納米銀抗菌整理劑的制備及性能研究

納米銀抗菌整理劑的制備及性能研究

隨著生活質(zhì)量的提高，人們越來越重視紡織品的功能，尤其是具有抗菌功能的紡織品。紡織品抗菌功能化的研究也在不斷探索并有新的突破如今中國對于抗菌紡織品的開發(fā)研究取得了一定的成果，但是在納米粒子附著穩(wěn)定性、耐久性以及抗菌整理后織物風(fēng)格方面存在一定的問題。邵明等將滌綸/改性滌綸作為原料編織滌綸針織面料，并將納米金作為負載，采用一種新型噴霧式抗菌后整理的方式將納米銀抗菌整理劑負載在織物上，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進行表征分析。將抗菌整理前后的面料進行對比，分析其結(jié)構(gòu)參數(shù)、機械性能、舒適性能與抗菌耐久性能。這種新型噴霧抗菌整理工藝將對制備具有較高耐久抗菌性能的滌綸紡織品具有一定的指導(dǎo)意義。1實驗1.1其他聚合物整理劑滌綸平針組織面料(浙江得偉紡織科技有限公司);蒸餾水，F(xiàn)UZE47-PHASE1-納米金整理劑、FUZE47-PHASE2-納米銀整理劑(FUZEBiotech),異丙醇溶劑(廣州錦旺化工有限公司)。1.2儀器、檢測方法噴霧式抗菌后整理設(shè)備(浙江得偉紡織科技有限公司),K-Alpha型X射線光電子能譜儀(美國賽默飛世爾科技公司),JSM-6700F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM,日本電子(JEOL)公司),YG(B)141D型厚度儀(上海精密儀器儀表有限公司),YG031型電子織物氣動頂破強力機(寧波大禾儀器有限公司),YM065AC型電子織物強力儀(萊州元茂儀器有限公司),YG461E型透氣性測試儀(溫州方圓儀器有限公司),YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀(寧波紡織儀器廠)。2環(huán)保材料的制備2.1面料基本參數(shù)采用滌綸紗線編織的滌綸針織面料，試樣1和2分別是未經(jīng)抗菌處理和經(jīng)過抗菌處理的織物試樣。面料的基本參數(shù)如表1所示，其中采用的滌綸為50/50滌綸/改性滌綸?？咕媪喜捎玫年栯x子改性滌綸長絲是用在聚酯切片中引入帶有極性基(—SO2.2工藝參數(shù)b納米銀噴霧設(shè)備實驗采用噴霧式抗菌后整理設(shè)備，其原理圖如圖1所示，具體后整理過程見圖2。a)抗菌整理劑濃度及配比：采用蒸餾水對納米金進行稀釋，其中蒸餾水2800mL,FUZE47-PHASE1納米金整理劑1000mL;采用相同量的蒸餾水對納米銀進行稀釋，F(xiàn)UZE47-PHASE2納米銀整理劑1000mL,并加入50mL的異丙醇有機溶劑；控制納米銀與納米金的質(zhì)量濃度為3mg/L,同時兩者的配比為1∶1,分別裝入設(shè)備容器內(nèi)。b)噴霧設(shè)備工藝參數(shù)選擇：將坯布放到噴霧設(shè)備的滾動輥的起始位置，啟動氣泵，調(diào)整噴嘴流速為7mL/min,滾動輥的速度為15m/min,控制面料勻速經(jīng)過噴嘴位置，使納米金和納米銀先后附著在面料表面。c)定形：對織造后的坯布進行定形整理，經(jīng)過抗菌處理后面料直接進入定形設(shè)備，其中定形溫度為150℃,最終得到具有抗菌性能的滌綸面料。3結(jié)果與分析3.1表面元素的測定X射線光電子能譜(XPS)通過測試物質(zhì)原子內(nèi)層的能級電子結(jié)合能，并根據(jù)結(jié)合能的特征來識別元素，是一種元素定性定量分析的高級方法。得到抗菌處理前后的試樣表面元素全譜圖，如圖3所示。從圖3中可見，兩組試樣的XPS全譜圖中C、O峰明顯，兩條XPS曲線只有兩處細微區(qū)別，根據(jù)結(jié)合能位置推斷是抗菌后整理面料表面Au(84.0eV)和Ag(368.2eV)元素發(fā)生了變化，但噴霧式的后整理方法且使用抗菌整理劑濃度較低，因此在XPS全譜圖對比曲線變化不明顯。3.2整理前后織物表面的納米粒子采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡對抗菌整理前后的試樣進行表面形貌觀察，如圖4所示。試樣在經(jīng)過抗菌整理前，表面粗糙沒有明顯顆粒存在。在通過抗菌整理后，通過圖4(c)中看出織物表面負載了大量的納米粒子。在放大一萬倍后如圖4(d),可看出纖維表面的納米粒子顆粒圓潤。