有機(jī)抗菌劑應(yīng)用于紡織品的研究進(jìn)展

張 靜，臧莉靜

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北邢臺(tái) 054035）

紡織品表面結(jié)構(gòu)疏松多孔，容易沾染人體新陳代謝分泌的汗液和油脂，形成適合微生物生長的環(huán)境；微生物繁殖能力強(qiáng)，不僅釋放具有刺激性氣味的代謝物，還可能感染皮膚，引起疾病，危害人體健康。此外，大量的微生物滋生還會(huì)導(dǎo)致紡織品發(fā)黃或強(qiáng)度下降［1］。為了保護(hù)紡織品不被微生物污染，防止產(chǎn)生刺激性氣味，保護(hù)人體健康，賦予紡織品抗菌性能顯得尤為重要，這也是功能性紡織品的研究熱點(diǎn)。

抗菌劑是少量添加于紡織品上即可有效抑制微生物生長和繁殖，達(dá)到抑菌、殺菌效果的化學(xué)物質(zhì)［2］。理想的抗菌劑需要滿足：（1）具有廣泛高效的抗菌效果；（2）不影響紡織品的強(qiáng)度、透氣性等；（3）不影響其他助劑的使用；（4）對人體及環(huán)境無害；（5）與紡織品附著力強(qiáng)，洗滌、日曬后仍具有長期抗菌性；（6）成本低廉、工藝簡單，可與其他整理劑綜合使用［3］。根據(jù)組成結(jié)構(gòu)、作用機(jī)理及來源，抗菌劑可分為無機(jī)抗菌劑和有機(jī)抗菌劑［4］。

1 有機(jī)抗菌劑抗菌機(jī)理

目前，紡織品抗菌劑以有機(jī)抗菌劑為主。有機(jī)抗菌劑不僅具有廣譜高效的殺菌能力，而且來源廣泛、成本低廉、加工工藝簡單。有機(jī)抗菌劑的抗菌機(jī)理：（1）使微生物代謝酶失活，影響微生物的新陳代謝，達(dá)到殺菌目的；（2）與細(xì)胞內(nèi)蛋白酶反應(yīng)，破壞細(xì)胞機(jī)能；（3）阻斷DNA 合成，抑制微生物繁殖；（4）促進(jìn)氧化還原反應(yīng)，擾亂細(xì)胞生長；（5）阻礙氨基酸轉(zhuǎn)脂［5］。

2 有機(jī)抗菌劑研究進(jìn)展

有機(jī)抗菌劑抗菌效果良好，但也存在一些缺陷，如毒性較大，耐久性較差以及容易引起微生物的耐藥性等［6］，影響其大規(guī)模應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)有機(jī)抗菌劑在紡織品上的大規(guī)模應(yīng)用，研究人員針對不同的有機(jī)抗菌劑做了大量的改進(jìn)工作，本文主要介紹季銨鹽、鹵胺、聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽、甜菜堿等常見有機(jī)抗菌劑的研究進(jìn)展及在紡織品上的應(yīng)用。

2.1 季銨鹽類抗菌劑

季銨鹽類化合物是一種常見的抗菌劑，抗菌機(jī)理：季銨鹽帶正電荷，細(xì)菌的細(xì)胞膜帶負(fù)電荷，二者通過靜電吸引結(jié)合，破環(huán)了細(xì)胞的正常活動(dòng)；此外，季銨鹽能影響微生物的DNA 轉(zhuǎn)錄，使其不能正常繁殖［7］。普通季銨鹽抗菌劑易溶出，為了提高季銨鹽抗菌劑的耐久性，可在季銨鹽抗菌劑中引入硅氧烷基團(tuán)，其中最具代表性的是道康寧公司研發(fā)的AEM5700有機(jī)硅季銨鹽類抗菌劑，其硅氧基可與纖維上的羥基形成共價(jià)鍵，從而持久牢固地附著于紡織品表面，目前，該抗菌劑已廣泛應(yīng)用于紡織品［8］。Chen 等制備了有機(jī)硅季銨鹽抗菌劑，利用超臨界吸附方式整理棉織物，使其獲得持久高效的抗菌效果［9］。陰離子影響季銨鹽的抗菌性能，Yoshino 等合成了含不同陰離子基團(tuán)的季銨鹽（結(jié)構(gòu)式如下），測試了它們對12 種不同細(xì)菌的最小抑菌濃度，結(jié)果表明，含Cl-、Br-的季銨鹽抗菌性能最好［10］。張淑敏等合成了一種季銨鹽抗菌劑，以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，采用軋-烘-焙的整理方式，制備出具有抗菌性能的滌綸織物，抗菌測試結(jié)果表明，季銨鹽整理后的滌綸在與細(xì)菌接觸1 min內(nèi)即可殺死所有的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，具有優(yōu)異的抗菌性能［11］。

