抗菌防臭功能纖維的研究應用進展
內容摘要：介紹了抗菌防臭纖維的概況及目前國內外研究的抗菌防臭劑都有哪些，都有什么優缺點，發展到什么情況，以及抗菌防臭纖維效果的試驗方法，它們的應用各自有何特點。
關鍵詞：抗菌防臭 抗菌防臭劑 國內概況 實驗方法 應用特點
一、抗菌防臭纖維的概況
抗菌防臭纖維是在抗菌防臭后處理技術之上發展起來的。國際上自80年代開始出現通過化學纖維的高分子結構改性和共混改性的方法制取持久性抗菌防臭纖維的方法,其中以共混方式為主。與抗菌防臭后處理技術相比較,抗菌防臭纖維抗菌防臭效果好,耐久,纖維不附著樹脂,所得織物手感好,工藝簡單,無須后整理,成本低。抗菌防臭后整理雖然加工方便,但抗菌防臭效果不理想,經數十次洗滌后,織物抗菌防臭效果下降,難以滿足消費者的要求。化纖的迅速發展,又為纖維改性提供了十分廣闊的天地,使得人們開始將紡織品抗菌防臭處理的視角轉向纖維改性以獲得抗菌防臭紡織品。這種方法技術含量高,難度大,涉及工程領域廣,尤其對抗菌防臭劑的要求較高,但因其明顯的優點,深受客戶的青睞。
人類生存環境中存在各種各樣的細菌和霉菌,常見的包括金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、黃曲霉菌和白色念珠菌等;另有一些是對人體汗液等代謝物起作用而滋生繁殖的"臭味菌",表皮葡萄球菌和棒狀菌常見于內衣、內褲, 導致外衣褲異味的菌類一般是桿菌孢子和少量表皮葡萄球菌。在高溫高濕的環境下, 這些微生物在衣物上大量繁殖時,纖維容易受到其酸性或者堿性代謝物的作用而發生降解、變色,并生成揮發性惡臭物質如醋酸、氨氣等,還容易引發人體某些皮膚病,因此,抗菌和防臭歷來是息息相關的。為滿足人們對紡織品衛生功能的高要求, 纖維制品的抗菌防臭、消臭加工也就顯得非常必要了。
二、常用抗菌防臭劑
最初的用于化纖共混紡絲的抗菌防臭劑一般為含金屬離子的復合物,且不少為重金屬離子。近年來,重金屬離子對人體的生態毒性問題,已逐漸引起重視, 抗菌防臭效果好但毒性較大的含重金屬離子的抗菌防臭劑已被淘汰,而用與銀離子結合具抗菌防臭性的沸石作抗菌防臭劑,它對人體無毒, 抗菌防臭,耐久性好, 但抗菌防臭率不夠理想。制取抗菌防臭纖維,關鍵在于選擇合適的抗菌防臭劑。這是有一定難度的。除了要求有廣譜抗菌、無毒、耐久、相容性良好、加工簡單外,對濕紡,還要求抗菌防臭劑能適應工藝過程中的化學環境, 而熔紡時則要求所用抗菌防臭劑能耐高溫。由于有機類抗菌防臭劑毒性小且廣譜抗菌,不少人在研究將其用于熔紡中, 但有機類抗菌防臭劑不耐高溫, 所以開發出耐高溫的有機類抗菌防臭劑是熔紡抗菌防臭纖維的關鍵。常用抗菌防臭劑包括:
（一）無機系列抗菌防臭劑
代表制品為日本鐘紡公司的抗菌性沸石, 其中置換有具抗菌防臭性能的Ag、Cu、Zn 等金屬離子。該劑可廣譜抗菌、耐洗、安全、無污染, 廣泛用于衣料、床上用品、裝飾織物等。此類抗菌防臭劑還有含溶解性抗菌防臭金屬離子的玻璃粉末或陶瓷, 將其制成極細微粒子混入紡絲原液中制絲, 可得耐久性抗菌防臭纖維。其抗菌機理是由于徐徐溶出的活性氧和銀離子擴散入細菌細胞內, 破壞細胞內蛋白質的構造, 引起代謝障礙。
（二）季銨鹽系列
日本大和化學工業公司的以N–芐基–N、N 二甲基–N–烷基氯化銨為主要成份的抗菌防臭劑, 能迅速殺滅金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和肺炎桿菌, 高效安全。其它還有聚氧乙烯基三甲基氯化銨、十六烷基二甲基芐基氯化銨、十八烷基二甲基氯化銨等。它們是利用抗菌防臭劑表面吸附作用使組織發生變化, 使細胞質膜引起損傷。
（三）銅化合物類
