载银二氧化硅抗菌剂在棉织物上的抗菌性能初探

1、LOGO 专业：纺织工程专业：纺织工程 学号：学号：AP0811330AP0811330 姓名：许福姓名：许福 指导老师：曾显华指导老师：曾显华 博士博士载银二氧化硅抗菌剂在棉织物上的载银二氧化硅抗菌剂在棉织物上的抗菌性能初探抗菌性能初探LOGOPage 2n 研究背景与目的研究背景与目的n 载银二氧化硅抗菌剂的抗菌机理载银二氧化硅抗菌剂的抗菌机理n 载银二氧化硅抗菌剂的工艺制备流程载银二氧化硅抗菌剂的工艺制备流程n 棉织物抗菌整理工艺及抗菌效果研究棉织物抗菌整理工艺及抗菌效果研究n 抗菌整理对织物的基本性能的影响抗菌整理对织物的基本性能的影响n 总结与展望总结与展望LOGOPage 3研究背

2、景与目的研究背景与目的研究背景：研究背景： 随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们对健康的生活方式的要求越来越高。日常生活中人们频繁接触的许多纺织品上都带有大量的细菌，直接威胁着人类的健康。因此，研发高效无(低)毒的纺织品抗菌整理工艺是一个既有社会意义又有经济意义的课题。研究目的：研究目的： 利用CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)与正硅酸乙酯为主要合 成原料，通过溶胶-凝胶法制得高效的载银二氧化硅抗菌剂，且 经该抗菌剂整理过的棉织物具有良好的耐水洗性能，抗菌整理 对织物的基本性能也不会有太大的影响。LOGOPage 4载银二氧化硅抗菌剂的抗菌机理载银二氧化硅抗菌剂的抗菌机理n缓释接触反应机理：

3、缓释接触反应机理： 银离子从无机物载体中缓慢释放，当与细菌接触时，与酶蛋白中的活性基团SH（硫醇基）、NH2等发生作用，使蛋白质凝固，从而可破坏细胞合成酶的活性而使细胞死亡。细菌死亡后，银离子又会从细菌尸体中游离出来，再和其它细菌结合，因此可使抗菌材料具有抗菌长效性。反应过程通常如下式表示：LOGOPage 5 载银二氧化硅抗菌剂的工艺制备流程载银二氧化硅抗菌剂的工艺制备流程LOGOPage 6 棉织物抗菌整理工艺及抗菌效果研究棉织物抗菌整理工艺及抗菌效果研究n 抗菌整理工艺：抗菌整理工艺： 采用传统的浸轧烘工艺，流程如下： 纯棉漂白布（预湿） 浸轧抗菌整理液（二浸二轧，轧液率75%-80%）

4、 预烘 焙烘 n 织物抗菌效果检测织物抗菌效果检测抑菌圈法抑菌圈法 根据抑菌圈的大小来判断抗菌效果的好坏，抑菌圈越大，越清晰 （只作为参考），抗菌效果越好。 LOGOPage 7n 织物抗菌整理工艺参数范围的选择织物抗菌整理工艺参数范围的选择 影响抗菌整理效果的主要因素有：浸渍液的pH值、浸渍时间、浸渍液的温度，抗菌剂浓度（相对于织物重量）。通过单因素分析法，可以确定最佳的pH值，且可以确定另外三个主要因素的最佳取值范围。 LOGOPage 81、单因素分析确定最佳pH值 在抗菌液浓度3%（相对于织物重量）、温度为50、浸渍时间为40分钟的条件下，分别在pH为3-9的范围下处理棉织物。布样对大

5、肠杆菌的抑菌检测结果布样对大肠杆菌的抑菌检测结果LOGOPage 9 实验结果表明：最佳的pH值为6。布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结LOGOPage 10 2 2、单因素分析法确定其他三因素的最佳取值范围单因素分析法确定其他三因素的最佳取值范围u在抗菌液浓度为3(相对织物重量)、PH值为6、温度为50下，分别浸渍2060分钟。布样对大肠杆菌的抑菌检测结果LOGOPage 11实验结果表明，最佳的浸渍时间范围是：40-60min。布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结LOGOPage 12u在抗菌液浓度为3(相对织物重量)、PH

6、为6、浸渍时间40分钟的条件下，分别在3070的温度下对织物进行整理。布样对大肠杆菌的抑菌检测结果布样对大肠杆菌的抑菌检测结果LOGOPage 13 实验结果表明，最佳的浸渍温度是：40-60。布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结果布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结果LOGOPage 14 u在PH值为6、温度为50、浸渍时间40分钟的条件下，分别在1.5%4.0%的浓度(相对织物重量)下对棉织物进行整理。布样对大肠杆菌的抑菌检测结果布样对大肠杆菌的抑菌检测结果LOGOPage 15 实验结果表明，最佳的浸渍液浓度的范围是：2.5%-4.0%。布样对金黄色葡萄糖球菌的抑菌检测结果布样对金黄色葡萄

