抗菌纤维的抗菌机理、加工方法与未来发展展望

1、专选课新型纺织纤维大作业姓名学号班级抗菌纤维的抗菌机理、加工方法与未来发展展望摘要目前，对抗菌纤维的研究、开发是一个很活跃的领域。文章综述了抗菌纤维的研究概况，重点阐述抗菌纤维的抗菌机理和加工方法，对抗菌纤维生态未来进行分析，给出抗菌纤维开发的建议。关键词：抗菌纤维；抗菌机理；加工方法；未来发展TcessingmethodsandfuturedevelopmentprospectofantibacterialfiberAbstractNowadays,thestudyofantibacterialfiberisaveryactivefie

2、ld.Thearticlesummarizesthegeneralresearchsituationofantibacterialfiber,emphasisonantibacterialmechanismandtheprocessingmethodofantibacterialfiber,analysisthefutureofantibacterialfiber,andgivearecommendationonantibacterialfiberdevelopment.KeywordsAntibacterialfiber;Antibacterialmechanism;Processingme

3、thod;Futuredevelopment.在生活中，人们不可避免地接触到各种各样的细菌、真菌等微生物，这些微生物在合适的外界条件下会迅速繁殖，并通过接触等方式传播疾病，影响人们的身体健康和正常的工作、学习和生活。人的皮肤是一种很好的营养基，而各种各样的纺织品则是这些微生物的优良寄居场所，也是疾病的重要传播源。抗菌纺织品不仅可以避免纺织品因微生物的侵蚀而受损，而且可以有效地阻止致病菌在纺织品中的繁殖和传播，从而减少疾病的发生。因此，随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对纺织品的舒适、保健功能日益关注，对各种抗菌纤维的研究、开发与生产愈来愈重视。抗菌纺织品主要分为两大类：一类是经后整理

4、加工而成的抗菌纺织品，由于其工艺简单、抗菌剂选择余地大、适用性广等特点而得到广泛应用。但此类抗菌纺织品在应用中也显现出许多问题，如抗菌效果持久性问题、溶出物对人体的安全性等问题。另一类是由抗菌纤维制成的抗菌纺织品，与后整理抗菌纺织品相比，抗菌纤维显示出更大的优势，具有抗菌性能优良、有持久性（耐洗性）、安全性高并且使用舒适的特点。目前开发抗菌纤维已成为抗菌纺织品的发展方向。抗菌纤维是采用物理的或化学的方法将具有能够抑制细菌生长的物质引入纤维表面及内部而成的，抗菌剂不仅能在纤维上不易月落，而且能通过纤维内部平衡扩散，保持持久的抗菌效果。目前，抗菌纤维大致分为天然抗菌纤维和人工抗菌纤维两大类。本文对

5、多年来抗菌纤维的加工方法和所用的抗菌剂的研究进行了综合述评，并对抗菌纤维研究的发展方向进行了展望。1。1 .抗菌机理1.1 金属离子接触反应机理2金属离子带有正电荷，当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时，与带负电荷的细胞膜发生库仑吸引，金属离子穿透细胞膜进入细菌内与细菌体内蛋白质上的疏基、氨基等发生反应，该蛋白质活性中心被破坏，造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。这是无机抗菌剂最普遍的抗菌作用机理。1.2 阳离子固定机理细胞壁和细胞膜是由磷脂双分子层组成，在中性条件下带负电荷。因此，细菌容易被抗菌材料上的阳离子（如有机季镂盐基团）所吸引，从而降低细菌的活动能力，抑制其呼吸功能，使其发生“接触死亡

6、”。另外，细菌在电场引力的作用下，细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均匀造成变形，发生物理性破裂，使细胞的内脏物如水、蛋白质等渗透体外，发生“溶菌”现象而死亡。1.3 细胞内容物损坏机理有机抗菌剂大多属于这种作用机理，它能破坏细菌的蛋白质和核酸等结构，并且对细菌的酶体系（酶形成、酶活性）等生理系统产生毁灭性的损坏，从而达到抗菌的目的。1.4 催化激活机理银、锌等微量的金属元素，能吸收环境的能量（如紫外光，激活空气或水中的氧），产生氢自由基和活性氧离子。它们能使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸等与其发生反应，破坏其正常结构，从而使其死亡或丧失增殖能力。2 .加工方法人工抗菌纤维是原来不具备抗菌功能的

