抗菌纖維的抗菌機理、加工方法與生態安全性分析

戴福文

摘要：本文介紹了抗菌纖維的抗菌機理、加工方法，對抗菌纖維生態安全性進行分析，給出抗菌纖維開發的建議。

關鍵詞：抗菌纖維;抗菌機理;加工方法;生態安全;研究分析

抗菌纖維是指采用物理或化學方法將具有抑制細菌生長的物質引入纖維表面及內部而成的纖維，分為天然抗菌纖維和人工合成的抗菌纖維兩種。天然抗菌纖維是指本身具有抗菌功能的天然纖維，如殼聚糖纖維、麻纖維和竹纖維等。人工合成的抗菌纖維是在化學纖維的基礎之上通過各種不同的方式添加抗菌物質得到的。在抗菌纖維及織物的加工生產過程中，選擇安全環保的抗菌劑及加工方式達到最佳的抗菌性能是今后研究的重點方向。目前開發抗菌纖維已成為抗菌紡織品的發展方向之一[1]。

1 ? ?抗菌機理

1.1 ?金屬離子接觸反應機理[2]

金屬離子帶有正電荷，當微量金屬離子接觸到微生物的細胞膜時，與帶負電荷的細胞膜發生庫侖吸引，金屬離子穿透細胞膜進入細菌內與細菌體內蛋白質上的巰基、氨基等發生反應，該蛋白質活性中心被破壞，造成微生物死亡或喪失分裂增殖能力。這是無機抗菌劑最普遍的抗菌作用機理。

1.2 ?陽離子固定機理

細胞壁和細胞膜是由磷脂雙分子層組成，在中性條件下帶負電荷。因此，細菌容易被抗菌材料上的陽離子（如有機季銨鹽基團）所吸引，從而降低細菌的活動能力，抑制其呼吸功能，使其發生“接觸死亡”。另外，細菌在電場引力的作用下，細胞壁和細胞膜上的負電荷分布不均勻造成變形，發生物理性破裂，使細胞的內臟物如水、蛋白質等滲透體外，發生“溶菌”現象而死亡。

1.3 ?細胞內容物損壞機理

有機抗菌劑大多屬于這種作用機理，它能破壞細菌的蛋白質和核酸等結構，并且對細菌的酶體系（酶形成、酶活性）等生理系統產生毀滅性的損壞，從而達到抗菌的目的。

1.4 ?催化激活機理

銀、鋅等微量的金屬元素，能吸收環境的能量（如紫外光，激活空氣或水中的氧），產生氫自由基和活性氧離子。它們能使細菌細胞中的蛋白質、不飽和脂肪酸等與其發生反應，破壞其正常結構，從而使其死亡或喪失增殖能力。

2 ? ?人工抗菌纖維加工方法

2.1 化學接枝改性法

通過配位化學鍵或其他類型的化學鍵結合具有抗菌作用的基團對纖維表面進行改性。該方法要求基體纖維應含有可與抗菌劑作用的基團，或者含有能轉換成與抗菌劑作用的基團。但它對于抗菌基團和原料纖維有較高的要求，而且技術也比較復雜，目前應用還不廣泛。

2.2 ?共混紡絲法

共混紡絲是將抗菌劑和分散劑等助劑與纖維基體樹脂混合，通過熔融紡絲生產抗菌纖維。此方法一直是開發功能性纖維的主要手段。日本富士紡織株式會社采用特制的超細粉碎機，制得粒徑5μm以下的殼聚糖微細粉末，然后將其混煉入粘膠纖維中制成抗菌纖維。

2.3 ?復合紡絲法

復合紡絲法是利用含有抗菌成分的纖維，與其他纖維或者不含抗菌成分的纖維通過復合紡絲組件紡制成皮芯型、并列型、鑲嵌型、中空多心型等結構的抗菌纖維。國內用復合紡絲法制得的抗菌滌綸大多也是皮芯結構。復合紡絲法雖可提高抗菌纖維的耐洗滌性能，但是噴絲板的加工難度大，生產成本高。

2.4 ?后整理法

后整理法是采用抗菌液對纖維進行浸漬或涂覆把抗菌劑固定在纖維上的方法，分為表面涂層法、樹脂整理法和微膠囊法。表面涂層法是將抗菌劑與涂層劑配成溶液，對纖維進行涂層處理，使抗菌劑固著在纖維表面，從而起到抗菌效果。此加工方法比較簡單，所得纖維抗菌效果也較好，但其耐洗滌性不好。樹脂整理法是將抗菌劑溶解在樹脂中配成乳化液，將纖維放在乳化液中充分浸漬，再通過軋和烘使含有抗菌劑的樹脂附著于纖維表面，從而具有抗菌功效。微膠囊法是一種新型的纖維后整理方法，特別適用于纖維的功能性整理。微膠囊法是將抗菌劑制成微膠囊，再用高分子粘合劑或涂層劑通過浸漬或噴霧的方法將微膠囊附著到纖維上，然后經過熱定型或焙烘使之固著在纖維表面。在使用中微膠囊破裂釋放出抗菌劑，并從纖維表面擴散而產生抗菌功效。

