納米銀抗菌針織物的制備與性能研究

陸葉 邵怡沁 陳慰來

摘 要：采用噴霧式抗菌后整理設備，用納米金作為負載將納米銀抗菌整理劑整理噴在滌綸針織面料上，制備具有良好耐久性能的抗菌面料。用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的織物進行表征。結果表明：納米銀成功附著于滌綸織物上，顆粒圓潤。對比分析面料整理前后的結構參數、機械性能和舒適性能變化，并對面料進行抗菌耐水洗性能測試。經過抗菌后整理過程對滌綸面料基本性能的影響不大;水洗50次后，試樣仍具有抗菌性，耐久性能良好。

關鍵詞：噴霧式后整理;滌綸針織物;納米銀;抗菌織物

中圖分類號： TS184.8

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）06-0067-05

Preparation and Properties of Nano-silver Antibacterial Knitted Fabrics

LU Ye， SHAO Yiqin， CHEN Weilai

（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk），Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： In this paper， spray-type antibacterial finishing equipment was used. By taking nano-gold as the load， nano-silver antibacterial finishing agent was sprayed on the knitted polyester fabric to prepare antibacterial fabrics with good durability. X-ray photoelectron spectrometer and electron scanning microscope were used to characterize the fabric after antibacterial finishing. The results indicated that the nano-silver was successfully attached to the polyester fabric， and the particles were round. The structural parameters， mechanical properties and comfort before and after fabric finishing were compared and analyzed， and the antibacterial and laundry-resistant properties of the fabrics were tested. It is concluded that the antibacterial finishing process has little effect on the basic properties of polyester fabrics. After washing for 50 times， the samples still have antibacterial properties and good durability.

Key words： spray-type finishing; knitted polyester fabric; nano-silver; antibacterial fabric

收稿日期：2020-09-24 網絡首發日期：2021-04-15

基金項目：2019年重點建設高校基金項目（11150031742011）

作者簡介：陸葉（1995-），女，浙江嘉興人，碩士研究生，主要從事紡織工程方面的研究。

通信作者：陳慰來，E-mail：wlchen193@163.com

隨著生活品質的提升，人們對紡織品的功能性越來越重視，尤其是具有抗菌功能的紡織品。紡織品抗菌功能化的研究也在不斷探索并有新的突破[1]。抗菌功能整理主要采用浸軋整理、化學還原等方式，常用的整理劑大致可以分為無機類、有機類和天然類[2]。納米銀穩定性好、耐熱性高，且具有優良的抗菌性能和安全性，常用于紡織面料的抗菌整理中。對于納米銀的抗菌機理，國外學者們進行了一系列的研究，發現納米銀主要通過與細菌細胞發生反應，破壞細胞，最終達到抑菌的效果[3-9]。

如今中國對于抗菌紡織品的開發研究取得了一定的成果，但是在納米粒子附著穩定性、耐久性以及抗菌整理后織物風格方面存在一定的問題。邵明等[10]通過浸軋法將納米銀整理到織物上，最終織物的抑菌性能達到99.9%以上，但是納米銀抗菌整理量高達89 mg/kg。周婷婷等[11]也采用浸漬法將納米銀溶液整理在滌綸織物上，使得整理后的滌綸織物具有較好的抗菌性能，但是整理后織物上銀含量較高且織物手感有一定影響。有研究采用還原法，利用棉織物的還原性和分散將銀氨溶液法直接整理到棉織物上，但整理后的面料斷裂強力有所下降，同時水洗50次后的抗菌棉織物抗菌效果下降明顯[12]。因此仍需要不斷加快新型抗菌整理方法的研究與開發[13]。

將滌綸/改性滌綸作為原料編織滌綸針織面料，并將納米金作為負載，采用一種新型噴霧式抗菌后整理的方式將納米銀抗菌整理劑負載在織物上，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進行表征分析。將抗菌整理前后的面料進行對比，分析其結構參數、機械性能、舒適性能與抗菌耐久性能。這種新型噴霧抗菌整理工藝將對制備具有較高耐久抗菌性能的滌綸紡織品具有一定的指導意義。

