吸濕抗菌聚酯仿真絲纖維的研究

宋海榮，王元前，姚菊明

(1.桐昆集團股份有限公司，浙江桐鄉314512;2.浙江理工大學教育部先進紡織材料與制備技術重點實驗室，杭州310018)

聚酯(PET)纖維具有強度高、彈性回復性能好等優點，是目前全球產量最高的合成纖維［1-3］，但由于PET分子結構緊密，分子內部親水性基團含量甚少，決定了滌綸吸濕性差、染色性能差，標準條件下的回潮率只有0.4%左右，在服用過程中易產生靜電，嚴重制約了滌綸織物在紡織服裝行業中的應用［4-6］。為了克服滌綸的缺點，改善其服用性能，近年來，國內外學者利用物理和化學方法對普通滌綸進行了多種改性處理研究，其中絲膠涂膜整理技術是將絲膠涂覆在滌綸纖維上，能改善纖維性能，并使纖維具有真絲的保健性能［7］。由于制絲及紡織工藝的需要，蠶絲要進行脫膠處理，在制絲及絲綢生產廠家排放的廢水中含有大量的絲膠［8］。因此開發和利用絲膠蛋白具有很好的現實意義。絲膠蛋白主要由絲氨酸(Ser)、天門冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和蘇氨酸(Thr)等18種氨基酸組成，分子結構中含有羥基、羧基等親水性基團，因而具有優良的吸濕性能［9-11］。

本文首先研究了堿減量處理對聚酯纖維形貌、堿減量和回潮率的影響，再利用絲膠原位合成納米銀制備納米銀的絲膠溶膠，對聚酯纖維進行仿真絲改性，以提高滌綸織物的吸濕性和服用舒適性、拓展絲膠的回收利用，并且賦予聚酯纖維優良的抗菌性。

1 試驗

1.1 試驗材料

聚酯纖維(桐昆集團股份有限公司);氫氧化鈉、乙二胺、催化劑1631、硝酸銀(杭州高晶精細化工有限公司);絲膠(湖州奧特絲生物化工有限公司，相對分子質量為8 000);化學試劑均為分析純。

1.2 堿減量處理聚酯纖維

分別采用NaOH(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+催化劑1 631(10 g/L)溶液、NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)+催化劑1 631(10 g/L)溶液對聚酯纖維作堿減量處理1 h，處理溫度(90 ±2)℃，浴比為1︰50。

1.3 吸濕抗菌聚酯纖維的制備

分別將摩爾濃度為 2、4、6、8、10 mmol/L 的AgNO3水溶液與質量分數為4%的絲膠水溶液按體積比1︰1混合，在75℃下用1 mol/L NaOH水溶液將該初始水溶液的pH調節至11，反應120 min之后得到不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠。25%戊二醛溶液和納米銀絲膠溶膠按體積比1︰25混合，加入堿減量處理過的聚酯纖維，浴比為1︰50的條件下室溫浸漬10 min，37℃干燥12 h。

1.4 材料表征

形貌觀察:采用場發射掃描電子顯微鏡(FESEM，S-4800，Hitachi)對樣品進行形貌觀察。

紫外分析:利用紫外-可見光分光光度計(UVVis，U-2900，Hitachi)對樣品進行紫外分析，波長范圍為200～800 nm，掃描速度300 nm/min，步長1 nm。

吸濕性:纖維的吸濕性以回潮率作為衡量指標，將織物置于溫度23～25℃、相對濕度77% ～81%環境中，平衡24 h，測定織物的回潮率。

抗菌性:選用金黃色葡萄球菌作為抗菌菌種，進行下面的抗菌性試驗:取100 μL金黃色葡萄球菌或大腸桿菌母液涂到固體培養基上，再取0.05 g樣品集中黏附到培養基上。倒置放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，觀察抑菌效果;取5 μL105金黃色葡萄球菌加入4 mL液體培養基，0.05 g樣品加入以上培養基中，放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，將加入樣品后的培養基稀釋到100倍，涂到固體培養基上，倒置放入37℃恒溫箱中過夜(12 h左右)，統計每塊平板上的菌落數來定量地計算材料的抗菌性，并與空白組對照，計算抑菌率。

圖1 不同堿減量配方得到聚酯纖維的FESEM照片Fig.1 FESEM photographs of polyester fibers treated by different alkali deweighting formula

2 結果與討論

2.1 堿減量處理對聚酯纖維的影響

圖1是不同堿減量處理條件下得到的聚酯纖維表面的FESEM照片。從圖1可以看出，未處理的聚酯纖維表面光滑，聚酯纖維經過NaOH(10g/L)和NaOH(10g/L)+乙二胺(10g/L)處理后表面仍沒有明顯的凹凸等結構出現，說明單純的NaOH或者NaOH+乙二胺都不能有效地附著在聚酯纖維表面。而堿減量處理體系中加入10 g/L催化劑1631，聚酯纖維表面明顯出現凹凸不平結構，堿減量處理體系中包含NaOH(10 g/L)+乙二胺(10 g/L)+催化劑1631(10 g/L)，聚酯纖維表面的凹凸不平結構最為明顯，這說明在NaOH、乙二胺和催化劑1631共同作用下可使聚酯纖維進行深度水解，為聚酯纖維的絲膠涂膜整理提供交聯反應點和機械附著條件。

