基于AgNPs-PDMS的滌綸織物自清潔抗菌整理

陳華杰，朱杰輝，姚理榮，張成蛟，郭 瀅

（1.南通大學紡織服裝學院，江蘇南通 226019；2.南通大學安全防護用特種纖維復合材料研發國家地方聯合工程研究中心，江蘇南通 226019）

自清潔是材料具有疏水性后被賦予的一項能力，這一類材料通常具有拒水、拒油和自發清除表面附著雜質和細菌等的能力。目前，在醫用防護服和防護品包裝等領域，疏水性材料的研發成為熱點［1-3］。李維斌等［4］將十八胺和十二烷基三甲氧基硅烷改性的二氧化硅顆粒與聚二甲基硅烷的混合溶液浸涂到棉織物表面制備超疏水棉織物，棉織物與水滴的靜態接觸角達到164.5°，油水分離效率達到90%以上。Lin等［5］將經過O2等離子體活化后的棉織物浸入含有正硅酸乙酯（TEOS）、端羥基聚二甲基硅氧烷（HPDMS）和聚磷酸銨（APP）的乙醇懸浮液中，攪拌后加入氨水，引發TEOS 和HPDMS 的原位溶膠-凝膠反應生成聚二甲基硅氧烷-二氧化硅雜化材料（PDMS-silica），采用PDMS-二氧化硅和APP 在棉織物上制備微納米結構復合涂層，棉織物表面水接觸角達160°以上，并且具有良好的阻燃性。姚盼盼等［6］以無機偏鋁酸鈉為鋁源，硬脂酸為拒水劑，采用微波水熱法對棉織物進行整理，棉織物表現出優良的自清潔能力。

納米銀（AgNPs）是將粒徑做到納米級的金屬單質，對大腸桿菌、淋球菌、沙眼衣原體等數十種致病微生物都有強烈的抑制和殺滅作用，而且不會產生耐藥性。因為優異的抗菌殺菌能力，納米銀被廣泛應用于環境凈化、醫療、紡織等領域［7-13］。Damerchely等［14］提出了一種新型的電暈處理（常壓放電）纖維表面活化系統，可以將納米銀粒子從膠體中加載到聚酰胺和聚酯織物上，從而提高其抗菌性能。陳愛芳等［15］以多巴胺作為表面處理劑，通過接枝銀離子吸附在無紡布表面，使棉無紡布具有抗菌功能而且耐洗性良好。M.Montaze 等［16］以具有水凝膠性質的天然高分子Tragacanth 膠為處理劑，硝酸銀為銀前驅體，檸檬酸為交聯劑，次亞磷酸鈉為催化劑，處理的棉織物具有良好的吸水性和抗菌性能。

本實驗以水為分散介質，AgNPs 為抗菌劑，聚二甲基硅氧烷（PDMS）為低表面能單體，在滌綸織物表面形成一層具有自清潔和抗菌性能的薄膜，輔以常溫常壓等離子體刻蝕工藝，增強滌綸織物的自清潔抗菌耐久性。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：100%針織滌綸（單位面積質量為210 g/m2，常州棉度紡織有限公司），納米銀（AgNPs，20 nm，寧波金雷納米材料科技有限公司），聚二甲基硅氧烷（PDMS 184，深圳市世俊科技有限公司），大腸桿菌、金黃色葡萄球菌（上海魯微科技有限公司）。

儀器：CJ-040 超聲波清洗器（南通泰康計量儀器有限公司），DHG-9030A 電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司），CTP-2000A 型等離子體準輝光放電表面處理機（南京蘇曼等離子科技有限公司），ZEISS Gemini SEM 300 型場發射掃描電子顯微鏡、OCA15EC 型接觸角測量儀、SW-12JG 型耐洗色牢度試驗機、YXQ-LS-50A 型立式壓力蒸汽滅菌鍋（上海博迅醫療生物儀器股份有限公司），LRH-250A 型生化培養箱（廣東省醫療器械廠），SW-CJ-1D 型單人凈化工作臺（上海蘇凈實業有限公司）。

1.2 AgNPs-PDMS 乳液的制備

將PDMS 加入去離子水中，在600 W、40 kHz 條件下超聲分散3 h，制備1%的PDMS 水乳液。按照同樣的方法配制5 份PDMS 乳液，分別往其中加入不同量的納米銀，繼續超聲30 min，制備得到不同納米銀質量濃度的AgNPs-PDMS 乳液。