由日本蠶毛染色公司開發的圣達綸–SSN 纖維, 是用Cu9S5 處理腈綸而得到的抗菌防臭防靜電纖維。旭化成公司采用在制造銅銨纖維的凝固、再生工序中控制脫銅, 使銅化合物在纖維內分散的方法,得到含硫化銅的再生纖維, 可抗菌防臭防靜電易去污。其機理是利用銅離子破壞微生物的細胞膜, 進入細胞內與酶結合, 降低酶的活性, 使代謝機能受阻, 生育受抑制而死亡。
（四）胍系列
將含1, 1一六亞甲基雙–5 –( 4 –氯苯) 雙胍–二葡萄糖酸鹽的抗菌劑加入尼綸等紡絲原液中得到抗菌防臭纖維, 對細菌有很強的殺菌活性, 但對真菌效果低。其抗菌防臭機理是借細胞溶菌酶的作用受阻使細胞表層構造變性而破壞。
（五）天然物系列
由于相繼發現一些化學抗菌防臭劑有毒副作用,用天然物作抗菌防臭劑深受市場歡迎。如從天然甲殼質水解后提取的脫乙酰殼多糖制成的抗菌防臭劑對大腸桿菌、各種真菌、金黃色葡萄球菌均有強抗菌作用;從唇形科植物中提取茴香油等物質作抗菌防臭劑既可殺滅細菌又可防真菌;從柏樹中提取萜烯類物質作抗菌防臭劑處理聚酯空芯短纖維( 帝人公司)。此外,還有使用甲殼質的鹽酸鹽,柏樹提取物檜醇等天然物質作抗菌防臭劑。
（六）TiO2 光催化劑在纖維中的應用
TiO2 光催化劑在光照射下有除臭、抗菌、防污等功能。有鑒于此, 日本歧阜縣纖維試驗場1995 ~1997 年在得到日本政府的資助下與當地纖維企業、名古屋工業技術研究所和歧阜大學共同進行了TiO2光催化劑應用于制造抗菌防臭纖維的研究, 并已取得相當大的進展[ 11] 。
將TiO2 光催化劑混煉入纖維制造抗菌防臭纖維存在兩個問題: 光催化劑能光分解作為有機物的纖維本身; 光催化反應是在表面進行的反應, 如何使混入纖維內部的光催化劑也能發揮催化作用。經研究, 第一個問題是這樣解決的: 用烷氧基硅多孔性膜包覆TiO2 微粉體, 使之不與纖維接觸, 惡臭通過包覆膜的細孔與光催化劑接觸; 第二個問題是利用紡織加工技術解決的, 即混有TiO2 微粉體的聚酯紡絲拉伸后經減量加工( 減量率為5% ~30% ) , 使埋入纖維內部的TiO2 盡量地露出在表面。采用這些方法已獲得比較滿意的結果, 目前仍在繼續研究進一步提高光催化效率的技術。此外, 一些研究機構也在研究將TiO2 光催化劑
(七)竹纖維
竹纖維是一種天然環保型綠色纖維,它是以竹子為原料經特殊的高科技工藝處理,把竹子中的纖維素提取出來,再經制膠、紡絲等工序制造的再生纖維素纖維。竹纖維中含有天然的抗菌物質,科研人員的實驗證實竹瀝具有廣泛的抗微生物功能,用竹纖維制成的紡織品的24 h抗菌率可達71%。竹纖維中的葉綠素和葉綠素銅鈉具有較好的除臭作用。經國家棉紡織產品質量監督檢驗中心和上海微生物研究所分別利用現代科學檢測手段對竹纖維的抗菌性進行了檢驗,結果證實,竹纖維制品具有優良的抗菌、防臭、防紫外線及產生負離子的特性,并且其抗菌除臭性能在經多次反復洗滌、日曬后,仍能保持其固有之勢,這是因為在竹纖維生產過程中,通過采用高科技生產技術,使得形成這些特征的成分不被破壞。所以其抗菌性能明顯優于其它產品。更不同于其它在后處理中加入抗菌劑等整理的織物, 所以不會對人體皮膚造成任何過敏性不良反應,反而對人體具有保健作用和殺菌效果。
（八）甲殼素纖維
甲殼素纖維具有天然的抑菌除臭功能。甲殼素纖維是從蝦、蟹、昆蟲等甲殼動物的殼中提煉出來的,是一種可再生、可降解的資源,它對危害人體的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌等的抑菌率可達99 %, 能有效地保持人體肌膚干凈、干燥、無味和富有彈性。其抗菌機理如下: 其一是可能在酸性條件下,殼聚糖分子中氨基轉化為銨鹽,吸附帶負電荷的細菌,破壞其細胞壁,從而阻礙其發育。