表1為堿減量處理對聚酯纖維堿減量率和回潮率的影響。從表1可以看出，聚酯纖維的堿減量率隨著催化劑1631的加入由0.59%增加到16.16%，說明堿減量處理過程中催化劑1631的添加起到了較強的促進作用。而回潮率數據表明，聚酯纖維經過堿減量處理后，回潮率反而有所下降，其原因在于NaOH刻蝕掉了帶有較多親水基團的低分子聚酯。堿減量處理并不能增多聚酯纖維表面的親水基團的數量，而是在其表面生成凹凸不平等缺陷結構。

表1 堿減量處理對聚酯纖維堿減量和吸濕性的影響Tab.1 Effect of alkali deweighting on the deweighting rate and moisture regain of polyester fiber

2.3 仿真絲聚酯纖維的形貌

圖2是不同摩爾濃度的AgNO3制備的納米銀/絲膠溶膠的紫外-可見光圖譜。從圖2可以看出，產物在400～420 nm處有一個明顯的吸收峰，這是銀納米粒子的吸收峰，證實了銀納米粒子的形成［12-14］。隨著AgNO3摩爾濃度的增大，產物的吸收峰越來越明顯，吸收峰寬度變窄，且從419 nm分別藍移至410 nm，說明反應中低AgNO3摩爾濃度生成大的銀粒子，在高 AgNO3摩爾濃度，生成較多的納米銀粒子。

圖2 不同摩爾濃度硝酸銀制備的納米銀/絲膠溶膠的紫外-可見光圖譜Fig.2 UV-vis spectra of nano-Ag/silk sericin produced by different molar concentrations of AgNO3

圖3 是不同摩爾濃度的納米銀/絲膠溶膠涂覆經堿減量處理的聚酯纖維的FESEM照片。由圖3可以看到，涂覆在聚酯纖維表面的絲膠分布比較均勻，而且還有一定的凹凸不平結構存在，不僅由絲膠提供了大量的親水基團，同時還有利于水分的傳導。

圖3 不同摩爾濃度納米銀絲膠溶膠處理聚酯纖維的FESEM照片Fig.3 FESEM photographs of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

2.4 仿真絲纖維的吸濕性和抗菌性

圖4 是不同摩爾濃度的納米銀絲膠溶膠涂覆的聚酯纖維的回潮率。從圖4可以看出，涂覆聚酯纖維的回潮率都保持在1.2%以上，而且隨著納米銀含量的增加略有增加。比不涂覆的堿減量聚酯纖維0.45%要高出1.7倍，說明聚酯纖維經絲膠涂覆處理后吸濕性得到較大改善。這是由于絲膠與滌綸大分子之間通過戊二醛發生了交聯反應，在滌綸大分子上引入了絲膠大分子，絲膠中含有大量的—OH、—NH2、—COOH等親水基團，易與水分子結合，故回潮率高，吸濕性得到較大改善。

圖4 不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的回潮率Fig.4 Moisture regain of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

圖5 是不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的固體抗菌性試驗結果。從圖5可以看到，對照樣PET-SS(0號)樣品周圍固體培養基長滿了金黃色葡萄糖球菌，而隨著納米銀摩爾濃度的增大，樣品附件出現明顯的抑菌現象，尤其是納米銀達到4 mmol/L以上在纖維周圍出現明顯的抑菌圈，說明涂覆了納米銀/絲膠溶膠的聚酯纖維具有優良的抗菌性。

圖5 不同摩爾濃度納米銀/絲膠溶膠處理聚酯纖維的抗菌性Fig.5 Antibacterial property of polyester fibers treated by different molar concentrations of nano-Ag/silk sericin

對涂覆了納米銀/絲膠溶膠的聚酯纖維的抗菌性做進一步定量表征，結果見表2。從表2可見，單純的絲膠涂覆的聚酯纖維(PET-SS)抑菌率在18.74%，抗菌性很低，而隨著納米銀摩爾濃度的增大，納米銀在4 mmol/L抑菌率達到92.05%，抗菌性優良，與定性的固體抗菌性實驗結果一致。當納米銀在5 mmol/L抑菌率達到97.60%。

表2 納米銀絲膠溶膠對聚酯纖維抗菌性的影響Tab.2 Effect of nano-Ag/silk sericin on the antibacterial property of polyester fiber

3 結論

1)NaOH、乙二胺和催化劑1631共同對聚酯纖維進行堿減量處理，得到纖維表面凹凸不平結構，提高了聚酯纖維的絲膠涂覆效果。

2)仿真絲聚酯纖維的回潮率試驗表明:絲膠涂覆前后織物的回潮率由0.45%提高到1.20%以上，吸濕性得到較大改善。抗菌性試驗結果表明:添加了納米銀的絲膠涂覆聚酯纖維具有優良的抗菌性，在納米銀摩爾濃度超過4 mmol/L，仿真絲聚酯纖維具有92%以上的抑菌率。

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