抗菌纖維及抗菌紡織品

關(guān)于抗菌纖維及抗菌紡織品第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四抗菌纖維一、抗菌纖維的分類1、本身帶有抗菌功能的纖維，如某些麻類纖維、甲殼素纖維及金屬纖維等。2、用抗菌劑進(jìn)行整理的紡織品，此法加工簡便，但耐洗性略差；3、將抗菌劑在化纖紡絲時(shí)加到纖維中而制成的抗菌纖維，這類纖維抗菌、耐洗性好，易于織染加工。二、抗菌機(jī)理及加工方法目前用于紡織品的抗菌劑主要有有機(jī)和無機(jī)兩類。有機(jī)抗菌劑一般是通過活性成分帶有的正電荷基團(tuán)與細(xì)菌表面的負(fù)電荷相互吸引，以物理方式破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，起到抑菌抗菌的功能。無機(jī)抗菌劑是讓纖維中逐漸溶出的微量金屬離子向細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，引起細(xì)菌代謝障礙而死亡。目前開發(fā)的抗菌纖維有滌綸、丙綸、錦綸、腈綸等。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四三、抗菌纖維的典型品種1、金屬纖維指銀、銅及鎳鉻合金等金屬絲經(jīng)拉拔、電鍍、分解等特殊工藝加工制成的截面直徑為2~20μm纖維束。它不僅有較好的防靜電、防微波輻射功能，也具有良好的抗菌性。試驗(yàn)證明，鎳鉻合金及銀纖維的抑菌效果較好，但鎳鉻合金價(jià)格較低。幾種纖維的抑菌效果如表。用金屬纖維與棉按10：90的比例混紡后，所制成的金屬、棉混紡紗可應(yīng)用于針織物，制成永久抗菌針織物。第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四大腸桿菌白色葡萄球菌個(gè)/mL抑菌率個(gè)/mL抑菌率鎳鉻合金纖維3.0×10795.68.8×10796.9銀纖維2.8×10795.91.04×10896.3銅纖維1.6×10876.58.4×10870.0普通棉纖維6.3×10808.3×109-17.9第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2、丙綸抗菌纖維丙綸抗菌纖維的制造工藝如下：抗菌劑液相合成分離改性復(fù)配與丙綸切片共混抗菌母粒與丙綸切片共混紡絲上油牽伸假捻加彈包裝

3、納米抗菌滌綸由于滌綸熔融溫度較高，對抗菌劑的選擇首先要考慮耐高溫、不易分解、安全衛(wèi)生。為了使納米抗菌劑能均勻分散在聚合物中，除將抗菌粉體進(jìn)行表面處理外，需用共混法制成的納米抗菌母粒進(jìn)行紡絲。