其二可能是殼聚糖分解成低分子物,吸附細菌后,穿過微生物細胞壁進入到細胞內與DNA形成穩定的復合物，干擾DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用, 阻礙了DNA和RNA的合成, 從而抑制了細菌的繁殖。由于甲殼素纖維對人體皮膚無刺激無毒, 故目前主要在醫療衛生領域作為醫用輔料來治療各種創傷,它不僅能覆蓋保護創面,積極接收生物反應、促進傷口愈合,還能夠起到去除異味的作用。由于它不污染環境,能快速消炎止血,用它制成的止血棉、繃帶和紗布,近年來已被美國國防部普遍裝備于軍隊中。
（九）“兒茶素”處理的纖維
“兒茶素”(Catechin) ,又稱茶多酚,它是從天然綠茶、柿子等植物中提取的精華( 多酚類化合物),具有防止細菌、病毒繁殖,使其失去活性,從而具有優越的抗菌作用。兒茶素是含有多量苯酚性氫氧基(OH)的化合物( 即多酚類化合物),它可以利用氫氧基中的H的還原分解作用,以及與臭氣成分中的NH3、SH等附加結合等作用,達到良好的除臭目的。兒茶素作為一種天然提取物,對人體安全無毒, 有優良的抗菌除臭效能,并能夠起到延緩皮膚老化的作用,但其作為除臭劑處理纖維的工藝尚不成熟,還有待進一步研究。
（十）稀土元素處理的纖維
稀土元素是指元素周期表中第三類副族中的鈧、釩和鑭系元素的總稱,包括鈧Sc、釔Y及鑭系中的鑭La、鈰Cc、鐠Pr、釹Nd、鉅Pm、鈁Sm、銪Eu等共17個元素。稀土離子的多元配合物能使織物具有耐久的抑菌性能是與稀土離子的特性分不開的。稀土離子具有較高的電荷數( +3價)和較大的離子半徑( 85～106 nm) , 因而在織物的抗菌整理過程中稀土離子可能與織物中的氧、氮等配位離子形成螯合物,使抑菌劑牢固地與織物結合;與此同時,不同抑菌劑之間以稀土離子為聯結點,產生協同抑菌作用,致使織物具有廣譜的抑菌除臭效果。
當今抗菌防臭纖維的發展呈現以下特點：
（一）品種多、范圍廣
抗菌防臭纖維產品已不再局限于襪子、鞋墊，而是被廣泛應用于衣料、室內裝飾等方面。在日本市場上，抗菌防臭毛巾、運動服、連衣裙、被套、各種貼身衣服、表帶等幾乎應有盡有，用途十分廣泛。
（二）健康清潔追求熱不斷升溫
消費者對健康、清潔產品的追求熱不斷升溫，經過衛生加工的產品越來越受消費者寵愛，各種新產品接踵躋身市場。生產商為了向消費者證明自己的產品是貨真價實的正宗產品，根據纖維產品衛生加工協會所設定的標準而在申請的基礎上標明了“SEF”標記，盡管清潔產品的價格比普通產品高出約一倍，消費者依然爭相購買，大有沖擊普通纖維產品市場之勢。
（三）具有復合功能
預計抗菌防臭纖維要與其它功能復合，向洗滌耐久性方向發展。為了促進銷售和市場價格的提高，纖維及其產品不僅需要抗菌防臭整理，還需要賦予防污、阻燃、抗靜電、親水性和柔軟性等綜合效果，以此開發高附加值的織物。我國纖維的衛生整理尚處于開發階段，無論是生產水平還是產品應用范圍同國外相比都有一定差距。采用原絲改良整理法生產抗菌防臭纖維還未見報道。我們應該積極開發新的抗菌劑，擴大抗菌防臭纖維的應用范圍。
近年來, 隨著科技的進步和人民生活水平的提高以及衛生保健意識的增強, 積極開發具有抑制細菌繁殖和防止沾污織物產生惡臭的功能紡織品具有重要的意義。雖然抗菌防臭產品的開發以后處理加工為主, 但抗菌防臭纖維在抗菌防臭效果、耐洗性、環境污染、生產成本等方面均優于后處理, 所以進行抗菌防臭纖維的研究與開發是十分必要的,且有利于新型抗菌防臭織物的生產, 具有廣闊的市場前景。我們在這方面的研究雖然剛剛起步, 只要我們奮起直追, 刻苦攻關, 在借鑒國外技術的基礎之上取長補短, 相信會進入一個加速發展的時期, 達到國際先進水平。
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