抗菌纤维及抗菌纺织品

抗菌纤维及抗菌纺织品第一页，共二十三页，2022年，8月28日抗菌纤维一、抗菌纤维的分类1、本身带有抗菌功能的纤维，如某些麻类纤维、甲壳素纤维及金属纤维等。2、用抗菌剂进行整理的纺织品，此法加工简便，但耐洗性略差；3、将抗菌剂在化纤纺丝时加到纤维中而制成的抗菌纤维，这类纤维抗菌、耐洗性好，易于织染加工。二、抗菌机理及加工方法目前用于纺织品的抗菌剂主要有有机和无机两类。有机抗菌剂一般是通过活性成分带有的正电荷基团与细菌表面的负电荷相互吸引，以物理方式破坏细菌的细胞膜，起到抑菌抗菌的功能。无机抗菌剂是让纤维中逐渐溶出的微量金属离子向细菌细胞内扩散，引起细菌代谢障碍而死亡。目前开发的抗菌纤维有涤纶、丙纶、锦纶、腈纶等。第二页，共二十三页，2022年，8月28日三、抗菌纤维的典型品种1、金属纤维指银、铜及镍铬合金等金属丝经拉拔、电镀、分解等特殊工艺加工制成的截面直径为2~20μm纤维束。它不仅有较好的防静电、防微波辐射功能，也具有良好的抗菌性。试验证明，镍铬合金及银纤维的抑菌效果较好，但镍铬合金价格较低。几种纤维的抑菌效果如表。用金属纤维与棉按10：90的比例混纺后，所制成的金属、棉混纺纱可应用于针织物，制成永久抗菌针织物。第三页，共二十三页，2022年，8月28日大肠杆菌白色葡萄球菌个/mL抑菌率个/mL抑菌率镍铬合金纤维3.0×10795.68.8×10796.9银纤维2.8×10795.91.04×10896.3铜纤维1.6×10876.58.4×10870.0普通棉纤维6.3×10808.3×109-17.9第四页，共二十三页，2022年，8月28日2、丙纶抗菌纤维丙纶抗菌纤维的制造工艺如下：抗菌剂液相合成分离改性复配与丙纶切片共混抗菌母粒与丙纶切片共混纺丝上油牵伸假捻加弹包装

3、纳米抗菌涤纶由于涤纶熔融温度较高，对抗菌剂的选择首先要考虑耐高温、不易分解、安全卫生。为了使纳米抗菌剂能均匀分散在聚合物中，除将抗菌粉体进行表面处理外，需用共混法制成的纳米抗菌母粒进行纺丝。

第五页，共二十三页，2022年，8月28日4、Amicor抗菌纤维

Amicor纤维是Courtaulds公司生产的抗菌纤维系列。其基纤维是聚丙烯腈系纤维。产品主要有AmicorAB（抗菌型）和AmicorAF（抗霉菌）两种产品。这两种产品可分别使用。为了赋予双重（抗菌和抗霉）的活性，也可以作为混纺纱联合使用，称为AmicorPlus。Amicor可以和许多其他纤维进行混纺，如棉、毛、尼龙、Tencel、粘胶及聚酯。其中与棉混纺时纱线既有棉的吸收能力和手感，又有Amicor产生的抗微生物保护作用。由于Amicor中的抗菌剂是以固体颗粒的形式分散于纤维结构中，作为储存器的颗粒将化学品缓慢释放出来，因此由Amicor混纺纱制成的织物具有优良的水洗稳定性。第六页，共二十三页，2022年，8月28日5、天然抗菌纤维甲壳素纤维和竹纤维竹纤维是一种用竹子为原料的新型再生纤维素纤维，其形态特征和机械性能都与粘胶相似。竹纤维具有独特的天然抗菌性能，24小时内抗菌率可达到70%。第七页，共二十三页，2022年，8月28日四、抗菌纺织品检测方法——振荡烧瓶实验1、实验原理：在液体中通过长时间振荡，增加微生物与抗菌产品内抑菌药物的接触以显示其抑菌作用。本试验适用于非溶出性抗菌产品。抑菌率的计算评价规定试验样片的抑菌率与对照样片抑菌率的差值>26，即可认定该样片或纤维具有抗菌作用。抑菌率=样品振荡前平均菌落数—样品振荡后平均菌落数样品振荡前平均菌落数*100%第八页，共二十三页，2022年，8月28日抗菌纺织品抗菌纺织品的研究与应用与人类健康密切相关,因而越来越受到人们的重视。抗菌纺织品可以明显地提高产品的附加值,满足人们对健康环保的需求,因此市场潜力很大。纺织品的抗菌整理多采用主动抗菌,即通过一定方式将特殊的抗菌物质引入纺织材料,以达到抗菌的目的。目前多采用双胍类、异噻唑啉酮类、有机硅季铵盐类和酚类等溶出型有机抗菌剂。但是,长期使用这些抗菌剂很容易产生耐药性菌种,大大影响了抗菌效果。相反,无机抗菌杀菌剂具有抑菌持久性、广谱性、高度安全性等优点,因而其应用领域不断扩展。金属离子抗菌剂是一类重要的无机抗菌剂,其中银离子的抗菌能力远远强于其他抗菌金属离子,故银系无机抗菌剂在抗菌纺织品上的应用越来越广泛。第九页，共二十三页，2022年，8月28日银系抗菌纺织品1银的抗菌性微量的、相对无毒的金属具有杀灭病原体和防止它们增殖的“微量作用效应”。在所有金属中,银最具微量生物活性。银的使用最早可以追溯到18世纪使用硝酸银治疗胃溃疡。19世纪第1次确定了银离子的抗菌活性,到了20世纪20年代,胶体银由于可以有效地处理伤口而被美国食品药品署(FDA)认可。与其他抗菌剂相比,银系抗菌剂具有抗菌性能高(见表1),不易产生抗药性的特点,具有很高的安全性。在温暖潮湿的环境里,银离子具有非常高的生物抗菌活性。同时,银系抗菌剂还具有很多优点,如对皮肤没有刺激性,不影响纺织品的服用性能,因此银系抗菌剂适合于抗菌功能纺织品的制备第十页，共二十三页，2022年，8月28日表1用于纺织品的不同抗菌剂性能比较