第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四4、Amicor抗菌纖維

Amicor纖維是Courtaulds公司生產(chǎn)的抗菌纖維系列。其基纖維是聚丙烯腈系纖維。產(chǎn)品主要有AmicorAB（抗菌型）和AmicorAF（抗霉菌）兩種產(chǎn)品。這兩種產(chǎn)品可分別使用。為了賦予雙重（抗菌和抗霉）的活性，也可以作為混紡紗聯(lián)合使用，稱為AmicorPlus。Amicor可以和許多其他纖維進(jìn)行混紡，如棉、毛、尼龍、Tencel、粘膠及聚酯。其中與棉混紡時(shí)紗線既有棉的吸收能力和手感，又有Amicor產(chǎn)生的抗微生物保護(hù)作用。由于Amicor中的抗菌劑是以固體顆粒的形式分散于纖維結(jié)構(gòu)中，作為儲存器的顆粒將化學(xué)品緩慢釋放出來，因此由Amicor混紡紗制成的織物具有優(yōu)良的水洗穩(wěn)定性。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四5、天然抗菌纖維甲殼素纖維和竹纖維竹纖維是一種用竹子為原料的新型再生纖維素纖維，其形態(tài)特征和機(jī)械性能都與粘膠相似。竹纖維具有獨(dú)特的天然抗菌性能，24小時(shí)內(nèi)抗菌率可達(dá)到70%。第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四四、抗菌紡織品檢測方法——振蕩燒瓶實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)原理：在液體中通過長時(shí)間振蕩，增加微生物與抗菌產(chǎn)品內(nèi)抑菌藥物的接觸以顯示其抑菌作用。本試驗(yàn)適用于非溶出性抗菌產(chǎn)品。抑菌率的計(jì)算評價(jià)規(guī)定試驗(yàn)樣片的抑菌率與對照樣片抑菌率的差值>26，即可認(rèn)定該樣片或纖維具有抗菌作用。抑菌率=樣品振蕩前平均菌落數(shù)—樣品振蕩后平均菌落數(shù)樣品振蕩前平均菌落數(shù)*100%第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四抗菌紡織品抗菌紡織品的研究與應(yīng)用與人類健康密切相關(guān),因而越來越受到人們的重視?？咕徔椘房梢悦黠@地提高產(chǎn)品的附加值,滿足人們對健康環(huán)保的需求,因此市場潛力很大。紡織品的抗菌整理多采用主動抗菌,即通過一定方式將特殊的抗菌物質(zhì)引入紡織材料,以達(dá)到抗菌的目的。目前多采用雙胍類、異噻唑啉酮類、有機(jī)硅季銨鹽類和酚類等溶出型有機(jī)抗菌劑。但是,長期使用這些抗菌劑很容易產(chǎn)生耐藥性菌種,大大影響了抗菌效果。相反,無機(jī)抗菌殺菌劑具有抑菌持久性、廣譜性、高度安全性等優(yōu)點(diǎn),因而其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。金屬離子抗菌劑是一類重要的無機(jī)抗菌劑,其中銀離子的抗菌能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于其他抗菌金屬離子,故銀系無機(jī)抗菌劑在抗菌紡織品上的應(yīng)用越來越廣泛。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四銀系抗菌紡織品1銀的抗菌性微量的、相對無毒的金屬具有殺滅病原體和防止它們增殖的“微量作用效應(yīng)”。在所有金屬中,銀最具微量生物活性。銀的使用最早可以追溯到18世紀(jì)使用硝酸銀治療胃潰瘍。19世紀(jì)第1次確定了銀離子的抗菌活性,到了20世紀(jì)20年代,膠體銀由于可以有效地處理傷口而被美國食品藥品署(FDA)認(rèn)可。與其他抗菌劑相比,銀系抗菌劑具有抗菌性能高(見表1),不易產(chǎn)生抗藥性的特點(diǎn),具有很高的安全性。在溫暖潮濕的環(huán)境里,銀離子具有非常高的生物抗菌活性。同時(shí),銀系抗菌劑還具有很多優(yōu)點(diǎn),如對皮膚沒有刺激性,不影響紡織品的服用性能,因此銀系抗菌劑適合于抗菌功能紡織品的制備第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四表1用于紡織品的不同抗菌劑性能比較

