郭登峰 郭臘梅 (東華大學(xué)紡織學(xué)院， 上海 200051)
【摘要】本文綜述介紹了紡織品抗菌整理機(jī)理、抗菌整理劑種類、抗菌性能測(cè)試方法及目前抗菌發(fā)展趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】抗菌紡織品; 抗菌機(jī)理; 抗菌整理; 安全型
中圖分類號(hào)： TS195.1+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
0 引 言
當(dāng)基本的條件如營(yíng)養(yǎng)、水份、氧氣以及合適的溫度都具備時(shí)， 紡織品是微生物生長(zhǎng)的極好媒介物， 其碩大的表面積有助于微生物的生長(zhǎng)。為了減少有害微生物對(duì)人的危害， 防止在人與人、人與動(dòng)物、動(dòng)物與動(dòng)物之間的傳播， 我們必須人為地控制紡織品中微生物的生長(zhǎng)繁殖。耐久性抗菌整理是一種很有效的方法。它可減少微生物降解織物產(chǎn)生的氣味， 可以殺死或抑制細(xì)菌， 減少對(duì)人體的危害，起到衛(wèi)生保健作用。但理想的抗菌整理及其工藝應(yīng)該滿足以下條件：無(wú)毒， 不引起皮膚過(guò)敏或不適;不影響紡織品性能或外觀; 能與常規(guī)加工工藝相容和耐多次水洗。 整理工藝必須對(duì)環(huán)境友好， 整理后仍保持整理劑的內(nèi)在功能， 整理過(guò)的產(chǎn)品具有耐久性并保留織物所需要的功能及服用性能。
1 抗菌機(jī)理
抗菌劑抑制或殺死細(xì)菌有幾種方式， 不同種類的抗菌劑， 抗菌機(jī)理相異，可概括為如下幾種：
(1) 使細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的各種代謝酶失活， 殺死細(xì)菌;
(2) 與細(xì)胞內(nèi)的蛋白酶發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 破壞其功能;
(3) 抑制孢子生成， 阻斷 DNA 合成， 抑制細(xì)胞生長(zhǎng);
(4) 加快磷酸氯化還原體系， 打亂細(xì)胞正常的生長(zhǎng)體系;
(5)破壞細(xì)胞內(nèi)的能量釋放體系;
(6)阻礙電子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)以及氨基酸轉(zhuǎn)酯的過(guò)程;
(7) 通過(guò)靜電場(chǎng)的吸附作用， 破壞細(xì)胞壁而殺死細(xì)菌。
2 抗菌整理劑的類型
目前抗菌整理劑很多， 主要可分為無(wú)機(jī)類、有機(jī)類和天然抗菌劑三大種類。
2.1 無(wú)機(jī)類
無(wú)機(jī)類抗菌劑多為金屬離子以及一些光催化抗菌劑和復(fù)合整理抗菌劑。
2.1.1 金屬及金屬鹽
無(wú)機(jī)抗菌劑的組成，主要包括載體與抗菌成份，其中載體不是抗菌成份，而是保證活性組份穩(wěn)定，同時(shí)具有緩釋性。抗菌成份主要是一些金屬離子，如
Pd、Hg、Ag、Cu、Zn 等以及它們的化合物， 通過(guò)與細(xì)菌中的細(xì)胞蛋白結(jié)合，使細(xì)菌變性或失活。考慮到安全性，常選用 Ag、 、 。但由于Cu 離子帶有顏Cu Zn色， 影響織物外觀;Zn抗菌性差，其強(qiáng)度僅為 Ag 的1/1000。因此市場(chǎng)上商品化的絕大多數(shù)使用載銀無(wú)機(jī)抗菌劑。
銀系列抗菌機(jī)理目前沒(méi)有明確的定論， 主要有接觸抗菌機(jī)理和光催化抗菌機(jī)理， 多數(shù)人認(rèn)同接觸抗菌機(jī)理。 Ag+與細(xì)菌接觸后，憑借庫(kù)侖引力牢固吸附在帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜上，并進(jìn)一步穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，與其中的硫基反應(yīng)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡，并且Ag+會(huì)從死菌體中游離出來(lái)繼續(xù)殺菌，抗菌效果較為持久。
