棉织物的汽蒸法纳米银抗菌整理

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本文以多胺基的化合物(RSD)和硝酸银的混合液对棉织物进行整理,测试并分析了织物表面的纳米银含量、白度、抗菌性能和耐洗性能等指标,认为织物具有很好的抗菌性和耐洗涤性能。

A solution which was mixed by multi-amidine compound (RSD) and silver nitrate was used to deal with the cotton fabric. Content of nano-silver, whiteness of the finished cotton, anti-bacterial and wash-resisting property of the finished fabrics has been tested and analyzed, and the paper pointed that the finished fabrics showed highly antibacterial effect and washability.

随着人们生活水平的日益提高及健康环保意识的不断加强,在注重美观、舒适的同时,对服装的卫生保健功能提出了更高的要求。棉织物具有吸湿性强、透气性好、穿着舒适等优点,倍受人们青睐。但是棉是一种亲水性的多孔纤维,能为细菌生长提供足够的水,同时周围环境也能为细菌生长提供氧气,促使细菌的繁殖。因此,开发具有抗菌性能的棉纺织品具有重要的意义。

在织物抗菌整理中,银系抗菌剂具有较强的抗菌作用,在无机抗菌剂中占主导地位。与其它抗菌剂相比,它不会引起病原体产生抗体或产生突变,抑菌和抗菌效果明显。纳米银颗粒可以直接进入微生物体内,中断DNA的复制,从而阻止微生物繁殖,灭杀各种致病细菌,如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等,而且所需浓度较低。

本研究根据原位还原法原理,采用汽蒸法,利用多胺基化合物(RSD)表面丰富的胺基和亚胺基具有的还原性,在棉织物表面在位生成纳米银颗粒的棉织物整理品,提高了棉织物的抗菌性能,避免纳米银溶液不稳定、颗粒团聚的问题。

1实验

1.1材料与仪器

织物:纯棉漂白布(120 g/m2),中国华芳集团提供。

试剂:RSD(实验室自制)、硝酸银(AR级)、硝酸(AR级)、营养琼脂和营养肉汤均为生化试剂(上海中科昆虫生物技术开发有限公司)、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(苏州大学生命科学院)。

仪器:Ultrascan XE测色仪(美国HunterLab公司)、Vista MP电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国瓦里安公司)、LRH 250A生化培养箱(广东省医疗器械厂)、 150 A生化培养箱(苏州威尔实验用品有限公司)、SHZ 82A数显测速恒温摇床(苏州威尔实验用品有限公司)。

1.2织物整理工艺流程

浸渍RSD与硝酸银的混合整理液 30 min 汽蒸 40 min 水洗 自然晾干。

1.3测试方法

织物白度:用WD 5型全自动白度仪测定,将织物折叠成 4 层,选取不同位置测 4 次取平均值。

织物上的银含量:将 50 mg纳米银整理织物用 10 mL浓硝酸(65%)溶解,再用水稀释 10 倍。将得到的溶液用电感耦合等离子发射光谱仪测量其在Ag波段(328 nm)上的值,在此基础上计算织物上的Ag含量。

抗菌效果耐洗性:参照FZ/T 73023 ― 2006《抗菌针织品》中附录C的简化程序,对待测整理织物进行 50 次标准洗涤。洗涤条件及步骤:用 2 g/L标准合成洗涤剂,浴比1∶30,水温 40 ℃ ± 3 ℃,投入试样,洗涤 5 min,然后在常温下用自来水清洗 2 min,计为洗涤 1 次。

织物的抗菌性能:参照FZ/T 73023 ― 2006《抗菌针织品》中附录D,以振荡法测定织物的抗菌性能。所用菌种为金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,试样的抗菌性能以抗菌率表示,按式(1)计算:

式(1)中:A为未处理织物上的活菌数;B为处理织物上的活菌数。

2结果与讨论

2.1 纳米银棉织物整理品的纳米银表征

2.1.1汽蒸法处理棉织物的表面形态

用银质量浓度约为 64.8 mg/L的硝酸银溶液与RSD的混合整理液整理棉织物,用扫面电镜观察纤维表面的纵向表面形态(图 1)。

从图 1 可以看到纳米银抗菌棉织物的纤维表面确实均匀分布着纳米银颗粒,平均粒径在 50 nm左右。

2.1.2纳米银棉织物整理品在不同波长处的K/S值

织物染色的K/S值反映织物表面颜色的深浅,可用来判断染料的上染量和匀染性。这是因为不同染料在其对应的某一波长处具有一定的吸收值,吸收峰值的大小反应了布面颜色的深浅,利用其原理由于棉织物经汽蒸纳米银处理后布面颜色呈现亮黄色,通过测定棉织物的K/S值,得到不同波长处织物的K/S值谱图。