7、纤维通过加入抗菌剂使其成为具有抗菌功能的纤维3。人工抗菌纤维的加工方法有共混纺丝法、复合纺丝法、接枝改性法和后整理法。2.1 1共混纺丝法共混纺丝法是将抗菌剂与原料进行共混，然后通过纺丝制得具有抗菌效果的纤维4。该方法一直是开发功能性纤维的主要手段，其优点是能够将抗菌剂均匀分布在纤维中，所制得的纤维抗菌性能稳定、持久。5通过共混纺纱技术制备聚丙烯/银纳米复合纤维，具有持久的抗菌性。但此法所采用的抗菌剂需耐高温，与聚合物的相容性要好，分散性要符合纺丝的要求。共混纺丝法主要有母粒法和改性切片法。2.2 复合纺丝法复合纺丝是一种技术含量较高的纺丝技术。复合纺丝法是利用含有抗菌成分的纤维，与其他纤维或

8、者不含抗菌成分的纤维通过复合纺丝组件纺制成皮芯型、并列型、镶嵌型、中空多心型等结构的抗菌纤维6。日本可丽公司和武田药品公司联合开发的新型ShineUp抗菌纤维，是一种涤/棉复合的抗菌纤维。该纤维利用化学反应和光触媒复合作用原理，采用抗菌剂混入聚合物内进行纺丝的方法，制成的纤维有皮芯结构，皮层选用聚酰胺，芯层选用聚酯7。国内用复合纺丝法制得的抗菌涤纶大多也是皮芯结构，其生产过程是：用真空沉降法在其表面涂覆Ag的PET切片或金属、金属氧化物、季镂盐、月瓜基化合物等抗菌剂与PET切片的混合物为皮层以普通PET切片为芯层，通过复合纺丝制得复合抗菌涤纶89。由复合纺丝法制得的抗菌纤维是以抗菌母粒为皮层原

9、料为芯层，抗菌剂只分布于纤维的皮层。因此，与共混纺丝法相比，抗菌剂的用量少，从而可以减少因抗菌剂的引入对成品纤维的物理力学性能的影响。另外，复合纺丝法可提高抗菌纤维的耐洗涤性能，但是喷丝板的加工难度大，生产成本高。2.3 接枝改性法接枝改性法是通过对纤维表面进行改性处理，进而通过配位化学键或其他类型的化学键结合具有抗菌作用的基团使纤维具有抗菌性能的一种加工方法10。用该法制备抗菌纤维，需先对纤维的表面进行处理，使纤维表面产生可与抗菌基团化合物进行接枝的作用点；再将带有抗菌基团的化合物与处理后的纤维结合，从而制得抗菌纤维。接枝改性法的特点是，制得纤维的抗菌谱广，抗菌作用强，抗菌持久性和安全性好，

10、且抗菌基团不会从纤维中溶出，属非药物加工产品。该法是国内比较新的方法，但此法对于抗菌基团和原料纤维有较高的要求，而且技术也比较复杂，所以目前应用还不很广泛。2.4 后整理法后整理法是采用抗菌液对纤维进行浸渍或涂覆把抗菌剂固定在纤维上的方法，分为表面涂层法、树脂整理法和微胶囊法。表面涂层法是将抗菌剂与涂层剂配成溶液，对纤维进行涂层处理，使抗菌剂固着在纤维表面，从而起到抗菌效果。此加工方法比较简单，所得纤维抗菌效果也较好，但其耐洗涤性不好。树脂整理法是将抗菌剂溶解在树脂中配成乳化液，将纤维放在乳化液中充分浸渍，再通过轧和烘使含有抗菌剂的树脂附着于纤维表面，从而具有抗菌功效。微胶囊法是一种新型的纤维

11、后整理方法，特别适用于纤维的功能性整理。微胶囊法是将抗菌剂制成微胶囊，再用高分子粘合剂或涂层剂通过浸渍或喷雾的方法将微胶囊附着到纤维上，然后经过热定型或焙烘使之固着在纤维表面。在使用中微胶囊破裂释放出抗菌剂，并从纤维表面扩散而产生抗菌功效。可以看出，后整理法加工方便，可以处理各类抗菌纤维，特别是天然纤维；同时，其加工过程简便可行，可选择的抗菌剂范围广11。在纤维的抗菌加工中，后整理法约占70%其采用的抗菌剂主要是有机抗菌剂，其中应用最普遍的是季镂盐类抗菌剂。但由于该法只是将抗菌剂附着在纤维的表面，一旦抗菌剂脱落便不能补充，因而所制得的抗菌纤维不耐洗涤，抗菌持久性也不好；同时该法所用的有机抗菌剂