在銀系列抗菌劑存在的問(wèn)題， 主要是 Ag+ 是強(qiáng)氧化劑，在空氣中久置， 會(huì)和空氣中的硫反應(yīng)， 顏色由淺棕色往棕色、 深棕色、 褐色、黑色等變化， 使其應(yīng)用受到很大局限; 另外 Ag+對(duì)細(xì)菌抗菌最為有效， 但對(duì)真菌和霉菌效果不是很好。這兩點(diǎn)是以后對(duì)銀系列抗菌劑的研究重點(diǎn)。
2.1.2 光催化型
光催化抗菌劑均為半導(dǎo)體化合物， 但能真正起到自潔、殺菌、除臭等功能的半導(dǎo)體光催化劑卻不多。目前研究認(rèn)為銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦半導(dǎo)體光催化抗菌材料有廣闊的應(yīng)用前景。
其抗菌機(jī)理： 當(dāng)吸收表面輻射光能超過(guò)其禁帶寬度時(shí)， 二氧化鈦價(jià)帶上的電子被激發(fā)， 超過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶， 在價(jià)帶上產(chǎn)生相應(yīng)穴位(h+)，同時(shí)也生成電子(e-)。此時(shí) e-和 h+存在兩種可能性：一是 e-和 h+復(fù)合， 將所吸收的光能以熱和光的形式釋放， 無(wú)法利用所吸收的光能;二是e-和 h+分離將所吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能， 內(nèi)部電子被激發(fā)形成活性氧類的超氧化物和羥基原子團(tuán)，具有很強(qiáng)的氧化功能，可以破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞質(zhì)流失，凝固病毒的蛋白質(zhì)，抑制病毒的活性、撲捉殺除空氣中的細(xì)菌，達(dá)到抗菌目的。
光催化抗菌劑同時(shí)具有抗菌和防霉效用且消毒效果快 、殺菌能力強(qiáng)、耐久性好、 沒(méi)有二次污染、 穩(wěn)定性較好等特點(diǎn)， 但它必須有光才能起作用，這
極大地限制了使用范圍。因?yàn)榍∏≡诤诎禇l件下細(xì)菌更易繁殖和生長(zhǎng)，所以如何提高其在黑暗條件下的抗菌性能， 有很高的研究?jī)r(jià)值。
2.2 有機(jī)類
有機(jī)系列多為傳統(tǒng)抗菌劑， 以有機(jī)酸、酚、醇為主要成分，以破壞細(xì)胞膜、使蛋白質(zhì)變性代謝受阻等為抗菌機(jī)理，其優(yōu)點(diǎn)是殺菌力強(qiáng)、效果持久、來(lái)源豐富; 缺點(diǎn)是毒性大， 會(huì)產(chǎn)生微生物耐藥性、耐熱性較差， 易于遷移等。
2.2.1 季銨鹽類
季銨鹽抗菌劑系脂肪族類季銨鹽或聚烷氧基三烷基氯化銨。通常銨鹽類的陽(yáng)離子化合物具有殺菌能力， 尤其含 12～18個(gè)碳原子的季銨鹽類，常作纖維的消毒劑和殺菌劑。 季銨鹽化合物是最常用的抗菌劑， 但由于其與纖維的結(jié)合力差，常與反應(yīng)性樹脂并用，以提高其耐久性 。
2.2.2 有機(jī)硅季銨鹽類
有機(jī)硅季銨鹽系列抗菌衛(wèi)生整理劑是一類新型的陽(yáng)離子表面活性劑， 其分子結(jié)構(gòu)可變性強(qiáng)，性能優(yōu)良， 合成簡(jiǎn)單， 很有應(yīng)用前景 。最著名的是美國(guó)道康寧公司的 DC—5700， 其活性成分的學(xué)名為 3- ( 三甲氧基硅烷基) 丙基二甲基十八烷基氯化物， 具有耐久性、安全性好及廣譜抗菌的特點(diǎn)， 與 DC—5700 結(jié)構(gòu)類似的商品 3- ( 三甲氧基硅烷基) 丙基二甲基十四烷基季銨鹽， 性能類似。
2.2.3 胍類(PHMB)
在醫(yī)藥應(yīng)用的雙胍類消毒劑中， 選擇在水中溶解度小的而對(duì)纖維吸附能力高的品種，就可用于開(kāi)發(fā)抗菌纖維的抗菌劑。PHMB(聚六甲撐基雙胍)對(duì)革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、真菌酵母菌都有廣譜抗菌作用， 目前產(chǎn)品已經(jīng)市售。PHMB的陽(yáng)荷性可以通過(guò)酸堿中和反應(yīng)使其牢固的與纖維素相結(jié)合。PHMB 成功地運(yùn)用于棉、羊毛及棉 /羊毛的混紡織物。在 PHMB 鹽酸鹽中引進(jìn)三甲氧基甲硅丙基即可制得 PHGS。棉織物用 1%的 PHGS 處理后， 能殺死 100%的細(xì)菌， 且耐水洗。此外由于 PHMB 良好的耐熱穩(wěn)定性， 可將其添加到熔融紡絲液中制成抗菌合成纖維。