1 實 驗

1.1 實驗材料

滌綸平針組織面料（浙江得偉紡織科技有限公司）;蒸餾水，FUZE 47-PHASE 1-納米金整理劑、FUZE 47-PHASE 2-納米銀整理劑（FUZE Biotech），異丙醇溶劑（廣州錦旺化工有限公司）。

1.2 實驗設備

噴霧式抗菌后整理設備（浙江得偉紡織科技有限公司），K-Alpha型X射線光電子能譜儀（美國賽默飛世爾科技公司），JSM-6700F型場發射掃描電子顯微鏡（FE-SEM，日本電子（JEOL） 公司），YG（B）141D型厚度儀（上海精密儀器儀表有限公司），YG031型電子織物氣動頂破強力機（寧波大禾儀器有限公司），YM065AC型電子織物強力儀（萊州元茂儀器有限公司），YG461E型透氣性測試儀（溫州方圓儀器有限公司），YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀（寧波紡織儀器廠）。

2 抗菌面料制備

2.1 原料的選擇

采用滌綸紗線編織的滌綸針織面料，試樣1和2分別是未經抗菌處理和經過抗菌處理的織物試樣。面料的基本參數如表1所示，其中采用的滌綸為50/50滌綸/改性滌綸。

抗菌面料采用的陽離子改性滌綸長絲是用在聚酯切片中引入帶有極性基（—SO3Na）的間苯二甲酸二甲酯紡制的一種新型滌綸產品，其外觀與普通滌綸長絲無區別，但由于采用了離子改性，纖維的透氣性、吸濕性和上染率等方面有所改善。在后續的抗菌后整理過程，一定程度上能使納米銀粒子更好地附著于織物表面，提高織物的抗菌性能以及耐水洗性能。

2.2 抗菌后整理工藝

實驗采用噴霧式抗菌后整理設備，其原理圖如圖1所示，具體后整理過程見圖2。

a）抗菌整理劑濃度及配比：采用蒸餾水對納米金進行稀釋，其中蒸餾水2800 mL，FUZE 47-PHASE 1納米金整理劑1000 mL;采用相同量的蒸餾水對納米銀進行稀釋，FUZE 47-PHASE 2納米銀整理劑1000 mL，并加入50 mL的異丙醇有機溶劑;控制納米銀與納米金的質量濃度為3 mg/L，同時兩者的配比為1∶1，分別裝入設備容器內。

b）噴霧設備工藝參數選擇：將坯布放到噴霧設備的滾動輥的起始位置，啟動氣泵，調整噴嘴流速為7 mL/min，滾動輥的速度為15 m/min，控制面料勻速經過噴嘴位置，使納米金和納米銀先后附著在面料表面。

c）定形：對織造后的坯布進行定形整理，經過抗菌處理后面料直接進入定形設備，其中定形溫度為150℃，最終得到具有抗菌性能的滌綸面料。

3 結果與分析

3.1 XPS分析

X射線光電子能譜（XPS）通過測試物質原子內層的能級電子結合能，并根據結合能的特征來識別元素，是一種元素定性定量分析的高級方法。

得到抗菌處理前后的試樣表面元素全譜圖，如圖3所示。

從圖3中可見，兩組試樣的XPS全譜圖中C、O峰明顯，兩條XPS曲線只有兩處細微區別，根據結合能位置推斷是抗菌后整理面料表面Au（84.0 eV）和Ag（368.2 eV）元素發生了變化，但噴霧式的后整理方法且使用抗菌整理劑濃度較低，因此在XPS全譜圖對比曲線變化不明顯。

3.2 SEM分析

采用場發射掃描電子顯微鏡對抗菌整理前后的試樣進行表面形貌觀察，如圖4所示。試樣在經過抗菌整理前，表面粗糙沒有明顯顆粒存在。在通過抗菌整理后，通過圖4（c）中看出織物表面負載了大量的納米粒子。在放大一萬倍后如圖4（d），可看出纖維表面的納米粒子顆粒圓潤。

3.3 EDS分析

對抗菌整理前后的滌綸針織物進行了表面纖維的能譜分析，確定抗菌整理前后纖維表面元素的變化情況，如圖5所示。在進行掃描電鏡前，需對織物進行噴金處理，因此不考慮表面金元素成分。