注:+表示有效;+++表示高效;-表示無效。測定方法不同,不同抗菌劑間無法進(jìn)行比較。

抗菌劑格蘭氏陽性菌格蘭氏陰性菌真菌抗藥性皮膚吸收毒性三氯生+-+有有很少到無毒銀系+++++++++未報(bào)道輕微很少到無毒季銨鹽+--有有中等到高殼聚糖+++未報(bào)道未報(bào)道生物降解聚己縮胍+++未報(bào)道無很少到無毒銅系+++有無和劑量相關(guān)第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2銀的安全性我國民間很早就認(rèn)識到銀有抗菌作用,并記述了銀的毒性,明代醫(yī)學(xué)家李時(shí)珍在《本草綱目》中對銀的性質(zhì)有所記述:“生銀、味辛、寒、無毒”。從生理學(xué)上講,銀不屬于人體必需的微量元素,但由于食物和飲水的攝取或者職業(yè)的原因,人體內(nèi)仍然可以檢測到銀的存在(質(zhì)量濃度<213μg/L)。疾病治療過程中所使用的含銀藥膏、繃帶或者導(dǎo)尿管等所含的銀也會進(jìn)入人體的循環(huán)系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下,銀與人體細(xì)胞中的金屬硫蛋白作用會形成蛋白絡(luò)合物,從而減小了銀的毒性。含銀醫(yī)用敷料所釋放的銀除了形成硫化物或氯化物沉淀,與傷口的分泌物反應(yīng)形成穩(wěn)定的復(fù)合物外,有較少部分也會通過開放的傷口進(jìn)入人體。研究報(bào)道,受傷皮膚吸收的銀離子量遠(yuǎn)高于健康人體的皮膚。從理論上講,銀會沉積于人體的任何組織之中,但只有皮膚、大腦、肝、腎、眼睛和骨髓是目前研究最多的部位。大多數(shù)的銀主要通過肝和腎排出人體,同時(shí)頭發(fā)和指甲的生長也提供了一個(gè)排泄途徑。第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四目前對銀的攝入和銀在人體中新陳代謝的研究還較少,只有少數(shù)關(guān)于磺胺嘧啶銀的臨床研究。自引入市場以來,磺胺嘧啶銀已經(jīng)在臨床上使用了幾十年,病人每天最多可使用30g(含銀9.06g)。研究表明在使用磺胺嘧啶銀時(shí),10%的銀會被人體吸收,而高度血管化的傷口吸收更高。使用磺胺嘧啶銀的病人體內(nèi)血銀質(zhì)量濃度可高達(dá)>300μg/L,但至今未發(fā)現(xiàn)明顯的毒副作用。Wysor采用口服或皮下注射的方法將1050mg/kg的磺胺嘧啶銀(含30%銀,相當(dāng)于70kg的人使用22g的銀)用于小鼠,連續(xù)實(shí)驗(yàn)1個(gè)月后,受試動物無死亡,體重?zé)o減輕,沒有行為改變和腹瀉;組織切片分析發(fā)現(xiàn),受試動物無明顯病變。與人體皮膚直接接觸的醫(yī)用纖維中含有的金屬銀和銀離子,受汗液、皮脂和組織分泌液的激活而積累在皮膚的表面,其中一些會形成硫化銀穿過皮膚的表層而沉淀在皮膚中。雖然高溫和高濕環(huán)境將加速皮膚和黏膜對銀的吸收,但由此造成的銀吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用1%磺胺嘧啶銀軟膏病人所吸收的量。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四3不同價(jià)態(tài)銀的抗菌性能大量研究表明,不同價(jià)態(tài)的銀均具有殺菌效果,但隨著價(jià)態(tài)的變化,其殺菌機(jī)制有所不同?？傮w來說,高價(jià)態(tài)離子的還原勢極高,能夠?qū)е略友醍a(chǎn)生的能力也相應(yīng)的較大,從而極大地提高了抗菌性能。銀具有3種氧化態(tài):Ag(Ⅰ)、Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ),不同形態(tài)銀的抗菌性能的順序?yàn)閇12-14]:Ag4O4>Ag(Ⅲ)>Ag(Ⅱ)>>Ag(Ⅰ)>Ag(0)。表2中列出了銀單質(zhì)和不同形態(tài)化合物離子化能力的定性比較。第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四表2用于抗菌材料的銀系化合物第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四

