抗菌防臭功能纤维的研究应用进展
抗菌防臭功能纤维的研究应用进展
内容摘要：介绍了抗菌防臭纤维的概况及目前国内外研究的抗菌防臭剂都有哪些，都有什么优缺点，发展到什么情况，以及抗菌防臭纤维效果的试验方法，它们的应用各自有何特点。
关键词：抗菌防臭 抗菌防臭剂 国内概况 实验方法 应用特点
一、抗菌防臭纤维的概况
抗菌防臭纤维是在抗菌防臭后处理技术之上发展起来的。国际上自80年代开始出现通过化学纤维的高分子结构改性和共混改性的方法制取持久性抗菌防臭纤维的方法,其中以共混方式为主。与抗菌防臭后处理技术相比较,抗菌防臭纤维抗菌防臭效果好,耐久,纤维不附着树脂,所得织物手感好,工艺简单,无须后整理,成本低。抗菌防臭后整理虽然加工方便,但抗菌防臭效果不理想,经数十次洗涤后,织物抗菌防臭效果下降,难以满足消费者的要求。化纤的迅速发展,又为纤维改性提供了十分广阔的天地,使得人们开始将纺织品抗菌防臭处理的视角转向纤维改性以获得抗菌防臭纺织品。这种方法技术含量高,难度大,涉及工程领域广,尤其对抗菌防臭剂的要求较高,但因其明显的优点,深受客户的青睐。
人类生存环境中存在各种各样的细菌和霉菌,常见的包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、黄曲霉菌和白色念珠菌等;另有一些是对人体汗液等代谢物起作用而滋生繁殖的"臭味菌",表皮葡萄球菌和棒状菌常见于内衣、内裤, 导致外衣裤异味的菌类一般是杆菌孢子和少量表皮葡萄球菌。在高温高湿的环境下, 这些微生物在衣物上大量繁殖时,纤维容易受到其酸性或者碱性代谢物的作用而发生降解、变色,并生成挥发性恶臭物质如醋酸、氨气等,还容易引发人体某些皮肤病,因此,抗菌和防臭历来是息息相关的。为满足人们对纺织品卫生功能的高要求, 纤维制品的抗菌防臭、消臭加工也就显得非常必要了。
二、常用抗菌防臭剂
最初的用于化纤共混纺丝的抗菌防臭剂一般为含金属离子的复合物,且不少为重金属离子。近年来,重金属离子对人体的生态毒性问题,已逐渐引起重视, 抗菌防臭效果好但毒性较大的含重金属离子的抗菌防臭剂已被淘汰,而用与银离子结合具抗菌防臭性的沸石作抗菌防臭剂,它对人体无毒, 抗菌防臭,耐久性好, 但抗菌防臭率不够理想。制取抗菌防臭纤维,关键在于选择合适的抗菌防臭剂。这是有一定难度的。除了要求有广谱抗菌、无毒、耐久、相容性良好、加工简单外,对湿纺,还要求抗菌防臭剂能适应工艺过程中的化学环境, 而熔纺时则要求所用抗菌防臭剂能耐高温。由于有机类抗菌防臭剂毒性小且广谱抗菌,不少人在研究将其用于熔纺中, 但有机类抗菌防臭剂不耐高温, 所以开发出耐高温的有机类抗菌防臭剂是熔纺抗菌防臭纤维的关键。常用抗菌防臭剂包括:
（一）无机系列抗菌防臭剂
代表制品为日本钟纺公司的抗菌性沸石, 其中置换有具抗菌防臭性能的Ag、Cu、Zn 等金属离子。该剂可广谱抗菌、耐洗、安全、无污染, 广泛用于衣料、床上用品、装饰织物等。此类抗菌防臭剂还有含溶解性抗菌防臭金属离子的玻璃粉末或陶瓷, 将其制成极细微粒子混入纺丝原液中制丝, 可得耐久性抗菌防臭纤维。其抗菌机理是由于徐徐溶出的活性氧和银离子扩散入细菌细胞内, 破坏细胞内蛋白质的构造, 引起代谢障碍。
（二）季铵盐系列
日本大和化学工业公司的以N–苄基–N、N 二甲基–N–烷基氯化铵为主要成份的抗菌防臭剂, 能迅速杀灭金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和肺炎杆菌, 高效安全。其它还有聚氧乙烯基三甲基氯化铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十八烷基二甲基氯化铵等。它们是利用抗菌防臭剂表面吸附作用使组织发生变化, 使细胞质膜引起损伤。
（三）铜化合物类