7、糖球菌的抑菌检测结果LOGOPage 16n 棉织物抗菌整理工艺参数的优化棉织物抗菌整理工艺参数的优化 由前面的单因子分析中可以知道，抗菌液的最佳pH值为pH=6；最佳的浸渍时间范围是：40-60min；最佳的浸渍温度是：40-60；最佳的浸渍液浓度的范围是：2.5%-4.0%；那么本实验的优化设计采用三因子三水平正交试验设计，根据以往前人的研究可知，这三个因子之间的交互作用可忽略不计，因而采用L9(34)正交表来安排试验。 LOGOPage 17对大肠杆菌的试验方案及试验结果分析对大肠杆菌的试验方案及试验结果分析LOGOPage 18对金黄色葡萄球菌的试验方案及试验结果分析对金黄色葡萄球菌的

8、试验方案及试验结果分析LOGOPage 19n 对大肠杆菌的试验方案及试验结果的方差分析对大肠杆菌的试验方案及试验结果的方差分析u计算离差平方和2221111()()10.294nnnTiiiyiyyiyiQ Pn总离差平方和SS22111()()2.695rnAiiirSSKyinn各因素引起的离差平方和22111()()2.962rnBiiirSSKyinn22111()()3.662rnCiiirSSKyinn22111()()0.975rneiiirSSKyinn 误差的离差平方和LOGOPage 20n 计算自由度计算自由度 总平方和的总自由度 正交表任一列离差平方和对应的自由度 显

9、然118Tdfn 试验总次数112jdfr 因素水平数2ABCedfdfdfdfLOGOPage 21n 计算平均离差平方和（均方）计算平均离差平方和（均方）uA因素的均方为：uB因素的均方为：uC因素的均方为：u试验误差的均方为：2.6951.3482AAASSMSdf2.9621.4812BBBSSMSdf3.6621.8312CCCSSMSdf0.9750.4882eeeSSMSdfLOGOPage 22n 计算计算F F值值 将各因素的均方除以误差的均方，便可得到F值，以下是因素的F值:1.3482.7620.488AAeMSFMS1.4813.0350.488BBeMSFMS1.83

10、13.7520.488CCeMSFMSLOGOPage 23n 显著性检验显著性检验0.95(2,2)0.0530.95FF从 分布表中查得临界值，所以对于给定显著水平， 因素因素A A，B B，C C对试验结果都有非常显著的影响，但显然，三个因素的影响又对试验结果都有非常显著的影响，但显然，三个因素的影响又各各 不相同，在本试验中，三因素的影响从大到小的顺序为：不相同，在本试验中，三因素的影响从大到小的顺序为：C C（浓度）（浓度） B B（浸（浸渍渍 温度）温度） A A（浸渍时间）（浸渍时间），最后将分析结果列于最后将分析结果列于以下以下方差分析表中方差分析表中: :方差分析表方差分析表

11、LOGOPage 24n 优方案的确定优方案的确定 由于试验指标抑菌圈直径是越大越好，所以优方案应取各因素中的最大K值所对应的水平，即最佳工艺为浸渍时间50min，浸渍温度为50，浓度（相对于织物重量）为4.0%,然后还有之前通过单因子分析而确定的pH=6。LOGOPage 25n 扫描电镜（扫描电镜（SEMSEM）测试）测试 从放大倍数的扫描电镜上，明显可以看出经抗菌整理前后两从放大倍数的扫描电镜上，明显可以看出经抗菌整理前后两块布样表面所发生的变化。未经抗菌整理的棉纤维的表面较为粗块布样表面所发生的变化。未经抗菌整理的棉纤维的表面较为粗糙，存在许多明显的纵向缝隙，在经过抗菌整理的布样上，棉

12、纤糙，存在许多明显的纵向缝隙，在经过抗菌整理的布样上，棉纤维表面的缝隙消失，表面粘附有一些微粒状物质，且分散非常均维表面的缝隙消失，表面粘附有一些微粒状物质，且分散非常均匀，极少出现团聚，这说明整理到棉织物上的载银二氧化硅抗菌匀，极少出现团聚，这说明整理到棉织物上的载银二氧化硅抗菌剂不但与纤维结合得非常好，且具有不错的分散性。剂不但与纤维结合得非常好，且具有不错的分散性。LOGOPage 26n 织物抗菌整理耐水洗性能的测试织物抗菌整理耐水洗性能的测试 浴比1：20，在温度40的条件下洗涤30次（每次15min）,然后在60下烘干。 水洗前后布样对大肠杆菌的抑菌效果水洗前后布样对大肠杆菌的抑菌