注:+表示有效;+++表示高效;-表示无效。测定方法不同,不同抗菌剂间无法进行比较。

抗菌剂格兰氏阳性菌格兰氏阴性菌真菌抗药性皮肤吸收毒性三氯生+-+有有很少到无毒银系+++++++++未报道轻微很少到无毒季铵盐+--有有中等到高壳聚糖+++未报道未报道生物降解聚己缩胍+++未报道无很少到无毒铜系+++有无和剂量相关第十一页，共二十三页，2022年，8月28日2银的安全性我国民间很早就认识到银有抗菌作用,并记述了银的毒性,明代医学家李时珍在《本草纲目》中对银的性质有所记述:“生银、味辛、寒、无毒”。从生理学上讲,银不属于人体必需的微量元素,但由于食物和饮水的摄取或者职业的原因,人体内仍然可以检测到银的存在(质量浓度<213μg/L)。疾病治疗过程中所使用的含银药膏、绷带或者导尿管等所含的银也会进入人体的循环系统。在大多数情况下,银与人体细胞中的金属硫蛋白作用会形成蛋白络合物,从而减小了银的毒性。含银医用敷料所释放的银除了形成硫化物或氯化物沉淀,与伤口的分泌物反应形成稳定的复合物外,有较少部分也会通过开放的伤口进入人体。研究报道,受伤皮肤吸收的银离子量远高于健康人体的皮肤。从理论上讲,银会沉积于人体的任何组织之中,但只有皮肤、大脑、肝、肾、眼睛和骨髓是目前研究最多的部位。大多数的银主要通过肝和肾排出人体,同时头发和指甲的生长也提供了一个排泄途径。第十二页，共二十三页，2022年，8月28日目前对银的摄入和银在人体中新陈代谢的研究还较少,只有少数关于磺胺嘧啶银的临床研究。自引入市场以来,磺胺嘧啶银已经在临床上使用了几十年,病人每天最多可使用30g(含银9.06g)。研究表明在使用磺胺嘧啶银时,10%的银会被人体吸收,而高度血管化的伤口吸收更高。使用磺胺嘧啶银的病人体内血银质量浓度可高达>300μg/L,但至今未发现明显的毒副作用。Wysor采用口服或皮下注射的方法将1050mg/kg的磺胺嘧啶银(含30%银,相当于70kg的人使用22g的银)用于小鼠,连续实验1个月后,受试动物无死亡,体重无减轻,没有行为改变和腹泻;组织切片分析发现,受试动物无明显病变。与人体皮肤直接接触的医用纤维中含有的金属银和银离子,受汗液、皮脂和组织分泌液的激活而积累在皮肤的表面,其中一些会形成硫化银穿过皮肤的表层而沉淀在皮肤中。虽然高温和高湿环境将加速皮肤和黏膜对银的吸收,但由此造成的银吸收远远低于使用1%磺胺嘧啶银软膏病人所吸收的量。第十三页，共二十三页，2022年，8月28日3不同价态银的抗菌性能大量研究表明,不同价态的银均具有杀菌效果,但随着价态的变化,其杀菌机制有所不同。总体来说,高价态离子的还原势极高,能够导致原子氧产生的能力也相应的较大,从而极大地提高了抗菌性能。银具有3种氧化态:Ag(Ⅰ)、Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ),不同形态银的抗菌性能的顺序为[12-14]:Ag4O4>Ag(Ⅲ)>Ag(Ⅱ)>>Ag(Ⅰ)>Ag(0)。表2中列出了银单质和不同形态化合物离子化能力的定性比较。第十四页，共二十三页，2022年，8月28日表2用于抗菌材料的银系化合物第十五页，共二十三页，2022年，8月28日