由日本蚕毛染色公司开发的圣达纶–SSN 纤维, 是用Cu9S5 处理腈纶而得到的抗菌防臭防静电纤维。旭化成公司采用在制造铜铵纤维的凝固、再生工序中控制脱铜, 使铜化合物在纤维内分散的方法,得到含硫化铜的再生纤维, 可抗菌防臭防静电易去污。其机理是利用铜离子破坏微生物的细胞膜, 进入细胞内与酶结合, 降低酶的活性, 使代谢机能受阻, 生育受抑制而死亡。
（四）胍系列
将含1, 1一六亚甲基双–5 –( 4 –氯苯) 双胍–二葡萄糖酸盐的抗菌剂加入尼纶等纺丝原液中得到抗菌防臭纤维, 对细菌有很强的杀菌活性, 但对真菌效果低。其抗菌防臭机理是借细胞溶菌酶的作用受阻使细胞表层构造变性而破坏。
（五）天然物系列
由于相继发现一些化学抗菌防臭剂有毒副作用,用天然物作抗菌防臭剂深受市场欢迎。如从天然甲壳质水解后提取的脱乙酰壳多糖制成的抗菌防臭剂对大肠杆菌、各种真菌、金黄色葡萄球菌均有强抗菌作用;从唇形科植物中提取茴香油等物质作抗菌防臭剂既可杀灭细菌又可防真菌;从柏树中提取萜烯类物质作抗菌防臭剂处理聚酯空芯短纤维( 帝人公司)。此外,还有使用甲壳质的盐酸盐,柏树提取物桧醇等天然物质作抗菌防臭剂。
（六）TiO2 光催化剂在纤维中的应用
TiO2 光催化剂在光照射下有除臭、抗菌、防污等功能。有鉴于此, 日本歧阜县纤维试验场1995 ~1997 年在得到日本政府的资助下与当地纤维企业、名古屋工业技术研究所和歧阜大学共同进行了TiO2光催化剂应用于制造抗菌防臭纤维的研究, 并已取得相当大的进展[ 11] 。
将TiO2 光催化剂混炼入纤维制造抗菌防臭纤维存在两个问题: 光催化剂能光分解作为有机物的纤维本身; 光催化反应是在表面进行的反应, 如何使混入纤维内部的光催化剂也能发挥催化作用。经研究, 第一个问题是这样解决的: 用烷氧基硅多孔性膜包覆TiO2 微粉体, 使之不与纤维接触, 恶臭通过包覆膜的细孔与光催化剂接触; 第二个问题是利用纺织加工技术解决的, 即混有TiO2 微粉体的聚酯纺丝拉伸后经减量加工( 减量率为5% ~30% ) , 使埋入纤维内部的TiO2 尽量地露出在表面。采用这些方法已获得比较满意的结果, 目前仍在继续研究进一步提高光催化效率的技术。此外, 一些研究机构也在研究将TiO2 光催化剂
(七)竹纤维
竹纤维是一种天然环保型绿色纤维,它是以竹子为原料经特殊的高科技工艺处理,把竹子中的纤维素提取出来,再经制胶、纺丝等工序制造的再生纤维素纤维。竹纤维中含有天然的抗菌物质,科研人员的实验证实竹沥具有广泛的抗微生物功能,用竹纤维制成的纺织品的24 h抗菌率可达71%。竹纤维中的叶绿素和叶绿素铜钠具有较好的除臭作用。经国家棉纺织产品质量监督检验中心和上海微生物研究所分别利用现代科学检测手段对竹纤维的抗菌性进行了检验,结果证实,竹纤维制品具有优良的抗菌、防臭、防紫外线及产生负离子的特性,并且其抗菌除臭性能在经多次反复洗涤、日晒后,仍能保持其固有之势,这是因为在竹纤维生产过程中,通过采用高科技生产技术,使得形成这些特征的成分不被破坏。所以其抗菌性能明显优于其它产品。更不同于其它在后处理中加入抗菌剂等整理的织物, 所以不会对人体皮肤造成任何过敏性不良反应,反而对人体具有保健作用和杀菌效果。
（八）甲壳素纤维
甲壳素纤维具有天然的抑菌除臭功能。甲壳素纤维是从虾、蟹、昆虫等甲壳动物的壳中提炼出来的,是一种可再生、可降解的资源,它对危害人体的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等的抑菌率可达99 %, 能有效地保持人体肌肤干净、干燥、无味和富有弹性。其抗菌机理如下: 其一是可能在酸性条件下,壳聚糖分子中氨基转化为铵盐,吸附带负电荷的细菌,破坏其细胞壁,从而阻碍其发育。其二可能是壳聚糖分解成低分子物,吸附细菌后,穿过微生物细胞壁进入到细胞内与DNA形成稳定的复合物，干扰DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用, 阻碍了DNA和RNA的合成, 从而抑制了细菌的繁殖。由于甲壳素纤维对人体皮肤无刺激无毒, 故目前主要在医疗卫生领域作为医用辅料来治疗各种创伤,它不仅能覆盖保护创面,积极接收生物反应、促进伤口愈合,还能够起到去除异味的作用。由于它不污染环境,能快速消炎止血,用它制成的止血棉、绷带和纱布,近年来已被美国国防部普遍装备于军队中。
