专选课《新型纺织纤维》大作业姓名学号班级抗菌纤维的抗菌机理、加工方法与未来发展展望摘要目前,对抗菌纤维的研究、开发是一个很活跃的领域。
文章综述了抗菌纤维的研究概况,重点阐述抗菌纤维的抗菌机理和加工方法,对抗菌纤维生态未来进行分析，给出抗菌纤维开发的建议。
关键词：抗菌纤维；抗菌机理；加工方法；未来发展The antibacterial mechanism ,processing methods and futuredevelopment prospect of antibacterial fiberAbstract Nowadays, the study of antibacterial fiber is a very active field. The article summarizes the general research situation of antibacterial fiber,emphasis on antibacterial mechanism and the processing method of antibacterial fiber, analysis the future of antibacterial fiber, and give a recommendation on antibacterial fiber development.Key words Antibacterial fiber; Antibacterial mechanism; Processing method; Future development.在生活中,人们不可避免地接触到各种各样的细菌、真菌等微生物,这些微生物在合适的外界条件下会迅速繁殖,并通过接触等方式传播疾病,影响人们的身体健康和正常的工作、学习和生活。
人的皮肤是一种很好的营养基,而各种各样的纺织品则是这些微生物的优良寄居场所,也是疾病的重要传播源。
抗菌纺织品不仅可以避免纺织品因微生物的侵蚀而受损,而且可以有效地阻止致病菌在纺织品中的繁殖和传播,从而减少疾病的发生。
因此,随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,人们对纺织品的舒适、保健功能日益关注,对各种抗菌纤维的研究、开发与生产愈来愈重视。
抗菌纺织品主要分为两大类:一类是经后整理加工而成的抗菌纺织品,由于其工艺简单、抗菌剂选择余地大、适用性广等特点而得到广泛应用。
但此类抗菌纺织品在应用中也显现出许多问题,如抗菌效果持久性问题、溶出物对人体的安全性等问题。
另一类是由抗菌纤维制成的抗菌纺织品,与后整理抗菌纺织品相比,抗菌纤维显示出更大的优势,具有抗菌性能优良、有持久性(耐洗性)、安全性高并且使用舒适的特点。
目前开发抗菌纤维已成为抗菌纺织品的发展方向。
抗菌纤维是采用物理的或化学的方法将具有能够抑制细菌生长的物质引入纤维表面及内部而成的,抗菌剂不仅能在纤维上不易脱落,而且能通过纤维内部平衡扩散,保持持久的抗菌效果。
目前,抗菌纤维大致分为天然抗菌纤维和人工抗菌纤维两大类。
本文对多年来抗菌纤维的加工方法和所用的抗菌剂的研究进行了综合述评,并对抗菌纤维研究的发展方向进行了展望。
[1]。
1.抗菌机理1.1金属离子接触反应机理[2]金属离子带有正电荷，当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时，与带负电荷的细胞膜发生库仑吸引，金属离子穿透细胞膜进入细菌内与细菌体内蛋白质上的巯基、氨基等发生反应，该蛋白质活性中心被破坏，造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。