3.3掃描電鏡前織物的金處理對抗菌整理前后的滌綸針織物進行了表面纖維的能譜分析，確定抗菌整理前后纖維表面元素的變化情況，如圖5所示。在進行掃描電鏡前，需對織物進行噴金處理，因此不考慮表面金元素成分。從圖5中發(fā)現(xiàn)，抗菌整理前的試樣表面出現(xiàn)了C、N、O3種元素，而整理后的試樣表面不僅出現(xiàn)了C、N、O3種元素，還在3keV左右出現(xiàn)了Ag的微弱吸收峰，可見本文采用的噴霧式抗菌整理方法成功將納米粒子負載在面料表面。3.4納米粒子對面料損害的影響對所有試樣的密度、厚度進行測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過噴霧抗菌整理后的試樣在密度與厚度方面并未發(fā)生任何變化，因為納米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負載納米粒子濃度較低，最終對面料的基本參數(shù)沒有產(chǎn)生影響。3.5整理前后織物的基本性能常見的銀離子抗菌織物以及經(jīng)浸軋后整理方法制備的抗菌織物，由于制備過程和試劑作用導(dǎo)致纖維表面和織物性能發(fā)生變化，最終可能會影響織物的力學(xué)性能和舒適性能。從頂破性能、拉伸斷裂性能以及透氣透濕性能這幾個方面對抗菌后整理前后的試樣進行測試分析，評估抗菌整理對織物的性能影響，結(jié)果如圖6所示。從圖6中看出，試樣1、2的兩組實驗數(shù)據(jù)在抗菌后整理前后變化不明顯，經(jīng)過抗菌后整理的試樣橫向拉伸斷裂強力、斷裂伸長率以及透氣透濕性能有所下降，但是頂破性能和縱向拉伸斷裂強力有一定提升，因此總體而言，經(jīng)過抗菌后整理過程對滌綸面料基本性能的影響不大?？梢?，噴霧式抗菌后整理相對來說是一種較好的制備方法，對制備的抗菌面料性能不會產(chǎn)生較大的影響。3.6抑菌率的測定抗菌性能：根據(jù)GB/T20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》,革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌(S.aureu)和革蘭氏陰性菌大腸桿菌(E.coli)為試驗菌種。待測樣對S.aureu和E.coli的抑菌率均大于等于70%,表明樣品具有一定的抗菌作用。抗菌耐久性能：按照前述標準GB/T20944.3—2008,對測試樣進行50次標準洗滌，測試其抗菌耐久性，測試結(jié)果如表2所示。從表2數(shù)據(jù)來看，抗菌試樣無論在水洗前還是水洗后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%,因此試樣具有抗菌性能。對比水洗前后的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌率，發(fā)現(xiàn)實驗組試樣2的抑菌率在水洗50次后仍能保持在97%以上。目前常用的浸軋工藝制備的抗菌面料，抗菌持久性能以及織物風(fēng)格具有一定的局限性?？梢?，噴霧式抗菌后整理方法能有效地改善滌綸纖維與抗菌整理劑結(jié)合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等問題，是較為科學(xué)的一種抗菌后整理方法。4整理后織物的抗菌性能本文研究了一種針織滌綸面料的噴霧式抗菌整理方法，對抗菌整理前后的針織滌綸面料進行各項性能對比分析，得到以下結(jié)論：a)采用噴霧式抗菌后整理方法對針織滌綸面料進行抗菌處理，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進行表征，結(jié)果表明納米金銀粒子成功附著于滌綸織物上，且分布較為均勻。b)對抗菌整理前后的面料進行結(jié)構(gòu)參數(shù)、機械性能和舒適性能測試分析。實驗組的兩塊試樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)、機械性能和舒適性能影響不大，因為納米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負載金銀納米粒子濃度較低。實驗組與參照組的結(jié)構(gòu)參數(shù)差異不大。c)對整理后的面料進行抗菌性能和耐久性能測試分析。試樣在水洗50次后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%,因此在水洗后仍具有抗菌性能。在水洗50次后，抗