2.2 鹵胺化合物抗菌劑

含有N—Br 或N—Cl 鍵的化合物被稱為鹵胺化合物，由于N—Br 鍵不穩(wěn)定，實(shí)際生產(chǎn)中的鹵胺化合物多為氯胺化合物。抗菌機(jī)理：鹵胺化合物與微生物接觸時(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N—H鍵，氧化鹵素被轉(zhuǎn)移到生物體上，使微生物失去活力，雖然N—H 鍵不能殺菌，但是可以通過氯漂轉(zhuǎn)換為N—Cl 鍵，重復(fù)殺菌，達(dá)到持久抗菌的目的。氯胺化合物的循環(huán)抗菌機(jī)理［12］如下：

Jie 等利用甲基丙烯酰胺整理棉織物，經(jīng)過氯化得到含鹵胺化合物的抗菌織物，并且研究其抗菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該抗菌劑可在3 min 內(nèi)殺死1.08×102cfu/mL 的革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌和陰性菌大腸桿菌，6 min內(nèi)可使MS2噬菌體病毒滅活，而且可以抵抗超過50 次的標(biāo)準(zhǔn)水洗，通過氯化可以獲得循環(huán)的抗菌效果［13］。Ren 等通過 1,2,3,4-丁烷四羧酸交聯(lián)將羥基鹵胺化合物接枝到棉織物表面，獲得了具有抗菌性能的棉織物，同時(shí)減少了洗滌對棉織物抗菌能力的破壞［14］。Kou 等借助有機(jī)硅類整理劑，使鹵胺類衍生物與纖維表面產(chǎn)生共價(jià)鍵結(jié)合，結(jié)果表明，苯環(huán)可以使抗菌能力增強(qiáng)，但氮鹵鍵的穩(wěn)定性下降，這可能是由于苯環(huán)與鹵原子發(fā)生了反應(yīng)，另外，鹵胺類抗菌劑在紫外光下不穩(wěn)定，而不經(jīng)氯化的抗菌劑卻能保持穩(wěn)定［15］。鹵胺化合物整理織物后表面會(huì)有鹵胺殘留，影響織物外觀，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生異味。Li 等利用硫化鈉浸軋?zhí)幚睇u胺抗菌整理后的紡織品，有效去除了織物表面的殘留鹵胺，避免殘留鹵胺影響織物外觀和產(chǎn)生不良?xì)馕兜龋?6］。

2.3 聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽類抗菌劑

聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽（PHMB）具有廣泛高效的抗菌性能，對人體無刺激，廣泛應(yīng)用于抗菌紡織品中，結(jié)構(gòu)式如下：

PHMB 的抗菌機(jī)理主要為靜電作用，PHMB 帶正電荷，細(xì)菌細(xì)胞膜帶負(fù)電荷，二者產(chǎn)生靜電吸附，破壞細(xì)胞的正常活動(dòng)，其抗菌活性隨著分子聚合度增加而提高。Payne等最先開發(fā)出PHMB整理的棉纖維，并制作抗菌棉織物［17］。PHMB與纖維素纖維在常溫中性溶液中可通過離子鍵和分子間作用力結(jié)合，經(jīng)浸軋焙烘水洗整理到棉纖維上，PHMB的活性與離子鍵強(qiáng)度相關(guān)，當(dāng)離子鍵較強(qiáng)時(shí)，抗菌活性下降［18］。Gao等先利用亞硫酸對羊毛進(jìn)行預(yù)處理，使羊毛表面帶—COOH 基團(tuán)，隨后用PHMB 進(jìn)行抗菌整理，從而得到具有持久抗菌性能的羊毛［19］。Arch 公司研發(fā)出具有16 個(gè)雙胍單元的新型PHMB 抗菌劑，能為紡織品纖維提供更多的陽離子染座，增加了紡織品表面陰離子與整理劑反應(yīng)的機(jī)會(huì)，從而增強(qiáng)了紡織品的抗菌性［20］。柳峰利用己二胺和鹽酸胍熔融縮聚制備了高分子質(zhì)量的PHMB，將其應(yīng)用于純棉針織物的抗菌整理，并研究整理工藝對抗菌效果的影響，結(jié)果表明，PHMB整理后的棉織物具有持久的抗菌效果［21］。