2.2.4 鹵胺化合物
鹵胺化合物抗菌劑是一種新型的抗菌劑。鹵胺化合物是指含有N-X 鍵(X 可以為 Cl 或 Br) 的化合物， 它可以由含胺、酰胺或者酰亞胺基團(tuán)的化合物經(jīng)氧化劑如次鹵酸鹽作用后得到。該類型的化合物中的N-X 鍵在水分子的作用下分解緩慢， 釋放出具有氧化作用的鹵正離子，同時(shí)化合物中的 N-X 鍵被還原成為 N-H 鍵。由于 N-Br鍵不穩(wěn)定，容易分解， 因此實(shí)際使用中常用氯胺化合物。氯正離子具有氧化作用，可以殺死病菌等微生物。殺死病菌后， 化合物經(jīng)次氯酸鹽溶液漂洗后， 其中的 N- H鍵又可以被氧化為 N- Cl 鍵，重新獲得殺菌功能。但目前我國(guó)開(kāi)發(fā)研究還比較少， 距工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用更遠(yuǎn)。
2.3 天然類抗菌劑
2.3.1 甲殼素及殼聚糖
天然類抗菌劑主要是甲殼素及其衍生物一組。甲殼素結(jié)構(gòu)與纖維素類似，其分子式如下圖， 是由N- 乙酰- 2- 氨基- 2- 脫氧- D- 葡萄糖以 β- 1， 4 糖苷鍵的形式連接而成的多糖。分子中含有 H- OH 和
H- NH 鍵， 還含有分子間氫鍵。甲殼素糖基上的乙酰基可用強(qiáng)堿或酶解脫去一部分或達(dá) 90%以上，這種多糖叫殼聚糖。
殼聚糖因含游離氨基， 能結(jié)合酸分子， 是天然多糖中唯一的堿性多糖， 具有許多特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)及生理功能。其抗菌作用主要來(lái)于殼聚糖帶陽(yáng)荷性，能與細(xì)菌蛋白質(zhì)中帶負(fù)電的部分結(jié)合。殼聚糖與細(xì)菌蛋白質(zhì)的結(jié)合，使細(xì)菌或真菌失去活性。 小分子量的殼聚糖可滲透到微生物內(nèi)部， 阻止
RNA(核糖核酸)轉(zhuǎn)化，從而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。
2.3.2 植物類提取物
這類提取物通常是液體， 常使用微膠囊技術(shù)整理紡織品。首先將提取物封入微膠囊， 再以樹脂固著在織物上。目前使用較多的是檜柏油， 其主要組分是 4- 異丙基- 2- 羥基- 環(huán)庚基- 2， 4，6-三烯-1- 酮，這是一種七個(gè)原子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)化合物。其抗菌機(jī)理是分子結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)可供配位絡(luò)合的氧原子， 它與微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)作用使之變性， 達(dá)到抗菌目的。
2.3.3 微生物發(fā)酵產(chǎn)物
氨基葡萄糖苷 ST- 7 是用一種放線菌發(fā)酵獲得的抗生物質(zhì)， 對(duì)細(xì)菌的繁殖有明顯的抑制作用，安全性高， 對(duì)皮膚無(wú)刺激。其抗菌機(jī)理為： 作用于細(xì)菌細(xì)胞核蛋白質(zhì)的子單位上， 阻礙間核糖核酸的密碼因子和特核糖核酸反密碼因子的相互作用， 使其合成異常蛋白質(zhì)而致死。
2.3.4 昆蟲抗菌性蛋白質(zhì)
利用昆蟲抗菌性蛋白質(zhì)是紡織工業(yè)利用生物技術(shù)的一個(gè)方面。昆蟲適應(yīng)環(huán)境能力很強(qiáng)， 對(duì)細(xì)菌霉菌和病毒等微生物的侵襲有很強(qiáng)的抵抗力。從它們體內(nèi)分離出抗菌性蛋白質(zhì)并設(shè)法用于紡織品上， 是抗菌防臭加工今后努力的方向。
3 紡織品抗菌加工方法
紡織品抗菌加工方法主要有共混紡絲法和后整理法。
3.1 共混紡絲法
共混紡絲法主要是針對(duì)一些沒(méi)有反應(yīng)性側(cè)基的纖維， 如滌綸， 丙綸等， 是在纖維聚合階段或紡絲原液中將抗菌劑加入纖維中， 用常規(guī)紡絲設(shè)備進(jìn)行紡絲， 可以制成具備抗菌性能的纖維。抗菌劑不僅存在于纖維的表面， 而且均勻分散于纖維之中， 并且可以慢慢的向外滲透， 抗菌效果比較持久， 織物
手感較好。將抗菌纖維織成布后， 所得的抗菌布料主要用于醫(yī)療衛(wèi)生和服裝以及工業(yè)裝飾用布。
