殼聚糖整理棉織物的抗菌性能研究

顧振宇 王春梅 周光華 劉廣賢

（1.南通大學，江蘇南通，226019；2.江蘇匯鴻國際集團中天控股有限公司，江蘇南京，210000）

棉織物具有良好的吸濕性和透氣性，一直受到消費者的喜愛［1］。但棉織物也給微生物提供了適宜的生長環境；棉織物上易滋生細菌、產生霉斑和霉變，對人體健康造成危害［2］。隨著時代和科技的發展與進步，人們對紡織品追求的不僅僅是舒適和時尚，紡織品的安全性也愈發受到重視。

殼聚糖是天然抗菌劑中極具代表性的一類抗菌劑，對大多數細菌有著良好的抑制作用，屬于綠色環保的生物抗菌材料，在紡織、醫療和環保領域都有廣泛的應用［3］。殼聚糖與纖維素分子有著相似的結構，可以通過氫鍵或分子間作用力與棉纖維產生共結晶，使其牢牢地附著在織物表面，從而能夠達到長期抑菌的目的［4］。其抗菌機理是殼聚糖中帶正電的氨基與細菌帶負電細胞膜相互作用，從而破壞細胞膜的完整性，使細菌無法正?；顒樱?］。但是殼聚糖難溶于水和有機溶劑，只有在酸性條件下才能溶解，極大地限制了其應用范圍［6］。殼聚糖抗菌劑SA-50DS溶解性較好，本研究采用正交試驗優化了對棉織物的抗菌整理工藝，研究整理后織物的性能。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

選用的織物規格為C 14.6×14.6 524×283平紋織物。

藥品有殼聚糖抗菌劑SA-50DS（工業級），牛肉浸膏、魚粉蛋白胨、瓊脂粉（生物試劑），磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、無水乙醇（分析純）。

儀器有HH-S11-1型電熱恒溫水浴鍋、JJ12BF型電子天平、JCS-31002B型電子天平、PB1型橫式壓染機、R-3型自動定型烘干機、YXQ-LS-50A型立式壓力蒸汽滅菌鍋、SW-CJ-1D型單人凈化工作臺、DHG-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱、YG（B）026H-250型強力儀、WSB-3A型數字白度計、GYRWASH415型水洗/干洗色牢度機、NICOLET iS10型紅外光譜分析儀、EM-30Plus+型掃描電鏡和OCA15EC型光學接觸角測量儀。

1.2 抗菌整理方法

配置的整理液經二浸二軋（殼聚糖抗菌劑SA-50DS質 量 濃 度20 g/L～120 g/L，軋 余 率100%左右）、預烘（100℃，3 min）、焙烘（110℃～130℃，2 min～4 min），完成整理。

1.3 測試方法

抑菌率參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能評價 第3部分：振蕩法》測試，測試菌種為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。

耐水洗性按照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能評價 第3部分：振蕩法》中的耐洗色牢度試驗機洗滌法進行試樣洗滌。水洗條件：水溫40℃，洗滌劑質量分數0.2%，150 mL溶液，鋼珠10粒，洗滌時間45 min。洗滌后取出試樣，在（40±3）℃和100 mL的水中清洗兩次，每次1 min。重復此程序，每洗1次相當于5次家庭洗滌。

白度參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗方法》，將織物折疊8層，用WSB-3A型數字白度計測定織物不同部位的白度，測量4次取平均值。

斷裂強力參照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，測定織物經向斷裂強力。

親水性采用OCA15EC型光學接觸角測量儀，測試去離子水在整理織物表面的接觸角。

采用EM-30 Plus+型掃描電鏡對整理前后織物表面形貌進行觀察，電鏡放大倍數2 000倍。

將織物剪碎，采用NICOLET iS10型紅外光譜分析儀，使用KBr壓片法測織物紅外光譜。

2 結果與討論

2.1 抗菌整理工藝的優化

2.1.1 抗菌劑質量濃度對整理織物抑菌率的影響

按照1.2抗菌整理方法，焙烘溫度130℃，焙烘時間3 min，改變殼聚糖抗菌劑SA-50DS的質量濃度，測得整理織物的抑菌率結果見圖1。

圖1 抗菌劑質量濃度對織物抑菌率的影響

由圖1可知，隨著殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度的增加，整理織物的抑菌率也隨之增加。這是由于隨著殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度增加，固著到織物上的抗菌劑增多，故整理織物的抗菌性能越好。當殼聚糖抗菌劑SA-50DS的質量濃度達到60 g/L時，整理織物的抑菌率接近100%。