Ag4O4是由2个Ag(Ⅰ)和2个Ag(Ⅲ)与4个O2-紧密结合构成的一种具有活跃电子的分子晶体。由于在同一个分子内存在着Ag+/Ag3+,使电位不平衡,Ag4O4具有潜在的电子跃迁的能力和向更稳定状态变化的趋势。Ag4O4与病毒、细菌、真菌和原生动物等生物体的膜和衣壳上的特定蛋白表面裸露的-N基(-NH-,-NH2)和-S基(S-S,-SH)具有亲和性,可以发生热力学吸附并触发氧化还原反应和由反应产生的Ag2+的螯合反应,从而致使蛋白质构象改变,最终导致病原体死亡。Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ)具有比Ag(Ⅰ)更强的杀菌能力,但其杀菌机制目前还未见详细报道。一般认为是Ag(Ⅱ)和Ag(Ⅲ)的强氧化性使其拥有杀菌能力。Ag(Ⅲ)的杀菌速度平均要比Ag(Ⅰ)快240倍,杀菌效果是Ag(Ⅰ)的200倍。第十六页，共二十三页，2022年，8月28日在这些银的形态中,只有Ag(Ⅰ)和Ag(0)最稳定,并且已经应用于各种抗菌材料。Ag(Ⅰ)中使用最多的是硝酸银和磺酸嘧啶银。硝酸银是非常优异的抗菌剂,其抗菌性能比很多其他抗菌剂(包括磺酸嘧啶银)要好,特别是在消除抗性品系的金黄色葡萄球菌、肺炎球菌以及绿脓杆菌上效果更好。但硝酸银的用量不能超过1%,否则与活组织细胞接触时会引起细胞电解质钠和钾的流失。磺酸嘧啶银避免了硝酸银的很多缺点,同时广谱抗菌。虽然磺酸嘧啶银在水中的溶解度较小,但它与体液作用释放银离子的能力并不差。当磺酸嘧啶银质量浓度达到50mg/L时,95%的人体伤口中细菌种类都可以有效地消除,然而银离子极易与生物体中的氯离子产生氯化银沉淀,进而诱发人体过敏反应产生。第十七页，共二十三页，2022年，8月28日银系抗菌纺织品的制备

目前银系抗菌纺织品的制备方法主要有纤维改性法和织物后整理法。纤维改性法首先在成纤高聚物中添加合适的抗菌剂填料,然后进行湿法或熔融纺丝,再加工制成抗菌织物;织物后整理则是通过在织物表面涂层或浸渍抗菌剂的方式,使纺织材料表面形成抗菌层。每种方法都有各自的优缺点,生产中可根据不同的需求采用相应的加工方法,见表3。第十八页，共二十三页，2022年，8月28日第十九页，共二十三页，2022年，8月28日目前抗菌纺织品的生产主要以纤维改性为主。该法是将抗菌剂的超细粉末作为添加剂进行纺丝,此时抗菌剂进入到纤维的内部,故耐洗涤性能好,抗菌效果持续时间长,但纤维改性法对抗菌剂的要求较高,抗菌剂必须在水、碱和酸里的溶解度极低,化学稳定性好,耐强酸、碱和氧化剂,热稳定性好,因此目前抗菌添加剂多为载银陶瓷颗粒或者载银沸石。在加工过程中,要求添加的抗菌剂必须与纤维本体有良好的相容性和分散性,同时抗菌剂颗粒细小,粒径分布范围窄,不能影响纺丝;添加剂的加入不能够影响纤维的物理性能,包括纤维的强力和伸长。纤维改性方法大多只适用于合成纤维,除纳米银抗菌剂外无法对棉、麻、毛、丝等天然纤维进行抗菌加工。第二十页，共二十三页，2022年，8月28日第二十一页，共二十三页，2022年