可以看出，后整理法加工方便，可以處理各類抗菌纖維，特別是天然纖維;同時，其加工過程簡便可行，可選擇的抗菌劑范圍廣[3]。在纖維的抗菌加工中，后整理法約占70%，其采用的抗菌劑主要是有機抗菌劑，其中應用最普遍的是季銨鹽類抗菌劑。但由于該法只是將抗菌劑附著在纖維的表面，一旦抗菌劑脫落便不能補充，因而所制得的抗菌纖維不耐洗滌，抗菌持久性也不好;同時該法所用的有機抗菌劑耐熱性差，具有一定的毒性和揮發性。

3 ? ?抗菌纖維生態安全性分析

3.1 ?有機抗菌防霉劑的使用

嚴格意義上講，有機抗菌防霉劑屬于農藥的范疇，因而對纖維用抗菌防霉劑的安全性問題必須實行嚴格管制。早期廣泛使用的抗菌防霉劑PCP已被證實是對人體有致畸致癌作用的毒性化合物。而曾大量用作紡織品抗菌整理劑和纖維改性劑的有機金屬化合物和部分無機物含有多種重金屬離子。這些重金屬離子通過與人體接觸會被人體吸收，重金屬一旦為人體所吸收，則會傾向于累積于肝臟、骨骼、腎臟、心臟及腦中。當受影響的器官中重金屬累積至一定程度后便會對健康造成巨大的損害[4]。

在抗菌劑安全性評價中，急性毒性指標是最重要的，如LD50（引起半數受試動物死亡的劑量），對皮膚、黏膜和眼睛的刺激等。目前用于纖維或紡織品的抗菌劑絕大部分屬于低毒[LD50（mg/kg）≤500～5000]或中等毒[LD50（mg/kg）≤50～500]。由于用在紡織品上載荷量不同，實際對人體的危害程度可能很低或基本無害，但長期的累積毒性問題仍不可忽視。除急性毒性外，紡織品用抗菌劑的慢性毒性問題亦應引起足夠的重視。慢性毒性的主要考核內容包括：致畸、致癌、致突變和對生殖系統的影響等。目前仍在使用的部分有機抗菌劑據稱慢性毒性嚴重。

3.2 ?有機抗菌防霉劑的選擇

除了安全性問題之外，一般用于熔融紡絲的有機抗菌防霉劑的耐熱性要求是：熔點高于成纖聚合物的軟化溫度，分解溫度在紡絲溫度以上，以確保抗菌劑的有效含量和抗菌有效性不受紡絲影響;所選擇的抗菌劑應具有廣譜抗菌效果，且不溶于水，以保持良好的抗菌效果的耐久性;同時保證抗菌劑本身應與成纖聚合物具有良好的相容性;確保抗菌劑本身應無色、無嗅，另外對酸、堿和光以及氧化劑具有相當的穩定性，以保證織物的抗菌性能不受漂、染和后整理等各道化學處理工序的影響[5]。

3.3 ?無機添加劑的輻射問題

最早源于氧化鋯用于齒科材料的輻射安全性問題擔憂，無機抗菌添加劑的輻射問題才引起了重視。但科學研究已經證明，氧化鋯本身并無輻射性，只是在開采中，有一種共生礦與氧化鋯形影不離，很難提純，而這種共生礦的主要成分為鉿（Hf），具有放射性，因而，天然無機添加劑的輻射性問題不容忽視，而人工合成的則沒有輻射安全性問題。事實上，天然礦物質原料的輻射安全性問題遠不止氧化鋯一種，以在一定條件下具有熱電或壓電效應的天然電氣石作為功能性添加劑制得的功能性纖維，同樣面臨類似的風險[6]。

參考文獻：

[1] 李會改， 萬明， 王梅珍， 等. 銀系抗菌纖維的研究現狀[J].合成纖維， 2014：29-32.

[2] 馬肅， 劉崢， 袁帥， 等. 載銀劍麻抗菌纖維的制備及其抗菌性能的研究[J]. 化工新型材料， 2012，（12）：143-6.

[3] 龔文忠. 新型存儲緩釋抗菌纖維特征及應用技術[J]. 非織造布， 2013，（6）：76-79.

[4] 姜潛遠. 鹵胺類抗菌劑的合成及其抗菌納米纖維的制備[D]. 無錫： 江南大學， 2013.

[5] 趙博. 抗菌滌綸纖維與竹漿纖維及棉纖維混紡竹節紗的開發[J].上海毛麻科技， 2014，（1）：29-32.

[6] 金瑞娣， 施磊， 尤克非，等. 載銅抗菌纖維的制備[J]. 印染， 2012，38（15）：1-3.

（作者單位：安徽省纖維檢驗局/國家功能纖維及紡織產品質量監督檢驗中心）