2.1.2 水洗次數對整理織物抑菌率的影響

為了考察水洗次數對整理織物抑菌率的影響，不同殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度（60 g/L～120 g/L）和水洗次數（10次、20次）對織物抑菌率的影響結果見表1。

表1 織物洗滌后的抑菌率

由表1可知，整理織物水洗后的抑菌率隨著抗菌劑質量濃度的增加而增加。殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度60 g/L整理的棉織物經過水洗后，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率都低于50%，說明其耐洗性能較差。當殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度達到120 g/L時，整理織物經洗滌20次后依舊保持著較高的抑菌率。

2.1.3 正交試驗

為了進一步優化整理工藝，選取抗菌劑質量濃度（因素A）、焙烘溫度（因素B）、焙烘時間（因素C）3個因素，以整理織物經水洗10次后的抑菌率為評判指標進行L9（33）正交試驗。因素水平表見表2，正交試驗方案及結果見表3，極差分析見表4和表5。

表2 因素水平表

表3 正交試驗方案與測試結果

表4 對大腸桿菌抑菌率的極差分析

表5 對金黃色葡萄球菌抑菌率的極差分析

由表4可知，各因素對整理織物抑菌率的影響順序為抗菌劑質量濃度＞焙烘時間＞焙烘溫度。采用A3B2C2工藝整理織物對大腸桿菌的抑菌率最高，即抗菌劑質量濃度120 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時間3 min。由表5可知，各因素對整理織物抑菌率的影響順序為抗菌劑質量濃度＞焙烘溫度＞焙烘時間。采用A2B2C1工藝整理織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率最高，即抗菌劑質量濃度110 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時間4 min。

采用上述得出的兩種最優方案對棉織物進行整理，測試整理織物斷裂強力、白度、接觸角和水洗10次后的抑菌率，結果見表6。

表6 不同工藝整理織物的性能對比

由表6可知，方案A3B2C2整理棉織物經水洗10次后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均大于90%，方案A2B2C1整理棉織物經水洗10次后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達到99.9%；與未整理織物相比，兩種工藝整理織物的白度變化不大，接觸角增加；方案A3B2C2整理織物的斷裂強力變化不大，但方案A2B2C1整理織物的斷裂強度有所降低。綜合考慮，確定方案A2B2C1為最佳整理工藝，即殼聚糖抗菌劑SA-50DS質量濃度110 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時間4 min。

2.2 整理織物的表征

2.2.1 紅外光譜

圖2為整理織物的紅外光譜圖。3 340.6 cm-1為O—H和N—H的重疊伸縮振動峰，2 900.4 cm-1為C—H伸縮振動峰，1 651.2 cm-1為酰胺基中NH—CO（Ⅰ）譜帶，1 314.7 cm-1為酰胺Ⅲ譜帶，1 053.9 cm-1為C—O伸縮振動峰。由此可見，殼聚糖抗菌劑SA-50DS被整理到了棉織物上。

圖2 整理織物紅外光譜圖

2.2.2 表面形態

整理前后棉織物的表面形貌見圖3。

圖3 織物掃描電鏡圖（放大2 000倍）

由圖3可知，未整理的棉織物纖維表面光滑，經殼聚糖抗菌劑SA-50DS整理后纖維表面有一層物質附著，略顯粗糙，表明殼聚糖抗菌劑SA-50DS被整理到了織物上。

3 結論

（1）采用殼聚糖抗菌劑SA-50DS對棉織物進行抗菌整理，當抗菌劑質量濃度在60 g/L以上時，整理織物的抑菌率接近100%。

（2）殼聚糖抗菌劑SA-50DS對棉織物的最佳整理工藝為抗菌劑質量濃度110 g/L，焙烘溫度120℃，焙烘時間4 min。最佳工藝整理的織物經皂洗10次后，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達到99.9%。