13、效果LOGOPage 27 检测结果检测结果表明：表明：经过水洗后的处理布样的抑菌圈直径都有所减经过水洗后的处理布样的抑菌圈直径都有所减少，但减少的幅度不大，其中，大肠杆菌的抑菌圈直径减少的幅度少，但减少的幅度不大，其中，大肠杆菌的抑菌圈直径减少的幅度为为4.49%4.49%，金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径减少的幅度为，金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径减少的幅度为4.55%4.55%。这其。这其中的原因主要是：载银二氧化硅的粒子非常细，可以镶嵌于纤维间中的原因主要是：载银二氧化硅的粒子非常细，可以镶嵌于纤维间的缝隙里，从而与纤维结合得非常牢固。的缝隙里，从而与纤维结合得非常牢固。 LOGOPage 28

14、抗菌整理对织物的基本性能的影响抗菌整理对织物的基本性能的影响n 经抗菌整理后的织物其断裂强度的变化经抗菌整理后的织物其断裂强度的变化 每个布样都从经向和纬每个布样都从经向和纬向各取向各取5 5块试样（长块试样（长30cm30cm，宽，宽5cm5cm）进行拉伸测试，取平均）进行拉伸测试，取平均值，试算强力保持率。值，试算强力保持率。对织物的断裂强度的影响对织物的断裂强度的影响 实验结果表明织物的经向实验结果表明织物的经向断裂强度保持率为断裂强度保持率为97.77%97.77%，纬，纬向断裂强度保持率为向断裂强度保持率为97.57%97.57%。在实际生产中，织物强度保持在实际生产中，织物强度保持

15、率在率在80%80%以上时，是可以接受以上时，是可以接受的。的。LOGOPage 29n 经抗菌整理后的织物其折皱回复角的变化经抗菌整理后的织物其折皱回复角的变化 将布样将布样正面对折，测量布样正面对折，测量布样正面干态缓弹角，经向和纬向各正面干态缓弹角，经向和纬向各测测5 5次，取平均值。分别计算经次，取平均值。分别计算经纬两向的折皱回复角，总的折皱纬两向的折皱回复角，总的折皱回复角为经向和纬向折皱回复角回复角为经向和纬向折皱回复角的平均值之和。的平均值之和。对织物折皱回复角的影响对织物折皱回复角的影响 实验结果表明：实验结果表明：未经抗菌整未经抗菌整理的织物其经纬向折皱回复角之理的织物其经

16、纬向折皱回复角之和为和为177.6177.6 度，而经抗菌整理后度，而经抗菌整理后的织物其经纬向折皱回复角之和的织物其经纬向折皱回复角之和为为172.8172.8度，整理后的织物的折度，整理后的织物的折皱回复角减少了皱回复角减少了4.84.8度，对织物度，对织物的抗皱性能基本无影响。的抗皱性能基本无影响。LOGOPage 30n 经抗菌整理后的织物其白度的变化经抗菌整理后的织物其白度的变化 将布样折叠成四层，每个布样在将布样折叠成四层，每个布样在保持经纬方向一致的情况下测保持经纬方向一致的情况下测4 4次白次白度，取平均值度，取平均值 实验结果表明：经向白度降低了实验结果表明：经向白度降低了1

17、0.05%10.05%，纬向白度降低了，纬向白度降低了10.18%10.18%。由。由此可以知道，整理前后织物的白度的此可以知道，整理前后织物的白度的变化偏大了一点，这是载银二氧化硅变化偏大了一点，这是载银二氧化硅抗菌剂在今后的发展中仍需要大力改抗菌剂在今后的发展中仍需要大力改进的一点。进的一点。对整理织物白度的影响对整理织物白度的影响LOGOPage 31n 经抗菌整理后的织物其毛细效应的变化经抗菌整理后的织物其毛细效应的变化 将一定规格（长将一定规格（长25cm25cm，宽，宽4cm4cm）的试样悬挂在支架上，下）的试样悬挂在支架上，下端浸入水端浸入水 中，液体即沿织物中，液体即沿织物上升

18、至一定高度，通过测试上上升至一定高度，通过测试上升一定高度所需时间来衡量织升一定高度所需时间来衡量织物的润湿性。物的润湿性。对织物毛细效应的影响对织物毛细效应的影响 实验结果表明：经抗菌整理实验结果表明：经抗菌整理后的棉织物的毛细效应比未经抗后的棉织物的毛细效应比未经抗菌整理的棉织物稍微差一些，但菌整理的棉织物稍微差一些，但不明显，这说明经抗菌整理后的不明显，这说明经抗菌整理后的棉织物其润湿性并未受到大的影棉织物其润湿性并未受到大的影响。响。LOGOPage 32总结与展望总结与展望n 总结总结 本论文主要研究了载银二氧化硅在棉织物上的应用，通过溶胶-凝胶法制备出载银二氧化硅抗菌剂之后，再利用传统的浸轧烘法将其整理到棉织物上，在确定主要影响抗菌效果的因素范围下，采用正交实验设计实验方案，得出了最佳的抗菌整理工艺，且在最