采用质量浓度为 2 g/L的RSD,分别与 0.1、0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 mL的 0.1 mol/L的AgNO3配置成整理液,将棉织物棉浸渍 30 min,汽蒸 30 min(图 2)。

从图 2 可以看出在波长为 400 ～ 420 nm 处,硝酸银用量为 0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 mL的曲线存在明显的吸收峰,且用量越大峰值越大。这与纳米银溶液中纳米银的吸收峰一致。由此可知,整理后的棉织物表面存在纳米银。分析该图可知,当RSD用量一定时,随着硝酸银溶液体积的增加,吸收峰越来越明显。当硝酸银用量较低时,没有明显的吸收峰,这是因为溶液中Ag+较少,吸附到织物表面的Ag+的量就更少,在汽蒸过程中被还原成纳米银的量也就比较少,所以在图上就没有明显的吸收峰。随着硝酸银溶液体积的增加,溶液中的Ag+的量增加,吸附到织物表面的Ag+的量也增加,这些Ag+在汽蒸过程中被还原成纳米银固着在棉织物上,从而使棉织物表面具有明显的吸收峰,且吸收峰值逐渐变大,吸收峰越来越尖锐。

2.1.3纳米银棉织物整理品的银含量和白度

采用质量浓度为 2 g/L的RSD,分别与 0.1、0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5 mL的 0.1 mol/L AgNO3配置成整理液,将棉织物棉浸渍 30 min,汽蒸 30 min(表 1)。

从表 1 可知,随着AgNO3用量的增加,棉织物表面的银含量也不断增加,这是因为吸附到织物表面的Ag+的量也增加,经汽蒸后,被还原成的纳米银也增加。但是由于AgNO3用量的增加,织物上的纳米银也随之增加,当与空气接触时,纳米银容易氧化生成氧化银,使织物表面表面颜色变暗。使纳米银棉整理品的白度不断下降。当 0.1 mol/L的硝酸银用量为 1.2 mL时白度已降到 58。

2.2棉织物整理品的抗菌性能

2.2.1织物上的银含量与抑菌率的关系

通常抗菌处理基质的抗菌效果与基质上抗菌剂的含量有关,银也不例外,故可将织物表面的银含量作为抗菌效果的一个指标。对不同硝酸银用量处理后的织物进行抗菌性能测试,选取革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中最具代表性的 2 个菌种 ―― 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为测试菌种。

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由图 2 可以看出棉织物的抗菌效率随织物上的银含量的增加而增大,且增长速率逐渐趋于平缓。当织物上的银含量为 87 mg/kg时,对两种细菌的抗菌率均达到 98% 以上。说明经汽蒸法抗菌整理后的棉织物具有较好的抗菌性。

2.2.2纳米银棉织物整理效果的耐洗性

采用质量浓度为 2 g/L的RSD,与 1.0 mL的 0.1 mol/L AgNO3配置成整理液,将棉织物棉浸渍 30 min,汽蒸 30 min。测定不同洗涤次数的样品的银含量、白度和抗菌效率(表 2)。

由表 2 可知,经过不同洗涤次数,织物表面的银含量略有下降,白度略有上升。经 20 次洗涤后织物上银含量的保留率可达到 93.64% 以上,经 50 次洗涤后织物上银含量保留率可达到 81.68%,说明洗涤过程中纳米银略有脱落,但依然具有良好的耐洗性能。织物即使洗涤 50 次后,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率依然可以达到 99.17% 和 99.28%,由此可知棉织物汽蒸法纳米银整理对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抗菌耐洗性。这主要因为RSD表面的胺基与纳米银形成银氨络合物,渗透到棉纤维内部的无定形区,在纤维内部形成纳米银颗粒,RSD表面丰富的胺基和亚胺基增强了织物与纳米银之间的络合,使得纳米银不易脱落。

3结论

(1)采用汽蒸法,用RSD与硝酸银溶液的混合整理液对棉织物进行整理。通过SEM图和棉织物整理品在不同波长处的K/S值证明了整理后的棉织物表面存在纳米银颗粒,且达到了纳米数量级。

(2)棉织物经RSD溶液和AgNO3混合整理液整理后,织物的白度下降,当织物上的银含量为 133 mg/kg时,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别达到 99.73% 和 99.61%,洗涤 50 次后,对两种菌的抑菌率仍在 99% 以上,体现了较好的耐洗性。

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