1.3 自清潔抗菌滌綸織物的制備

取5 塊洗凈的滌綸織物，利用常溫常壓等離子體表面處理機進行刻蝕。將刻蝕后的滌綸織物分別浸漬于不同納米銀質量濃度的AgNPs-PDMS 乳液中，超聲10 min，用玻璃棒取出置于鋁箔紙上，60 ℃干燥30 min，120 ℃焙烘5 min，制備得到不同納米銀負載量的AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物。

1.4 測試

抗菌性能：參考GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3 部分：振蕩法》進行測試，選用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為實驗菌株。

2 結果與討論

2.1 表面形貌

由圖1a 可以看出，滌綸纖維原樣表面光滑平整，而經過AgNPs-PDMS 涂層整理后的滌綸纖維（圖1b）表面覆蓋了一層PDMS 薄膜，AgNPs 粒子則被封裝在PDMS薄膜和滌綸纖維之間。

圖1 涂層前（a）后（b）滌綸織物的SEM 圖

2.2 接觸角

由圖2 可以看出，水珠能完全浸潤滌綸織物原樣，而經過AgNPs-PDMS 涂層整理后的滌綸織物則表現出明顯的疏水性能，這得益于PDMS 分子在高溫焙烘條件下相互間發生交聯，在滌綸纖維表面形成PDMS 薄膜，而納米銀則在一定程度上增強了滌綸纖維表面的粗糙程度。

圖2 涂層前（a）后（b）滌綸織物的接觸角

2.3 自清潔性能

由圖3a 可以看出，滌綸織物原樣浸漬在醬油中，織物立刻被醬油浸潤，經沖洗后依舊呈淡黃色，說明滌綸纖維中依舊殘留有醬油污漬，而經過AgNPs-PDMS 涂層整理的滌綸織物（圖3b）浸漬在醬油中取出后，醬油未能浸潤織物，織物表面附著少量球狀的醬油液滴，用水沖洗后，織物立刻恢復原色，這就說明滌綸纖維在AgNPs-PDMS 涂層整理后具備了良好的自清潔性能。

圖3 涂層前后滌綸織物的自清潔性能

2.4 抗菌性能

不同質量濃度納米銀涂層整理滌綸織物的抗菌性能見表1。

表1 不同質量濃度納米銀涂層整理滌綸織物的抗菌性能

由表1 可知，經過AgNPs-PDMS 乳液涂層整理的滌綸織物表現出優異的抗菌性能，納米銀質量濃度為50 mg/L 時，AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為93.88%和96.82%；當納米銀質量濃度為100 mg/L 時，AgNPs-PDMS 涂層的滌綸織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為99.25%和99.53%；當納米銀質量濃度升高至200 mg/L 時，AgNPs-PDMS 涂層的滌綸織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達到99.99%。其高效的抗菌效率一方面得益于所用的納米銀粒徑小，比表面積大，抗菌活性高；另一方面則是因為在滌綸表面形成的AgNPs-PDMS 涂層結構中，PDMS 薄膜將AgNPs 封裝在其與滌綸纖維之間，這種包覆結構有助于AgNPs 緩慢且持續地釋放Ag+，達到長效的抗菌效果。

2.5 耐水洗性能

選擇納米銀質量濃度200 mg/L 的AgNPs-PDMS乳液制備的自清潔抗菌滌綸織物進行耐水洗性能測試。由圖4 可以看出，隨著洗滌次數的增加，AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物的接觸角有所下降，但是總體下降幅度不大，洗滌50次以后，接觸角仍能達到145.1°，說明PDMS 薄膜與滌綸基體之間結合牢度較高，得益于對滌綸織物進行了等離子體處理，經過等離子體刻蝕后的滌綸纖維表面形成了均勻且密集的凹槽，比表面積增大，從而與PDMS 薄膜的粘附性增強。在經過50 次洗滌之后，AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物的抗菌性能基本保持不變，表現出優異的抗菌耐久性。這是因為AgNPs 粒子大多被PDMS 薄膜封裝在其與滌綸纖維基體之間不易脫落，而且不直接與空氣接觸，避免發生氧化，保證了長效的抗菌活性。

圖4 洗滌不同次數后涂層整理滌綸織物的接觸角和抑菌率

3 結論

以水為分散介質，PDMS 為低表面能單體，AgNPs為抗菌劑，通過等離子體刻蝕-浸漬-焙烘的工藝制備AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物。當AgNPs 質量濃度為200 mg/L 時，AgNPs-PDMS 涂層滌綸織物的接觸角為148.9°，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均達到99.99%；經過50 次洗滌以后，接觸角下降至145.1°，但是對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍然保持在99.99%。