这是无机抗菌剂最普遍的抗菌作用机理。
1.2阳离子固定机理细胞壁和细胞膜是由磷脂双分子层组成，在中性条件下带负电荷。
因此，细菌容易被抗菌材料上的阳离子(如有机季铵盐基团)所吸引，从而降低细菌的活动能力，抑制其呼吸功能，使其发生“接触死亡”。
另外，细菌在电场引力的作用下，细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均匀造成变形，发生物理性破裂，使细胞的内脏物如水、蛋白质等渗透体外，发生“溶菌”现象而死亡。
1.3细胞内容物损坏机理有机抗菌剂大多属于这种作用机理，它能破坏细菌的蛋白质和核酸等结构，并且对细菌的酶体系(酶形成、酶活性)等生理系统产生毁灭性的损坏，从而达到抗菌的目的。
1.4催化激活机理银、锌等微量的金属元素，能吸收环境的能量(如紫外光，激活空气或水中的氧)，产生氢自由基和活性氧离子。
它们能使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸等与其发生反应，破坏其正常结构，从而使其死亡或丧失增殖能力。
2.加工方法人工抗菌纤维是原来不具备抗菌功能的纤维通过加入抗菌剂使其成为具有抗菌功能的纤维[3]。
人工抗菌纤维的加工方法有共混纺丝法、复合纺丝法、接枝改性法和后整理法。
2．1共混纺丝法共混纺丝法是将抗菌剂与原料进行共混,然后通过纺丝制得具有抗菌效果的纤维[4]。
该方法一直是开发功能性纤维的主要手段,其优点是能够将抗菌剂均匀分布在纤维中,所制得的纤维抗菌性能稳定、持久。
[5]通过共混纺纱技术制备聚丙烯/银纳米复合纤维,具有持久的抗菌性。
但此法所采用的抗菌剂需耐高温,与聚合物的相容性要好,分散性要符合纺丝的要求。
共混纺丝法主要有母粒法和改性切片法。
2.2复合纺丝法复合纺丝是一种技术含量较高的纺丝技术。
复合纺丝法是利用含有抗菌成分的纤维,与其他纤维或者不含抗菌成分的纤维通过复合纺丝组件纺制成皮芯型、并列型、镶嵌型、中空多心型等结构的抗菌纤维[6]。
日本可丽公司和武田药品公司联合开发的新型ShineUp抗菌纤维,是一种涤/棉复合的抗菌纤维。
该纤维利用化学反应和光触媒复合作用原理,采用抗菌剂混入聚合物内进行纺丝的方法,制成的纤维有皮芯结构,皮层选用聚酰胺,芯层选用聚酯[7]。
国内用复合纺丝法制得的抗菌涤纶大多也是皮芯结构,其生产过程是:用真空沉降法在其表面涂覆Ag的PET切片或金属、金属氧化物、季铵盐、胍基化合物等抗菌剂与PET切片的混合物为皮层,以普通PET切片为芯层,通过复合纺丝制得复合抗菌涤纶[8—9]。
由复合纺丝法制得的抗菌纤维是以抗菌母粒为皮层,原料为芯层,抗菌剂只分布于纤维的皮层。
因此,与共混纺丝法相比,抗菌剂的用量少,从而可以减少因抗菌剂的引入对成品纤维的物理力学性能的影响。
另外,复合纺丝法可提高抗菌纤维的耐洗涤性能,但是喷丝板的加工难度大,生产成本高。
2.3接枝改性法接枝改性法是通过对纤维表面进行改性处理,进而通过配位化学键或其他类型的化学键结合具有抗菌作用的基团,使纤维具有抗菌性能的一种加工方法[10]。
用该法制备抗菌纤维,需先对纤维的表面进行处理,使纤维表面产生可与抗菌基团化合物进行接枝的作用点;再将带有抗菌基团的化合物与处理后的纤维结合,从而制得抗菌纤维。
接枝改性法的特点是,制得纤维的抗菌谱广,抗菌作用强,抗菌持久性和安全性好,且抗菌基团不会从纤维中溶出,属非药物加工产品。
该法是国内比较新的方法,但此法对于抗菌基团和原料纤维有较高的要求,而且技术也比较复杂,所以目前应用还不很广泛。
2.4 后整理法后整理法是采用抗菌液对纤维进行浸渍或涂覆把抗菌剂固定在纤维上的方法，分为表面涂层法、树脂整理法和微胶囊法。