3.2 后整理法
后整理法是指用含抗菌劑的溶液或樹脂對(duì)織物進(jìn)行浸漬、浸軋或涂覆處理， 當(dāng)通過(guò)高溫陪烘或其他方法蒸發(fā)時(shí)， 織物上就會(huì)沉淀一層不溶或微溶的抗菌劑， 從而使織物獲得抗菌性能。一般在染整加工最后階段進(jìn)行處理， 也可以在制成成品以后處理。按菌劑的種類和纖維類別不同可制得溶出型和非溶出型兩種抗菌紡織品。
溶出型抗菌紡織品是指可以從內(nèi)部擴(kuò)散到纖維表面形成抗菌環(huán)， 從而殺死環(huán)內(nèi)的細(xì)菌。這類紡織品耐水洗不好， 適用于一次性紡織品或洗滌次數(shù)少的紡織品， 如醫(yī)院包扎用繃帶、一次性手術(shù)服、一次性臺(tái)布和毛巾等。
非溶出型抗菌紡織品一般通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在纖維表面接上具有抗菌性能的基團(tuán)而獲得。這些抗菌劑可以與纖維形成共價(jià)鍵或離子鍵， 作用時(shí)抗菌劑不能擴(kuò)散， 但與該纖維接觸的細(xì)菌均可被殺滅， 而且抗菌效果較為持久。可用于床上用品、內(nèi)衣毛巾等紡織品。
4 抗菌防臭效果測(cè)試
衡量抗菌防臭整理的抑菌、殺菌的效果， 即抗菌防臭紡織品的檢測(cè)方法。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， 一般參考日本和美國(guó)的一些方法。
4.1 AATCC- 90 試驗(yàn)法
在瓊脂培養(yǎng)基上， 接種試驗(yàn)菌種， 再緊貼上試樣。另取一塊未整理織物， 貼在同一培養(yǎng)基上作對(duì)照。于 37℃下培養(yǎng) 24h 后， 借放大鏡觀察菌類繁殖情況和試樣周圍無(wú)菌區(qū)的暈圈大小， 同時(shí)與對(duì)照的試驗(yàn)情況比較。故該法也稱暈圈試驗(yàn)法。
4.2 AATCC- 100 試驗(yàn)法
目前， 在美國(guó)的三種抗菌定量試驗(yàn)法中，AATCC—100 為惟一的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)法。其方法是： 在滅菌織物上， 接種革蘭氏陰性菌和陽(yáng)性菌， 以瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)， 培養(yǎng)后與未整理織物相比較， 得出細(xì)菌減少數(shù)。此法適用于容易從被加工纖維上溶出的抗菌劑， 而不適用于加工纖維以化學(xué)方式相結(jié)合的
抗菌劑。
4.3 振蕩燒瓶試驗(yàn)法
振蕩燒瓶試驗(yàn)法是美國(guó)道康寧公司為克服AATCC—100 法的缺點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的， 可用來(lái)評(píng)價(jià)用DC- 5700 加工的非溶出型抗菌纖維制品抗菌性能。此法為了增強(qiáng)試驗(yàn)菌與試樣的接觸， 把試樣投到盛有大量菌液的三角燒瓶中， 經(jīng)一定時(shí)間強(qiáng)烈振蕩后計(jì)測(cè)燒瓶?jī)?nèi)的細(xì)菌數(shù)， 并與振蕩前的細(xì)菌數(shù)比較，定量表示其抑菌率。
5 存在問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)
抗菌紡織品市場(chǎng)廣闊， 我國(guó)在這方面研究起步較晚， 但發(fā)展迅速。抗菌紡織品對(duì)提高我國(guó)衛(wèi)生保健水平和降低公共環(huán)境交叉感染率具有重要的實(shí)用價(jià)值。但目前國(guó)內(nèi)抗菌產(chǎn)品的質(zhì)量體系尚未健全， 還沒(méi)有相關(guān)的技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督部門對(duì)抗菌產(chǎn)品性能進(jìn)行檢測(cè)， 消費(fèi)者也無(wú)法從外觀上鑒別抗菌性能。因此需要建立產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督和管理體系.使紡織品抗菌整理得到健康的發(fā)展。抗菌整理未來(lái)的發(fā)展是開(kāi)發(fā)安全型新型抗菌劑， 探討安全型整理工藝， 克服目前抗菌整理中的不足。
參考文獻(xiàn)：(略)