（九）“儿茶素”处理的纤维
“儿茶素”(Catechin) ,又称茶多酚,它是从天然绿茶、柿子等植物中提取的精华( 多酚类化合物),具有防止细菌、病毒繁殖,使其失去活性,从而具有优越的抗菌作用。儿茶素是含有多量苯酚性氢氧基(OH)的化合物( 即多酚类化合物),它可以利用氢氧基中的H的还原分解作用,以及与臭气成分中的NH3、SH等附加结合等作用,达到良好的除臭目的。儿茶素作为一种天然提取物,对人体安全无毒, 有优良的抗菌除臭效能,并能够起到延缓皮肤老化的作用,但其作为除臭剂处理纤维的工艺尚不成熟,还有待进一步研究。
（十）稀土元素处理的纤维
稀土元素是指元素周期表中第三类副族中的钪、钒和镧系元素的总称,包括钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Cc、镨Pr、钕Nd、钜Pm、钫Sm、铕Eu等共17个元素。稀土离子的多元配合物能使织物具有耐久的抑菌性能是与稀土离子的特性分不开的。稀土离子具有较高的电荷数( +3价)和较大的离子半径( 85～106 nm) , 因而在织物的抗菌整理过程中稀土离子可能与织物中的氧、氮等配位离子形成螯合物,使抑菌剂牢固地与织物结合;与此同时,不同抑菌剂之间以稀土离子为联结点,产生协同抑菌作用,致使织物具有广谱的抑菌除臭效果。
当今抗菌防臭纤维的发展呈现以下特点：
（一）品种多、范围广
抗菌防臭纤维产品已不再局限于袜子、鞋垫，而是被广泛应用于衣料、室内装饰等方面。在日本市场上，抗菌防臭毛巾、运动服、连衣裙、被套、各种贴身衣服、表带等几乎应有尽有，用途十分广泛。
（二）健康清洁追求热不断升温
消费者对健康、清洁产品的追求热不断升温，经过卫生加工的产品越来越受消费者宠爱，各种新产品接踵跻身市场。生产商为了向消费者证明自己的产品是货真价实的正宗产品，根据纤维产品卫生加工协会所设定的标准而在申请的基础上标明了“SEF”标记，尽管清洁产品的价格比普通产品高出约一倍，消费者依然争相购买，大有冲击普通纤维产品市场之势。
（三）具有复合功能
预计抗菌防臭纤维要与其它功能复合，向洗涤耐久性方向发展。为了促进销售和市场价格的提高，纤维及其产品不仅需要抗菌防臭整理，还需要赋予防污、阻燃、抗静电、亲水性和柔软性等综合效果，以此开发高附加值的织物。我国纤维的卫生整理尚处于开发阶段，无论是生产水平还是产品应用范围同国外相比都有一定差距。采用原丝改良整理法生产抗菌防臭纤维还未见报道。我们应该积极开发新的抗菌剂，扩大抗菌防臭纤维的应用范围。
近年来, 随着科技的进步和人民生活水平的提高以及卫生保健意识的增强, 积极开发具有抑制细菌繁殖和防止沾污织物产生恶臭的功能纺织品具有重要的意义。虽然抗菌防臭产品的开发以后处理加工为主, 但抗菌防臭纤维在抗菌防臭效果、耐洗性、环境污染、生产成本等方面均优于后处理, 所以进行抗菌防臭纤维的研究与开发是十分必要的,且有利于新型抗菌防臭织物的生产, 具有广阔的市场前景。我们在这方面的研究虽然刚刚起步, 只要我们奋起直追, 刻苦攻关, 在借鉴国外技术的基础之上取长补短, 相信会进入一个加速发展的时期, 达到国际先进水平。
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