抗菌纖維素纖維的制備與研究進展

巫丹平

晉江中紡標檢測有限公司 福建 362200

1 引言

纖維素是自然界賜予人類最豐富的天然高分子物質，不僅來源廣泛，而且可再生。由纖維素紡絲制備纖維的工藝主要有：粘膠法、溶劑法（包括氫氧化銅或堿性銅鹽的濃銅氨溶液、離子液體、N-甲基嗎啉-N-氧化物溶劑）、氨基甲酸酯法等。纖維素纖維柔軟、吸濕、透氣，經紡紗、織造、燒毛、退漿、精煉、漂白等工藝處理后，可得到品質較高的棉織物，被廣泛用于各類服裝及裝飾用品。如銅氨纖維，常與羊毛、合成纖維混紡或純紡，用于制作針織內衣、女用襪子以及絲織緞綢女裝等。

然而，纖維素纖維易生霉，繁殖的霉菌使紡織品產生霉斑及色變，影響紡織品的使用性能，嚴重限制了纖維素纖維的進一步應用。此外，隨著生活質量的不斷提高以及環境衛生健康意識的日益增強，人們對纖維和織物抗菌性的要求也越來越高。因此，大力研制抗菌纖維素纖維/織物已迫在眉睫。

2 纖維素纖維用抗菌劑及抗菌機理

一般地，纖維素纖維用抗菌劑應考慮以下條件：①具有安全且高效的抗菌活性；②具有廣譜性；③抗菌劑與基體的相容性以及對基體物理性能的影響；④抗菌材料的加工工藝；⑤性價比權衡。纖維素纖維用抗菌劑主要有以下幾種：

2.1 無機抗菌劑

主要分為金屬離子型（如Cu、Ag、Zn）和氧化物光催化型（如ZnO、TiO2）抗菌劑。無機抗菌劑通常利用物理吸附和離子交換等方法，將具有抗菌功能成分固定在如沸石、活性炭、硅膠和磷酸鹽等載體材料上而制得一類抗菌劑。金屬離子型抗菌的抗菌機理為：帶正電荷的金屬離子吸引帶負電荷的細菌，破壞微生物合成酶的活性，干擾微生物DNA 的合成，從而使細菌喪失繁殖能力而死亡。[1]光催化型抗菌劑的抗菌機理為：在光照的作用下，抗菌劑與其表面吸附物的細菌之間發生氧化、還原和光化學反應等，分解微生物組成成分，達到抗菌目的。[2]無機抗菌劑以優異的耐熱性能、抗菌廣譜性且不易產生耐藥性等特性在纖維素纖維及織物中得到了廣泛的應用。

2.2 有機抗菌劑

主要分為天然有機抗菌劑和合成有機抗菌劑。天然有機抗菌劑包括日柏醇、山梨酸、殼聚糖及其衍生物等。其抗菌機理為：天然抗菌劑能夠使微生物蛋白質變性，細胞壁受損，能量合成受阻，干擾細胞代謝。[3]天然有機抗菌劑生物相容性好和安全無毒，在食品、化妝品和醫藥領域具有廣闊的應用前景。

合成有機抗菌劑包括季銨鹽/季鏻鹽化合物、吡啶化合物、咪唑化合物和鹵胺類化合物等。其抗菌機理（以季銨鹽類抗菌劑為例）有兩種理論。一種理論為，季銨鹽化合物實現抗菌主要通過六個步驟：①季銨鹽陽離子基團吸附到細菌壁表面；②通過細胞壁擴散至細胞；③吸附到細胞質表面；④破壞細胞質膜；⑤泄漏細胞質內容物；⑥殺死細菌。另一種理論為，季銨鹽化合物破壞細胞壁結構，使細菌發生團聚、分裂，導致細菌死亡。[4]

2.3 復合型抗菌劑

復合型抗菌劑，指通過物理或化學的方法將兩種或兩種以上不同抗菌化合物組合在一起，發揮各組分的協同作用，達到增強抗菌性、拓寬抗菌譜、提高穩定性和降低使用量等目的，如有機硅季銨鹽-殼聚糖季銨鹽化合物[5]、HZ-1化合物[6]、電氣石粉-氧化鈦-銀系化合物[7]和鹵胺-季銨鹽化合物[8]等。復合型抗菌劑依據其各個組成成分的不同，其抗菌機理也不相同。

3 抗菌纖維素纖維的制備方法

抗菌纖維素纖維制備的方法主要包括物理共混方法和化學改性方法。

3.1 物理共混方法

物理共混方法，指將抗菌劑和聚合物進行溶解共混，利用紡絲設備，通過干法、濕法和干濕法等工藝生產抗菌纖維。物理共混方法工藝簡單，但需要克服納米抗菌劑團聚及抗菌耐水洗性等問題。孔凡龍等分別將納米銀、納米氧化鋅和纖維素共混于[AMIM]Cl 離子液體，通過熔融紡絲制備抗菌纖維。通過測試發現，少量納米銀和納米氧化鋅添加劑即可達到良好的抗菌性，然而纖維的斷裂強力隨抗菌劑含量的增加而降低。[9]王樂軍等將殼聚糖和纖維素共混溶解紡制抗菌纖維，當殼聚糖添加量在3%時，纖維抗菌效果最佳，且經過多次（25 次）水洗后，纖維抗菌性能仍然良好。[10]

3.2 化學改性法

化學改性法，通過化學反應方法將抗菌劑固定在纖維素骨架的支鏈上，從而使抗菌劑永久存在于纖維表面。邢曉東等將采用預輻射技術將季銨鹽化合物接枝在纖維素上，獲得了高接枝率的抗菌纖維，其最佳工藝條件為：單體濃度為0.4mol/L、接枝溫度80℃、接枝時間為6h。[11]盧殿楠等將季銨鹽抗菌單體接枝在纖維素纖維上，發現該抗菌纖維對大腸桿菌具有很強的吸附能力，對活菌吸附能力更強。[12]

4 結束語

隨著科技的不斷發展和創新，采用抗菌性更高效和抗菌譜更廣的抗菌劑（如有機—無機復合抗菌劑）以及綠色環保簡單抗菌的改性方法將是制備抗菌纖維素纖維的發展趨勢，同時更加合理科學的抗菌評價體系將逐步完善。