2.4 甜菜堿類抗菌劑

甜菜堿的結(jié)構(gòu)中同時(shí)帶有雙電荷，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

甜菜堿的抗菌機(jī)理主要為抑制細(xì)菌在織物表面吸附，阻止生物膜的形成。Chen等制備出有機(jī)磺酸甜菜堿抗菌劑，通過水解形成Si—OH，與棉纖維上的—OH 反應(yīng)，形成穩(wěn)定的抗菌涂層，對S.aureus和E.coli的抑菌率均在99%以上，但由于基團(tuán)的穩(wěn)定性較差，不耐反復(fù)水洗［22］。針對穩(wěn)定性差的問題，Chen等進(jìn)一步開發(fā)了異氰酸酯磺酸甜菜堿，具有高效廣譜的抗菌效果，利用—NCO 與—OH 的化學(xué)鍵合，制備出持久固定于棉織物表面的抗菌涂層［23］。周莉成功制備出磺酸甜菜堿聚合物并應(yīng)用于棉織物整理，結(jié)果表明，抗菌棉織物對S.aureus和E.coli的抑菌率分別達(dá)到99.99%和99.87%，經(jīng)過50 次洗滌后，抑菌率仍遠(yuǎn)超AAA 級抗菌織物的抑菌標(biāo)準(zhǔn)，在具有抗菌性能的同時(shí)，織物的透氣和透濕性能有所提高，強(qiáng)度保持較好，滿足服裝使用要求［24］。

2.5 有機(jī)天然抗菌劑

天然抗菌劑主要來自微生物和動(dòng)植物等的抗菌成分，其中殼聚糖是最常用的天然抗菌劑，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下：

殼聚糖所帶的游離羥基和氨基可以進(jìn)行酯化、季銨化、接枝和酰基化改性，增強(qiáng)其抗菌活性以及水溶性［25］。Wang 等首先在蠶絲纖維表面增加活性官能團(tuán)，然后與殼聚糖中的氨基鍵合，得到的蠶絲纖維具有抗皺性和抗菌性［26］。He等利用等離子體預(yù)處理，在滌綸纖維表面形成等，隨后將殼聚糖衍生物接枝到滌綸纖維表面，結(jié)果表明，改性后的滌綸在具有抗菌性的同時(shí)還改善了透濕性和親水性［27］。Hu 等制備出殼聚糖-銀復(fù)合整理劑并研究pH對抗菌效果的影響，結(jié)果表明，當(dāng)pH=5～7 時(shí)，能有效抑制S.aureus和E.coli，具有持久的抗菌效果，并且沒有出現(xiàn)明顯色差［28］。

3 結(jié)論與展望

目前，在紡織品抗菌劑的選擇中，仍以有機(jī)抗菌劑為主，這主要是由于有機(jī)抗菌劑具有高效廣譜的殺菌能力，來源廣泛，種類繁多，在整理紡織品的過程中選擇范圍廣，能夠根據(jù)紡織品的種類選擇不同的抗菌劑。但是，有機(jī)抗菌劑毒性較大、耐久性差的缺點(diǎn)也不能忽視。在未來的抗菌劑研制或改性過程中，除了要求具備良好的抗菌性能外，還需要進(jìn)一步關(guān)注抗菌劑的黏附性，確保其持久抗菌，同時(shí)，紡織品本身的強(qiáng)度、透氣性等不受影響。另外，許多紡織品直接接觸人體皮膚，因此抗菌劑必須安全、無毒，對人體無刺激。