紡織品抗菌抗病毒性能研究進展

王 翔，李景燁，劉添濤，虞 鳴

［1.北京弘毅時尚檢驗有限公司，北京 100026；2.上海師范大學化學與材料科學學院，上海 200234；3.清華大學天津高端裝備研究院，天津 300300；4.水木聚力接枝新技術（深圳）有限公司，廣東深圳 518066；5.中國印染行業協會，北京 101599］

紡織品是與人體接觸最近、最多的物品，由于紡織品特殊的結構，給細菌、微生物，甚至病毒創造了良好的繁殖環境。隨著環境的惡化，人們越來越重視抗菌抗病毒與公共衛生安全問題，健康等功能逐漸受到人們的關注，各種抗菌抗病毒紡織品的研究和開發也不斷被推進。尤其受新冠肺炎疫情的影響，從2020 年以來的一些紡織品展會中可以看出，抗菌抗病毒的紗線和面料占比較以往有很大提高［1］。

抗菌和抗病毒性能大多是同時研究，但是病毒與細菌有著本質的不同［2］。由于之前國內抗病毒研究進展緩慢，以及相關標準的缺失，企業在研究中更多關注抗菌性能檢測，抗病毒性能檢測往往被忽視。目前國內抗菌性研究相對成熟，本文重點圍繞抗病毒研究進展進行分析。

1 抗菌抗病毒整理方法

1.1 纖維整理法

在紡絲過程中添加抗菌抗病毒劑制成抗菌抗病毒纖維，一是將抗菌抗病毒劑與纖維樹脂均勻混合，通過熔融紡絲制作抗菌抗病毒纖維；二是將抗菌母粒與聚合物進行復合紡絲。這種方法制備的纖維抗菌抗病毒效果好，耐久性高，但是加工難度大。

1.2 后整理法

后整理法是采用抗菌抗病毒整理劑直接對紡織品進行整理，從而賦予紡織品抗菌抗病毒性能，主要方法有：（1）表面涂層法，將抗菌抗病毒整理劑涂覆在織物表面；（2）浸軋法，將抗菌抗病毒整理劑制作成乳狀液，再經浸軋、烘焙整理到織物上；（3）微膠囊法，抗菌抗病毒劑被微膠囊包裹，再經過黏合劑整理到織物表面，通過消費者在使用過程中的摩擦和接觸，促使微膠囊破裂釋放出抗菌抗病毒成分。這種方法簡單成熟，但是耐久性差［3-5］。

抗菌整理劑目前主要有天然抗菌劑、有機抗菌劑及無機抗菌劑。天然抗菌劑主要從植物和動物上提取，如殼聚糖、甲殼素、松柏、艾草、蘆薈等，該類抗菌劑安全無毒，抗菌效率好，但是提取加工困難，抗菌范圍有限，持久性差。有機抗菌劑以合成為主，如季銨鹽類、胍類、鹵胺化合物、鹵代酚類、甜菜堿類，該類抗菌劑抗菌范圍廣、抗菌有效期長，但是化學穩定性差、毒性大、不耐熱。無機抗菌劑主要是金屬離子及氧化物，如銀系、銅系、鋅系，該類抗菌劑抗菌范圍廣、安全性高、抗菌有效期長，但是化學性能活潑且不穩定，成本高。

2 抗菌抗病毒性能檢測標準

2.1 抗菌性能

國內外有關抗菌性能檢測的標準主要有ISO 20743—2007《抗菌整理紡織品的抗菌性能測定》、JISL 1902:2008《紡織品的抗菌性能試驗方法》、AATCC 100—2012《抗菌紡織品的評價方法》中的吸收法和細菌轉印法、FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》附錄D 中的吸收法和振蕩法、GB/T 20944.2—2007《紡織品 抗菌性能的評價 第2 部分：吸收法》以及GB/T 20944.3—2007《紡織品 抗菌性能的評價 第3 部分：振蕩法》。

2.2 抗病毒性能

目前國外抗病毒檢測標準主要有ISO 18184《紡織產品的抗病毒活性測定》。ISO 18184 采用流感病毒等致病性病毒進行檢測，并且多了宿主細胞的制取，宿主細胞是測試病毒必不可少的物質。國內目前尚無紡織品抗病毒活性測試標準。

3 國內抗病毒研究進展

本文主要從專利申請情況看國內的抗病毒研究進展。從2003 年至今，國內抗病毒紡織品專利申請共95 項。由表1 可以看出，2020—2021 年，抗病毒紡織品專利申請數激增，這和新冠肺炎疫情有很大關系，人們的抗病毒意識大幅提高，企業、院校、科研院所抓住機遇，不斷推出相關的抗病毒產品。其中，抗病毒口罩專利申請21項，抗病毒防護服面料專利申請7項，還包括抗病毒紗線、服飾、手套、頭罩、圍巾、絲巾、書包、床上用品、毛巾等紡織品專利。