Ag4O4是由2個(gè)Ag(Ⅰ)和2個(gè)Ag(Ⅲ)與4個(gè)O2-緊密結(jié)合構(gòu)成的一種具有活躍電子的分子晶體。由于在同一個(gè)分子內(nèi)存在著Ag+/Ag3+,使電位不平衡,Ag4O4具有潛在的電子躍遷的能力和向更穩(wěn)定狀態(tài)變化的趨勢。Ag4O4與病毒、細(xì)菌、真菌和原生動物等生物體的膜和衣殼上的特定蛋白表面裸露的-N基(-NH-,-NH2)和-S基(S-S,-SH)具有親和性,可以發(fā)生熱力學(xué)吸附并觸發(fā)氧化還原反應(yīng)和由反應(yīng)產(chǎn)生的Ag2+的螯合反應(yīng),從而致使蛋白質(zhì)構(gòu)象改變,最終導(dǎo)致病原體死亡。Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ)具有比Ag(Ⅰ)更強(qiáng)的殺菌能力,但其殺菌機(jī)制目前還未見詳細(xì)報(bào)道。一般認(rèn)為是Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ)的強(qiáng)氧化性使其擁有殺菌能力。Ag(Ⅲ)的殺菌速度平均要比Ag(Ⅰ)快240倍,殺菌效果是Ag(Ⅰ)的200倍。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四在這些銀的形態(tài)中,只有Ag(Ⅰ)和Ag(0)最穩(wěn)定,并且已經(jīng)應(yīng)用于各種抗菌材料。Ag(Ⅰ)中使用最多的是硝酸銀和磺酸嘧啶銀。硝酸銀是非常優(yōu)異的抗菌劑,其抗菌性能比很多其他抗菌劑(包括磺酸嘧啶銀)要好,特別是在消除抗性品系的金黃色葡萄球菌、肺炎球菌以及綠膿桿菌上效果更好。但硝酸銀的用量不能超過1%,否則與活組織細(xì)胞接觸時(shí)會引起細(xì)胞電解質(zhì)鈉和鉀的流失?；撬徉奏ゃy避免了硝酸銀的很多缺點(diǎn),同時(shí)廣譜抗菌。雖然磺酸嘧啶銀在水中的溶解度較小,但它與體液作用釋放銀離子的能力并不差。當(dāng)磺酸嘧啶銀質(zhì)量濃度達(dá)到50mg/L時(shí),95%的人體傷口中細(xì)菌種類都可以有效地消除,然而銀離子極易與生物體中的氯離子產(chǎn)生氯化銀沉淀,進(jìn)而誘發(fā)人體過敏反應(yīng)產(chǎn)生。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四銀系抗菌紡織品的制備

目前銀系抗菌紡織品的制備方法主要有纖維改性法和織物后整理法。纖維改性法首先在成纖高聚物中添加合適的抗菌劑填料,然后進(jìn)行濕法或熔融紡絲,再加工制成抗菌織物;織物后整理則是通過在織物表面涂層或浸漬抗菌劑的方式,使紡織材料表面形成抗菌層。每種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),生產(chǎn)中可根據(jù)不同的需求采用相應(yīng)的加工方法,見表3。第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四目前抗菌紡織品的生產(chǎn)主要以纖維改性為主。該法是將抗菌劑的超細(xì)粉末作為添加劑進(jìn)行紡絲,此時(shí)抗菌劑進(jìn)入到纖維的內(nèi)部,故耐洗滌性能好,抗菌效果持續(xù)時(shí)間長,但纖維改性法對抗菌劑的要求較高,抗菌劑必須在水、堿和酸里的溶解度極低,化學(xué)穩(wěn)定性好,耐強(qiáng)酸、堿和氧化劑,熱穩(wěn)定性好,因此目前抗菌添加劑多為載銀陶瓷顆?；蛘咻d銀沸石。在加工過程中,要求添加的抗菌劑必須與纖維本體有良好的相容性和分散性,同時(shí)抗菌劑顆粒細(xì)小,粒徑分布范圍窄,不能影響紡絲;添加劑的加入不能夠影響纖維的物理性能,包括纖維的強(qiáng)力和伸長。纖維改性方法大多只適用于合成纖維,除納米銀抗菌劑外無法對棉、麻、毛、絲等天然纖維進(jìn)行抗菌加工。第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四表5列出了部分抗菌纖維及抗菌紡織品。織物后整理的方法主要針對天然纖維或者天然纖維與其他纖維混紡的紡織品,一般使用抗菌劑的懸浮液浸漬、涂層或者溶