12、耐热性差，具有一定的毒性和挥发性。3 .抗菌纤维中使用的抗菌剂3.1 抗菌纤维简介抗菌纤维是一种功能性纤维，其具有阻断疾病传播、卫生保洁和纤维自身性能的维护等作用。抗菌材料是指自身具有杀灭或抑制微生物功能的一类新型功能材料。在自然界中有许多物质本身就具有良好的杀菌或抑制微生物的功能，如部分带有特定基团的有机化合物、一些无机金属材料及其化合物、部分矿物质和天然物质。如甲壳素纤维：可以作为永久性整理剂，使织物耐水洗、耐摩擦，提高织物的坚牢度，减少缩率，并使织物具有滑爽光洁和挺括的手感与外观12。但目前抗菌材料更多是指通过添加一定的抗菌物质（称为抗菌剂），从而使材料具有抑制或杀灭表面细菌能力的一类新

13、型功能材料，如填充型抗菌纤维：将抗菌剂的超细粉末以一定比例加到化学纺丝液中进行纺丝，降低用量，节约成本。由于抗菌剂进入了纤维内部，所以用此法制得的抗菌纤维耐水洗抗菌效果持久，通过浓度梯度的作用原理，抗菌剂源源不断地溶到纤维表面13。3.2 抗菌剂的种类抗菌剂是一类具有抑菌和杀菌性能的新型助剂，它能够在一定时间内，使某些微生物（细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等）的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。不同品种的整理剂，其抗菌机理和作用方式不同。抗菌作用是静菌作用和杀菌作用的综合14。目前加工抗菌纺织品所用的抗菌剂主要有有机抗菌剂、无机抗菌剂和复合抗菌剂三大类。3.2.1 有机抗菌剂有机抗菌剂包

14、括天然抗菌剂和化学合成有机抗菌剂两大类。具体见表1。有机抗菌剂短期具有杀菌力强、即效好、来源广、种类多、价格低廉等优点，曾经得到广泛的使用，但在长期的使用过程中，人们发现这类抗菌剂具有一定的挥发性，毒性大，耐热性较差，难以与纤维熔纺，且容易迁移，对于抗菌方面可能产生微生物耐药性等，因此人们将注意力渐渐转向无机类抗菌剂。3.2.2无机抗菌剂无机抗菌剂主要分为金属离子型和光催化型两大类。具体见表2。重金属类抗菌剂在实际使用中，通常利用吸附或离子交换等方法，将重金属离子固定在沸石、硅胶等载体上制成抗菌剂。光催化类抗菌剂是一种新发展的、具有广阔应用前景的抗菌剂。另外，某些金属氧化物也具有抗菌性，如Zn

15、O是传统的无机抗菌剂之一，锌离子具有氧化还原性，进入细胞后能破坏电子传递系统的酶并与DNA反应，从而达到杀菌的目的1516。光催化型抗菌剂主要为锐钛型TiO2抗菌剂，其抗菌机理也是基于光催化反应，能使包括微生物在内的各种有机物分解从而具有抗菌性能17。目前已逐步应用于陶瓷制品、涂料、抗菌材料等方面。3.2.3复合类抗菌剂为了克服无机抗菌剂毒性及有机抗菌剂易洗脱、耐热性能的不足，采用有机或无机及亲水性物质复配的方式。在复配体系中，有机、无机抗菌剂等的固有抗菌活性可能会显著提高。一般有机抗菌剂可以同亲水性物质形成共聚物。无机抗菌剂包括含银、铜、锌离子一种或多种的载体型抗菌剂，或采用具有光催化活性的

16、无机金属氧化物或硫化物如TiO2等18。表1有机抗菌剂的分类及主要抗菌机理19-20种类成分以壳聚糖等为主的抗菌剂（1）氨基阳离子与构成微生物细胞壁的唾液酸磷脂等阴离子相互吸引，束缚了微天然抗菌剂生物的自由度，阻碍其代谢、繁殖；（2）相当低分子量的壳聚糖分子侵入微生物细胞内，阻碍微生物的遗传密码由DNA向RNA制，由此阻碍微生物繁殖。化学合成有机抗菌剂成分以季镂盐类、酚类、卤素类、有机氮类等为主的抗菌剂（1）作用于细胞壁和细胞膜系统；（2）作用于生化反应酶或者其他活性物质；（3）作用于遗传物质或遗传微粒结构。表2无机抗菌剂的分类及主要抗菌机理21-22类型种类主要抗菌机理金属离子型在抗菌剂的作