從圖5中發現，抗菌整理前的試樣表面出現了C、N、O 3種元素，而整理后的試樣表面不僅出現了C、N、O 3種元素，還在3 keV左右出現了Ag的微弱吸收峰，可見本文采用的噴霧式抗菌整理方法成功將納米粒子負載在面料表面。

3.4 結構參數分析

對所有試樣的密度、厚度進行測試，發現經過噴霧抗菌整理后的試樣在密度與厚度方面并未發生任何變化，因為納米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負載納米粒子濃度較低，最終對面料的基本參數沒有產生影響。

3.5 機械性能和舒適度性能分析

常見的銀離子抗菌織物以及經浸軋后整理方法制備的抗菌織物，由于制備過程和試劑作用導致纖維表面和織物性能發生變化，最終可能會影響織物的力學性能和舒適性能。從頂破性能、拉伸斷裂性

能以及透氣透濕性能這幾個方面對抗菌后整理前后的試樣進行測試分析，評估抗菌整理對織物的性能影響，結果如圖6所示。

從圖6中看出，試樣1、2的兩組實驗數據在抗菌后整理前后變化不明顯，經過抗菌后整理的試樣橫向拉伸斷裂強力、斷裂伸長率以及透氣透濕性能有所下降，但是頂破性能和縱向拉伸斷裂強力有一定提升，因此總體而言，經過抗菌后整理過程對滌綸面料基本性能的影響不大。可見，噴霧式抗菌后整理相對來說是一種較好的制備方法，對制備的抗菌面料性能不會產生較大的影響。

3.6 抗菌耐久性能分析

抗菌性能：根據GB/T 20944.3—2008 《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，革蘭氏陽性菌

金黃色葡萄球菌（S.aureu）和革蘭氏陰性菌大腸桿菌（E.coli）為試驗菌種。待測樣對S.aureu和E.coli的抑菌率均大于等于70%，表明樣品具有一定的抗菌作用。

抗菌耐久性能：按照前述標準GB/T 20944.3—2008，對測試樣進行50次標準洗滌，測試其抗菌耐久性，測試結果如表2所示。

從表2數據來看，抗菌試樣無論在水洗前還是水洗后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%，因此試樣具有抗菌性能。對比水洗前后的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抑菌率，發現實驗組試樣2的抑菌率在水洗50次后仍能保持在97%以上。目前常用的浸軋工藝制備的抗菌面料，抗菌持久性能以及織物風格具有一定的局限性。可見，噴霧式抗菌后整理方法能有效地改善滌綸纖維與抗菌整理劑結合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等問題，是較為科學的一種抗菌后整理方法。

4 結 論

本文研究了一種針織滌綸面料的噴霧式抗菌整理方法，對抗菌整理前后的針織滌綸面料進行各項性能對比分析，得到以下結論：

a）采用噴霧式抗菌后整理方法對針織滌綸面料進行抗菌處理，用X射線光電子能譜儀和電子掃描顯微鏡對抗菌整理后的滌綸織物進行表征，結果表明納米金銀粒子成功附著于滌綸織物上，且分布較為均勻。

b）對抗菌整理前后的面料進行結構參數、機械性能和舒適性能測試分析。實驗組的兩塊試樣的結構參數、機械性能和舒適性能影響不大，因為納米粒子為粒徑極小的顆粒，且通過噴霧式整理方法，面料表面所負載金銀納米粒子濃度較低。實驗組與參照組的結構參數差異不大。

c）對整理后的面料進行抗菌性能和耐久性能測試分析。試樣在水洗50次后對革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌及革蘭氏陰性菌大腸桿菌的抑菌率均大于80%，因此在水洗后仍具有抗菌性能。在水洗50次后，抗菌制備的面料抑菌率仍能達到97%以上，具有良好的抗菌耐久性能。

目前采用的浸軋工藝方法存在滌綸纖維與抗菌整理劑結合度差，耐洗性差，抗菌持久性差等問題，且對制備的抗菌面料織物風格有一定的影響。采用噴霧制備工藝對處理前后的面料性能影響微小，且經過水洗50次后仍具有較高的抑菌性能，因此為滌綸纖維抗菌耐久性改善提供了一種新的方法。

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