表1 國內抗病毒紡織品專利申請數情況

3.1 抗病毒材料

專利中涉及的抗病毒材料有禾木素纖維、艾因斯美紗線、石墨烯等，這些材料大部分同時具備抗菌抗病毒性能，有的側重抗菌性，如銅離子纖維。

3.1.1 禾木素纖維

禾木素纖維是比較新的抗菌抗病毒材料，于2021 年在紡織品展會上首次展示。據相關機構檢測，禾木素纖維對各種細菌都有優異的抑菌性，并且能夠持久滅活多種病毒。在專利申請方面，紹興禾素時代抗菌材料科技有限公司申請的專利“一種禾合抗菌抗病毒纖維”纖維，能夠破壞細菌等微生物的細胞壁和病毒的細胞膜使其滅活，達到抗菌抗病毒效果，而且性能較為穩定，能夠長時間保證織物的抗菌抗病毒效果。南京禾素時代抗菌材料科技有限公司申請專利“一種含PHBV 材料抗菌抗病毒防霉滌綸水刺無紡布的制備方法”，將PHBV 粒料按照一定比例添加到PET 里面，紡絲后做成抗菌消臭抗病毒防霉的禾合滌綸短纖，成型的水刺無紡布纖維被賦予非溶出抗菌性能，使得抗菌抑菌等性能得到充分的體現，同時具有長效抗菌抗病毒功能。

3.1.2 艾因斯美紗線

艾因斯美紗線品牌主要開發和生產抗菌抗病毒纖維、紗線和面料。深圳前海廣大科技有限公司申請的專利“一種抗菌抗病毒單向導濕面料”和“一種可重復使用的抗菌抗病毒口罩”，采用可殺滅細菌病毒的艾因斯美紗線，起到抗菌抗病毒作用。

3.1.3 石墨烯材料

根據報道，石墨烯材料的抗菌抗病毒性能主要基于物理切割、膜表面成分提取、物理捕獲、氧化應激、電荷傳導等機制的混合協同作用。雖然石墨烯材料的抗菌抗病毒具體性能存在一定的爭議，但是仍然阻止不了研究人員對使用該材料的熱情，抗病毒專利申請中利用石墨烯材料的數量達10 項，專利匯總如表2 所示。這些專利大部分是通過石墨烯改性和后整理得到石墨烯纖維，也有的直接在抗菌劑中加入納米石墨烯漿液。

表2 石墨烯材料抗病毒紡織品專利申請匯總

比較典型的專利有廣東極客亮技術有限公司申請的2 項專利“異形結構邊緣的石墨烯納米片抗菌抗病毒面料”和“抗菌抗病毒石墨烯納米片及其應用”，采用橫向尺寸小于100 nm、厚度小于10 nm 的具有尖狀或鋸齒狀等異形結構邊緣的小片層石墨烯納米片對面料進行處理和改性。利用小片層石墨烯納米片的縱向超薄結構、橫向納米級尺寸以及尖狀或鋸齒狀結構邊緣賦予面料小且鋒利的邊緣。當與細菌或病毒接觸時，小片層石墨烯納米片能夠瞬間刺破微米級病菌的細胞壁致其死亡，或者刺破納米級病毒的蛋白質薄膜，從而抑制病毒的復制，最終實現對多種病菌的抑菌以及抗病毒目的。

蘇州金多利紡織新材料有限公司申請的專利“一種PU 抗病毒防護面料及其應用”，抗菌劑包括納米石墨烯漿液、稀釋劑、分散劑、無機絡合物、納米銀離子溶液。

深圳市康源新材料科技有限公司申請的專利“一種耐水洗型5A 級抗菌抗病毒石墨烯纖維的制備方法及纖維制品”，通過接枝改性和化學修飾的方法，以化學鍵的方式把抗病毒基團和抗菌基團牢固地結合在纖維上，從而得到具有抗菌抗病毒性能的改性纖維；通過石墨烯整理液對該改性纖維進行浸漬法和浸軋法再加工，從而獲得抗菌抗病毒石墨烯纖維或纖維織物。該纖維或纖維織物以及由該纖維或纖維織物制備得到的纖維制品具有抗菌抗病毒效果，且具備石墨烯面料的各類優點。