表面涂层法是将抗菌剂与涂层剂配成溶液，对纤维进行涂层处理，使抗菌剂固着在纤维表面，从而起到抗菌效果。
此加工方法比较简单，所得纤维抗菌效果也较好，但其耐洗涤性不好。
树脂整理法是将抗菌剂溶解在树脂中配成乳化液，将纤维放在乳化液中充分浸渍，再通过轧和烘使含有抗菌剂的树脂附着于纤维表面，从而具有抗菌功效。
微胶囊法是一种新型的纤维后整理方法，特别适用于纤维的功能性整理。
微胶囊法是将抗菌剂制成微胶囊，再用高分子粘合剂或涂层剂通过浸渍或喷雾的方法将微胶囊附着到纤维上，然后经过热定型或焙烘使之固着在纤维表面。
在使用中微胶囊破裂释放出抗菌剂，并从纤维表面扩散而产生抗菌功效。
可以看出，后整理法加工方便，可以处理各类抗菌纤维，特别是天然纤维；同时，其加工过程简便可行，可选择的抗菌剂范围广[11]。
在纤维的抗菌加工中，后整理法约占70%，其采用的抗菌剂主要是有机抗菌剂，其中应用最普遍的是季铵盐类抗菌剂。
但由于该法只是将抗菌剂附着在纤维的表面，一旦抗菌剂脱落便不能补充，因而所制得的抗菌纤维不耐洗涤，抗菌持久性也不好；同时该法所用的有机抗菌剂耐热性差，具有一定的毒性和挥发性。
3.抗菌纤维中使用的抗菌剂3.1抗菌纤维简介抗菌纤维是一种功能性纤维，其具有阻断疾病传播、卫生保洁和纤维自身性能的维护等作用。
抗菌材料是指自身具有杀灭或抑制微生物功能的一类新型功能材料。
在自然界中有许多物质本身就具有良好的杀菌或抑制微生物的功能，如部分带有特定基团的有机化合物、一些无机金属材料及其化合物、部分矿物质和天然物质。
如甲壳素纤维：可以作为永久性整理剂，使织物耐水洗、耐摩擦，提高织物的坚牢度，减少缩率，并使织物具有滑爽光洁和挺括的手感与外观[12]。
但目前抗菌材料更多是指通过添加一定的抗菌物质(称为抗菌剂)，从而使材料具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新型功能材料，如填充型抗菌纤维：将抗菌剂的超细粉末以一定比例加到化学纺丝液中进行纺丝，降低用量，节约成本。
由于抗菌剂进入了纤维内部，所以用此法制得的抗菌纤维耐水洗抗菌效果持久，通过浓度梯度的作用原理，抗菌剂源源不断地溶到纤维表面[13]。
3.2抗菌剂的种类抗菌剂是一类具有抑菌和杀菌性能的新型助剂，它能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。
不同品种的整理剂，其抗菌机理和作用方式不同。
抗菌作用是静菌作用和杀菌作用的综合[14]。
目前加工抗菌纺织品所用的抗菌剂主要有有机抗菌剂、无机抗菌剂和复合抗菌剂三大类。
3.2.1有机抗菌剂有机抗菌剂包括天然抗菌剂和化学合成有机抗菌剂两大类。
具体见表1。
有机抗菌剂短期具有杀菌力强、即效好、来源广、种类多、价格低廉等优点，曾经得到广泛的使用，但在长期的使用过程中，人们发现这类抗菌剂具有一定的挥发性，毒性大，耐热性较差，难以与纤维熔纺，且容易迁移，对于抗菌方面可能产生微生物耐药性等，因此人们将注意力渐渐转向无机类抗菌剂。
3.2.2 无机抗菌剂无机抗菌剂主要分为金属离子型和光催化型两大类。
具体见表2。
重金属类抗菌剂在实际使用中，通常利用吸附或离子交换等方法，将重金属离子固定在沸石、硅胶等载体上制成抗菌剂。
光催化类抗菌剂是一种新发展的、具有广阔应用前景的抗菌剂。
另外,某些金属氧化物也具有抗菌性,如 ZnO是传统的无机抗菌剂之一,锌离子具有氧化还原性,进入细胞后能破坏电子传递系统的酶并与 DNA反应,从而达到杀菌的目的[15—16]。
光催化型抗菌剂主要为锐钛型TiO2抗菌剂,其抗菌机理也是基于光催化反应,能使包括微生物在内的各种有机物分解从而具有抗菌性能[17]。