17、用过程中，逐渐溶出的金属离子与生物体内蛋白质、核酸中存在的疏基Au、Ag、Hg,Cu（一SH）、氨基（一NH2蹲含硫氮的官能团发生反应，使一些必要的酶丧失活性，从而等金属及其化合物达到抗菌目的。宽禁带的n型半导半导体的能带结构通常是由一个充满电子的低能价带（VB）和空的高能导带（CB）构体氧化物，如成。价带和导带之间存在禁带。当能量大于或者等于半导体带隙能的光波辐射此半导TiO2、ZnOCdS体时，处于价带的电子就会被激发到导带上，价带生成空穴，从而在半导体表面产生WO等了具有高度活性的空穴/电子对4.未来发展及展望与许多国家相比，我国在抗菌产品方面的研究和开发均较晚，但随着市场需求的不断扩大

18、，我国的发展势头较为强劲。随着研究的不断加深，发现抗菌技术在纺织行业的应用领域非常广泛，可用于开发如毛巾、手套、枕巾等抗菌功能纺织品。现行的抗菌纺织品大多具有广谱抗菌性及高效的抗菌力。通常，抗菌的范围越广，相对应所使用的抗菌剂的化学毒性就越大，同时就会对人体造成或多或少的伤害。人类皮肤上有许多正常菌群，某些高效的抗菌剂会过度消灭正常菌群，身体失去正常菌群的保护，就会遭受侵袭，效果往往适得其反。因此，抗菌纤维的研究还需要深入进行，主要包括以下几个方面：(1)抗菌纤维的耐久性依然有待提升，可以考虑从抗菌剂的选择及加入方式等方面着手研究。(2)抗菌范围还不是特别广，可以选择多种抗菌剂复配使用。(3)

19、在抗菌纤维的生产加工过程中，如何保持其抗菌性不下降，可以从抗菌剂的选择及生产工艺上进行考虑，以保证类似抗菌绒毛浆纤维的抗菌效果。总之，抗菌纤维的研究应朝着抗菌范围更广、抗菌持久性好、功能更齐全的方向发展。参考文献：1李会改，万明，王梅珍，等.银系抗菌纤维的研究现状J.合成Zf维，2014:29-32.2马肃，刘峥，袁帅，等.载银剑麻抗菌纤维的制备及其抗菌性能的研究J.化工新型材料，2012,(12):143-6.3何秀玲，郭腊梅.纳米载银无机抗菌剂及其在纺织品上的应用J.上海纺织科技,2003,31(3):54554冯德才，刘小林，杨其，等.抗菌剂与抗菌纤维的研究进展J.合成纤维工业，2005

20、,28(4):4042.5YeoSangYoung,LeeHoomJoo,JeongSungHoon.PreparationofnanocompositefibersforpermanentantibacterialeffectJ.JournalofMaterialsScience,2003,38(10):21432147.6季君晖.抗菌纤维及织物的研究进展J.纺织科学研究,2005,(2):18.7师利芬，张一心.抗菌纤维及其最新研究进展J.纺织科技进展,2005,(1):46.8张幼维，赵炯心，张斌，等.抗菌防臭涤纶及其织物的制备J.合成纤维工业，1999,22(2):3033.9刘美娜，

21、韩光亭，张元明.纳米银抗菌涤纶纤维结构与性能初探J.青岛大学学报(工程技术版),2008,23(1):2124.10 YaoFang,FuGuodong,ZhaoJunpeng,etc.Antibacterialeffectofsurface-functionalizedpolypropylenehollowbermembranefromsurface-initiatedatomtransferradicalpolymerizationJ.JournalofMembraneScience,2008,(319):149157.11龚文忠.新型存储缓释抗菌纤维特征及应用技术J.非织造布，2013,(6):76-79.12陈建，左武松.壳聚糖的应用研究综述J.淮北煤炭师范学院学报，2004,25(2):42-46.13赵博.Amieor抗菌纤维的性能特点及产