石墨烯材料一直被認為是黑科技，應用范圍很廣，至于有專家質疑加入石墨烯材料是否能達到應有的效果另當別論，單從申請的專利情況看，2017 年才開始將石墨烯材料用于抗病毒面料，之后的2 年也一直沒有出現相關的專利申請。直到2020 年以后，隨著新冠肺炎疫情的暴發，石墨烯抗病毒面料的專利申請數大幅增加，也可以看出企業研究抗病毒面料的急切性。

3.1.4 銅離子纖維

銅離子纖維的最大優點是抗菌性好，并有一定的抗病毒性，目前廣泛應用于紡織品面料中。江蘇鏘尼瑪新材料股份有限公司申請的專利“一種高效抗菌、抗病毒面料”，面料設置有抗菌層，里層采用銅離子纖維，外層采用超高分子質量聚乙烯纖維，有效阻隔細菌、病毒的傳播。

3.2 抗病毒整理劑

3.2.1 銀系抗菌劑

銀（Ag）離子抗菌劑抗病毒的機理主要有：（1）銀離子能夠有效減少細胞外病毒DNA 的形成；（2）銀離子能夠抑制細胞內的RNA；（3）粒徑為1～10 nm 的銀納米材料附著在病毒上，能夠有效阻止病毒與宿主細胞相結合。涉及銀系材料的專利共18 項（匯總如表3 所示），這些專利大部分是通過銀系抗菌劑整理后得到抗菌抗病毒纖維或者面料，也有直接在復配抗菌劑中加入銀系化合物，或者將銀抗菌母粒加入化纖母粒中一起紡絲。

表3 銀系抗病毒紡織品專利申請匯總

同曦集團有限公司申請的專利“一種主動廣譜持久抗菌抗病毒醫用防護服、紡織物及其制備方法”，是將納米銀溶膠、有機抗菌劑和無機抗菌劑配制成一定濃度的溶膠混合溶液，再將非織造材料浸泡在溶膠混合溶液中一定時間，最后經烘干、壓平、收卷即可得到抗菌抗病毒紡織品。

紅玫軟裝飾（杭州）有限公司申請的專利“一種抗菌抗病毒面料及其制備方法和應用”，由10%～15%的納米銀抗菌母粒和85%～90%的聚酰胺、聚丙烯PP或者聚酯PET 混合紡絲，制備成紗線并織造成織物，最后浸漬抗病毒抗菌整理劑制作抗菌抗病毒面料。

蘇州金多利紡織新材料有限公司申請的專利“一種新式抗病毒PU 防護服”，改性PU 表面設有抗菌劑。該抗菌劑包含納米銀、納米氧化鋅、納米硫酸銅、納米二氧化硅以及相關助劑等成分，將這種抗菌劑噴涂在PU 防護服的表面，可以使衣物具有良好的抗菌作用。

納米銀是利用前沿納米技術將銀納米化，使銀離子在納米級狀態下產生超強的殺菌能力，只需要很少的納米銀便可以產生強大的殺菌性能。但納米銀離子由于對人體具有潛在危害性，現在已經有少數國外產品禁止使用，國內目前還未禁止。抗病毒專利中涉及納米銀材料的申請有8 項，都是2020 年以來的，可見納米銀離子優異的抗菌抗病毒作用仍然是目前的首選。雖然目前無法確定納米銀離子對人類的具體危害程度，但建議政府制定紡織產品中納米銀離子含量的安全標準，以防對人體產生危害。

3.2.2 光觸媒技術

目前各國均在不斷研發和更新光觸媒技術，應用光觸媒機理處理紡織品以達到防疫抗病毒效果［6-7］，主要是在紡織品上涂覆二氧化鈦，在紫外線或者一部分可視光照射下自行分解并殺死可能存在的病毒。涉及光觸媒技術的專利共8 項（匯總如表4 所示）。其中，同曦集團有限公司申請了3 項相關專利，應用于醫用防護服、座套面料、毛絨面料等，“一種主動廣譜持久抗菌抗病毒醫用防護服、紡織物及其制備方法”，將傳統的金屬離子抗菌抗病毒技術、有機物抗菌抗病毒技術、光觸媒抗菌技術相結合，抗菌率達到99%以上，并且對流感病毒（H1N1 和H3N2）的速殺效果非常好。全順集團有限公司申請的專利“一種抗菌抗病毒羊毛圍巾的制備方法”和“一種抗菌抗病毒竹棉混紡圍巾的制備方法”，經過染色和抗菌抗病毒助劑整理，采用光觸媒-CSP 光催化技術，經由面料后整理等工序形成圍巾成品，該方法能有效破壞粒子周圍細菌和病毒的生成結構，持續抑制細菌和病毒的生長繁殖。

