金納米粒子改性靛藍染料的制備及性能研究

段太剛

(四川省宜賓惠美線業有限責任公司，四川 宜賓644000)

隨著科學技術水平的進步和消費水平的提高，人們對紡織品的要求不僅局限于遮體、防寒、裝飾等基本屬性，更加注重其功能性，如抗菌消臭、自清潔、防靜電、阻燃、防紫外線和電磁屏蔽等[1]。抗菌紡織品由于其應用廣泛越來越受到研究者們的重視，抗菌紡織品的加工方法主要有原纖維法和后整理法2種[2]，但大多數的抗菌劑在經過織物染整過程后會因為抗菌劑溶出、變性和染料包覆等問題導致染色織物抗菌性能下降，因此尋求可耐受染整過程的抗菌劑具有重要意義。

金屬納米粒子，特別是金納米粒子具有良好的抗菌性，且具有無毒、功能化強、多價效應、易檢測和生物相容等特點，在抗菌材料的開發中具有重要的應用價值[3]。化學還原法是制備金納米粒子的重要方法，即利用還原劑和穩定劑通過還原反應得到有機分子或聚合物穩定的金納米粒子[4]，因此若可通過還原反應獲得以染料為穩定劑的金納米粒子，有望實現同浴染色和抗菌整理。

1 試驗部分

1.1 試劑和儀器

2-硝基苯甲醛(純度為99%，上海阿拉丁生化科技有限公司)；丙酮(純度為99%，天津市風船化學試劑科技有限公司)；氯金酸(Au≥47.5%)、檸檬酸鈉(純度為98%)、保險粉(純度為90%)、氫氧化鈉(純度為97%，均為上海阿拉丁生化科技有限公司)；棉織物(29 tex×29 tex，193根/10 cm×196根/10 cm，東莞市興浩紡織品有限公司)。

UV-1800型紫外分光光度計(上海馬達儀器有限公司)；D8 DISCOVER型X射線衍射儀(德國BRUKER公司)；K-alpha型X射線光電子能譜儀(美國賽默飛世爾科技公司)；Instron3369型萬能強力試驗機(美國英斯特朗公司)。

1.2 改性靛藍的制備

稱取100 ml蒸餾水，加入3.0 g 2-硝基苯甲醛并攪拌，升溫至100℃，將氯金酸(0.085 g，0.153 g)加入并攪拌，保持溫度30 min。進行真空抽濾，隨后將所得濾餅加入到配置好的丙酮溶液中(9 ml丙酮，9 ml蒸餾水，15 ml 1 mol/L氫氧化鈉)靜置10 min，用40%乙醇進行充分洗滌并真空抽濾，隨后烘干。

1.3 棉織物染色

稱取100 ml蒸餾水并升溫至40℃，加入0.1 g改性靛藍，0.5 g保險粉和1.1 g氫氧化鈉并攪拌，升溫至60℃，將0.5 g棉織物加入到染浴中震蕩45 min，將棉織物取出放在空氣中氧化15 min，并多次進行染色與氧化過程，最后進行水洗、烘干[5]。對棉織物用商業靛藍染色進行對比研究。

1.4 性能測試

紫外分光光度測試，使用UV-1800型紫外分光光度計進行測試；XRD使用D8 Discover型X射線衍射儀進行分析測試，2θ范圍是5°～80°；XPS使用 K-alpha型X射線光電子能譜儀進行測試；上染率按照NMP溶解法進行測試[6-7]；力學性能測試使用Instron3369型萬能強力試驗機對試樣拉伸強力和斷裂伸長率進行測試，拉伸速度為10 mm/min。抗菌性能測試按照GB/T 20944.3-2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分:振蕩法》對試樣進行抗菌性能的測試，所選菌種為金黃色葡萄球菌和大腸桿菌[8-9]。

2 結果與討論

2.1 改性靛藍結構

圖1(a)為2-硝基苯甲醛與改性2-硝基苯甲醛的XRD圖，2-硝基苯甲醛與改性2-硝基苯甲醛的衍射峰位置基本相同，而改性2-硝基苯甲醛在2θ為37.9°、44.0°、64.3°和77.2°處出現4個衍射峰，分別對應著金納米粒子在(111)、(200)、(220)和(311)的晶面[10]，證明了金納米粒子在2-硝基苯甲醛上的生成。圖1(b)為靛藍與改性靛藍XRD圖，從圖可知使用改性2-硝基苯甲醛合成的靛藍與商業靛藍在2θ為37.9°、44.0°、64.3°和77.2°處同樣出現4個衍射峰，證明了改性2-硝基苯甲醛合成的靛藍上存在金納米粒子。

圖2 為靛藍與改性靛藍的XPS圖，相比于商業靛藍，改性靛藍的XPS圖在82～90 e V處出現金元素，XPS圖直接說明金元素的存在，驗證了金納米粒子成功負載到靛藍上。

圖3 為金納米粒子懸浮液與改性2-硝基苯甲醛濾液的紫外分光光譜，利用檸檬酸鈉直接還原得到的金納米粒子懸浮液在540 nm處有著明顯的吸收峰，此為金納米粒子的吸收峰[10]。而改性2-硝基苯甲醛濾液在此處沒有明顯的吸收峰，證明金納米粒子在生成過程中與2-硝基苯甲醛結合緊密。

2.2 改性靛藍對棉織物的染色性能

圖4 為靛藍校驗曲線，其線性回歸方程為Y=1 818.643 5X-0.173 52，式中r2=0.999 78，證明該線性回歸曲線具有良好相關性。根據線性方程計算出棉織物上染率(見表1)，商業靛藍和改性靛藍其棉織物上染率分別為3.2%和3.5%，改性靛藍上染率比商業靛藍的上染率略高，證明經過金納米粒子改性后的靛藍具有良好的染色性能。

表1 商業靛藍與改性靛藍上染率

表2為未染色棉織物和經商業靛藍、改性靛藍染色后的棉織物力學性能測試結果，從表2中可知斷裂強力分別為83.1±2.8 N、57.6±4.1 N和60.3±4.8 N，斷裂伸長率分別為5.18%±0.67%，6.91%±0.60%和6.58%±0.94%。結果說明，染色后棉織物的力學性能有一定下降，這是染色過程需要升溫攪拌使得一些纖維受損所致。經改性靛藍染色后棉織物的力學性能要略高于商業靛藍染色樣品，表明改性靛藍對保持棉織物的力學性能有一定優勢。

表2 不同棉織物力學性能

2.3 抗菌性能測試

利用振蕩法測試了改性靛藍染色后棉織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能，結果見表3。從表3結果可知，經改性靛藍染色后的棉織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均大于90%，說明經改性靛藍染色后的棉織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有較強的抗菌作用，金納米粒子改性靛藍具有良好的抗菌性能。

表3 改性靛藍染色后棉織物抗菌性能

3 結語

以2-硝基苯甲醛作為穩定劑使金納米粒子與其結合，隨后利用改性2-硝基苯甲醛成功制備具有優異抗菌性能的靛藍。通過XRD分析、XPS分析、紫外分光光度測試、上染率測試、力學性能測試和抗菌測試表明，金納米粒子成功與2-硝基苯甲醛結合，并且利用改性2-硝基苯甲醛制備了金納米粒子改性靛藍染料。金納米粒子改性靛藍染料對棉織物具有良好的染色性能和抗菌性能，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率分別為95%和90%。