌圈已大于30 mm，抗菌性較好，結合成本，確定最佳整理液質量濃度為20 g/L.

表6　整理工藝對棉織物常規性能的影響

表7　銀離子濃度及抑菌圈測試

3　結論

銀系抗菌整理劑配方：銀離子（500 ppm），羧甲基纖維素鈉（0.5%），聚醚胺（1.0%），多功能聚碳化二亞胺XR-201（5.0%）.最佳后整理工藝：配制整理液（20 g/L）→浸漬棉織物（室溫，30 min）→二浸二軋（室溫，軋液率80%～90%）→烘干（60℃，5 min）→焙烘（100℃，5 min）.整理后棉織物白度略微下降，毛細管效應大幅增加，拉伸強力基本不變，抗菌性較好.

［1］ 李會改，萬明，王梅珍，等.銀系抗菌纖維的研究現狀［J］.合成纖維，2014，43（7）：29-31.

［2］ 劉梅城，洪杰，周桂平，等.銀系纖維及其抗菌性能的研究進展［J］.現代紡織技術，2014（7）：61-64.

［3］ 孫倩，李明春，馬守棟，等.納米銀抗菌活性及生物安全性研究進展［J］.藥學研究，2013（2）：103-105.

［4］ 朱志斌，門瓏，王天石，等.不同載體銀系抗菌劑的制備及其抗菌性能研究［J］.現代技術陶瓷，2013（2）：14-18.

［5］ 陸艷.兩種抗菌纖維含量對織物性能的影響［J］.棉紡織技術，2014，42（5）：29-32.

［6］ 徐永建，左磊剛.抗菌纖維素/纖維素纖維的研究進展［J］.陜西科技大學學報，2014，32（1）：10-14.

Preparation and application of the silver-based antibacterial agent on cotton

TAO Xu-chen，LIU Xin-hua
（Anhui Province Key Laboratory of Textile Fabric，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China）

In this paper，the silver-based antibacterial agent on cotton were prepared from Ag NO3，polysaccharide，polyethenoxyamine，crosslinking agent.By comparison，the optimum formulation were determined.The cotton containing Ag+had been prepared by baking with the silver-based antibacterial agent on cotton.Many conventional index and antibacterial property had also been discussed.The results revealed that whiteness was decreased.On the contrary，capillary effect and antibacterial property were improved.The tensile strength was not changed.

cotton；antibacterial；silver；polysaccharide；polyethenoxyamine

TS103.74

A

1672-2477（2015）02-0080-04

2014-08-10

安徽省教育廳省級自然科學基金資助項目（KJ2013B028）

陶旭晨（1982-），男，安徽蕪湖人，副教授，碩士.