表4 光觸媒技術抗病毒紡織品專利申請匯總

光觸媒技術應用面較廣，從申請的專利來看，光觸媒技術應用于紡織品主要從2020 年開始，面對病毒的超強傳播性，人們更愿意購買使用抗病毒面料。只要是具有抗病毒性能的技術，研究者們都愿意去嘗試，因此光觸媒抗菌抗病毒紡織品開始出現，由于其具有良好的抗菌抗病毒性能，相信也是未來主要使用的技術之一。

3.2.3 殼聚糖

殼聚糖抗菌性能較好，抗病毒性能次之，相關的研究很多，目前廣泛應用于紡織、食品、醫療等行業。山東貝科德糖生物科技有限公司申請的專利“一種殼聚糖纖維抑菌抗病毒口罩及其制備方法”，在現有醫用口罩的基礎上，以殼聚糖為原料制得的殼聚糖無紡布作為口罩的主要過濾層替換現有熔噴布，在保留防塵、防水、過濾功能的同時，利用殼聚糖自身具有的不飽和陽離子基團和空間網狀結構對有害物質和細菌進行吸附，抑制細菌的活性以及生長，可以有效減少病毒的傳播。同曦集團有限公司申請的專利“一種抗菌防螨抗病毒整理劑、毛絨面料及其制備方法和應用”，抗菌防螨抗病毒整理劑中金屬離子、光觸媒、植物提取液和殼聚糖協同配合，能夠提高毛絨面料對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌等細菌的抗菌性能，且能提高抗H1N1、H3N2 等病毒性能。杭州新天孚紡織科技有限公司申請的專利“一種抗菌抗病毒面料”，通過多元殼聚糖和銀化合物的相互配合形成的化合物，通過接觸抗菌抗病毒。

殼聚糖是天然抗菌劑，目前很多研發都是和其他抗菌劑、處理技術一起使用來達到抗菌抗病毒效果，由于安全環保性，未來還有很大的發展空間，但是在持久性方面還需要加強研發。

3.2.4 聚賴氨酸光敏分子

聚賴氨酸光敏分子主要應用于食品防腐劑領域，研究發現聚賴氨酸光敏分子也具有一定的抗菌抗病毒性能，2020 年曾有企業申請專利將該技術用于口罩面料中。青島陽光動力生物醫藥技術有限公司申請的專利“一種光能抗病毒自消毒口罩的制備方法”，通過浸軋聚賴氨酸光敏分子使紡織品具有抗病毒性能。

3.2.5 納米級電氣石粉

納米級電氣石粉釋放的遠紅外線可以穿透病菌外膜，破壞病菌細胞的內核結構，從而降解并清除細菌本體。胡小雪申請的專利“一種抗菌抗病毒紡織品的制備方法”，利用納米級的電氣石粉末與預先制作的棉料進行融合，使電氣石粉末具備搭載結構，電氣石粉末的附著能力提升。在紡織和使用中可以有效配合天然纖維進行交織，融合能力強，使負離子可以長期穩定地釋放，抗病毒能力強。

3.2.6 電荷硅藻土層

硅藻土本身是一種多孔無機礦物，可以吸附空氣中的水分以及帶菌粒子，進而降低環境中的菌含量。羅萊生活科技股份有限公司和上海羅萊生活科技有限公司申請的專利“一種抗菌、抗病毒的家紡制品”，病毒滅活層包括帶電荷硅藻土層。以本發明提供的抗菌、抗病毒家紡制品作為人體貼身衣物或者日常用品，可以滅活病毒、阻斷病毒的傳播，有效保護人體健康。

3.2.7 其他抗菌抗病毒整理劑

東莞超霖皮革有限公司申請的專利“一種抗菌抗病毒的超纖”，活性炭纖維和微米顆粒物濾芯布可以使埃康抗菌粉更好地揮發出來，埃康抗菌粉抗菌作用的持續時間長，其中對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌具有良好的抗菌效果。

海寧市海濤時裝創意設計有限公司、杭州新生印染有限公司申請的專利“抗病毒面料的加工方法”，先在反應器中加入水，然后加入25～60 g/L 抗病毒抗菌整理劑BCNT-G-1，攪拌均勻，再加入25～50 g/L 抗病毒抗菌整理交聯劑BCNT-G-2，攪拌均勻。

海寧雅咖紡織科技有限公司申請的專利“一種CPF019 抗病毒口罩面料及其制作方法”，包括面料層和抗病毒助劑，抗病毒助劑分布于面料層內，面料層中間設置有1～2 mm 超細纖維空氣層，抗病毒助劑為HeiQ Viroblock NPJ03。

3.3 抗病毒技術

流感病毒、冠狀病毒、猴痘病毒（痘病毒科正痘病毒屬）等有包膜的病毒，包膜結構也由帶負電的磷酯雙分子層構成，理論上可以采用上述抗菌的類似機理進行破壞，從而使病毒失去感染力。但病毒對消毒劑的耐受與細菌不同，不同種類的病毒也有差異，因此無法簡單將抗菌紡織品作為抗病毒紡織品使用。

李景燁等［8］研發了一種基于雙長鏈離子液體結構單體接枝共聚的廣譜抗菌抗病毒紡織品及其制備方法，并申請了專利。該專利在前期研究的基礎上，參考消毒劑分子結構優化設計了抗病毒單體結構，并通過電子束接枝制備出抗病毒棉布。經權威機構參照ISO 18184 標準檢測，發現其對流感病毒、冠狀病毒等的殺滅率均在99%以上，尤其是對新冠病毒奧密克戎毒株的殺滅率可達99.95%，顯示出良好的廣譜抗病毒性能，同時對各類細菌和部分真菌也有超過99%的抗菌率。由于共價鍵結合的牢固性使抗病毒基團不會脫落，該抗病毒棉布在安全性方面也達到了GB/T 31713—2015《抗菌紡織品安全性衛生要求》要求，抑菌圈為0 mm，為非釋放型，同時符合GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》A 類面料的指標。參照GB/T 8629—2017《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》進行50 次洗滌后，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌都有99%的抗菌率；洗滌150 次后，對3 種菌均有94%的抗菌率，效果良好。此技術經中試驗證后，已通過中紡聯組織的專家鑒定，被認為達到國際領先水平。

4 國內抗病毒研究總結及展望

中國的抗菌紡織品研究始于20 世紀80 年代初，經過40 多年的發展，抗菌紡織品發展迅速，研究相對成熟。中國抗病毒紡織品的研究始于20 世紀90 年代，比抗菌紡織品發展晚，進度緩慢。隨著SARS、禽流感、新冠肺炎疫情的暴發，21 世紀后，抗病毒紡織品的研究不斷加快，尤其是近2 年，抗病毒紡織品不斷涌現［8］。除了醫用口罩和防護服外，日常家紡用品如床上用品、毛巾、沙發套等是較早采用抗菌抗病毒面料或者經過抗菌抗病毒處理的紡織品，主要目的是抗菌抗病毒防螨防霉。目前人們越來越傾向于將時尚和抗菌抗病毒相互結合，如服裝、帽子、圍巾、書包等，通過采用抗菌抗病毒面料或者經過抗菌抗病毒處理，在保持外形美觀大方的同時具備抗菌抗病毒功能，有效提高了這類紡織品在疫情當下的使用性能。另外，嬰幼兒需要重點保護，目前很多嬰幼兒服飾也開始采用抗菌抗病毒功能面料，以有效防止病菌侵害。從當前新冠肺炎疫情對人們健康意識影響的深遠性來看，未來人們會更加關注服飾用品、家紡用品等的抗菌抗病毒性能，并且這類紡織品的研制也是未來的主要發展趨勢之一。

從上述抗病毒專利申請的情況可知，近幾年國內涌現出很多將抗病毒材料和處理技術應用于紡織品面料中的例子，如石墨烯材料、禾木素纖維、艾因斯美紗線、光觸媒技術、殼聚糖整理、聚賴氨酸光敏分子整理、納米級電氣石粉整理、電荷硅藻土層等。目前很多抗病毒紡織品需要好幾種抗病毒材料或者處理技術協同才能達到較好的滅活病毒、阻斷病毒傳播的性能，如石墨烯材料+銀離子整理、金屬離子抗菌抗病毒技術+有機物抗菌抗病毒技術+光觸媒抗菌技術、金屬離子摻雜的光觸媒+植物提取液+殼聚糖、殼聚糖+銀化合物、納米銀+銅離子等。針對這些抗病毒材料和處理技術，目前國內還沒有相關的抗病毒標準。過量的銅離子會有一定的毒性，并會對環境造成不利影響，納米銀離子對人體存在潛在危害，雖然國內沒有禁用，但是在使用過程中也需要格外注意用量，以避免危害人體健康或者污染環境。研究人員還需要不斷研究具有優異抗病毒性能的紡織品，通過改進現有材料，優化整理工藝，研發新材料和安全環保的新整理劑等達到抗病毒性能。同時要加快制定抗病毒紡織品標準，以保證相關產品的安全性，真正滿足防疫和人們對抗病毒紡織品的需求。