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反应性抗菌整理剂合成技术进展

作者:反应性抗菌整理剂合成技术进展  来源:反应性抗菌整理剂合成技术进展  发布时间:2009/10/27 9:39:06
反应性抗菌整理剂合成技术进展
纺织品与人们的日常生活息息相关,尤其是公共场所中的纺织品是细菌传播的重要途径,因此,抗菌纺织品的发展格外引人关注。纺织品抗菌性能的高低取决于所用抗菌整理剂性能的优劣。现有的抗菌整理剂虽具有抗菌效果好、安全性高和加工技术成熟等优点,但也存在广谱抗菌性和耐久性差的缺点。
为提高抗菌整理剂的耐洗性,国内外学者通过对现有整理剂化学改性引入活性基团、合成自身具有反应活性的新型整理剂及制备可活化再生的潜在反应性抗菌整理剂等方法,不断研制出一些新型的反应性抗菌整理剂,抗菌有效部分主要可归纳为有机硅季铵盐类、卤代羟基二苯醚类、壳聚糖类、卤胺类及其他类等。
1 有机硅季铵盐类抗菌整理剂
有机硅季铵盐类抗菌整理剂是目前使用较广泛的一类反应性整理剂,该类化合物不但具有优良的抗菌性能,而且与纤维之间的结合牢度较好,其代表性化合物为3一(三甲氧基硅烷基)丙基二甲基十八烷基氯化物。
通过改变季铵盐分子中取代基的种类和结构,可制备出多种新型有机硅季铵盐类抗菌整理剂。肖丽平等人以y一缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、氯化苄、吗啉等为原料,合成出了带有苯环或吗啉环的有机硅季铵盐化合物,并用振荡烧瓶法测试了制备化合物的抗菌性能。该化合物在结构上尚有待进一步的改进,以使抗菌性能更加优良。
此外,蔡翔等人以氨基硅油为原料,采用硫酸二甲酯为季铵化试剂制备出了有机硅季铵盐抗菌整理剂。抗菌实验表明,制备化合物对革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌、酵母菌均具有优良的抗菌效果,且整理后织物具有良好的耐洗性和柔软手感。
有机硅季铵盐类抗菌整理剂通过电场引力的作用,破坏了细菌的细胞壁和细胞膜,从而达到杀死细菌的目的,因此,对不带负电荷的细菌则不产生抗菌作用。值得指出的是,该类抗菌整理剂虽耐非离子表面活性剂和阳离子表面活性剂洗涤,但日常使用的洗涤剂大多数含有阴离子表面活性剂,因此,织物在洗涤时,其纤维表面键合的阳离子季铵盐易与阴离子表面活性剂结合,使织物丧失抗菌功能。
2 卤代羟基二苯醚类抗菌整理剂
卤代羟基二苯醚类化合物作为一种优良的抗菌整理剂,广泛应用于各个领域。由于其生理活性的差异与取代基的种类有关,因此,其衍生物的合成及构效关系研究也是国内外学者研究的热点。
Ho1zl Werner等人以氯代羟基二苯醚为母体化合物,通过向内引入环氧、一氯均三嗪等官能团,制备出了具有活性基团的系列抗菌整理剂。
抗菌性能测试表明,制备化合物组成的溶液具有较好抗菌性能,但未见作者将制备的整理剂应用于纺织品抗菌整理的报道。
何瑾馨等人以2,4,4 一三氯一2 一羟基二苯醚为母体化合物,首先以氯磺酸为磺化剂引入水溶性基团,然后再与三聚氯氰反应引入活性基团,从而制备出了具有反应活性的卤代羟基二苯醚类抗菌整理剂,其反应过程如下。
在此基础上,作者将制备的整理剂应用于纤维素纤维的抗菌整理。性能测试表明,整理后织物具有优异的抗菌性能和耐洗牢度,标准方法洗涤11 h后,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率可分别达到89.52% 和90.0% ,且整理前后织物原有物理性能基本保持不变,是一种优良的反应性抗菌整理剂。
3 壳聚糖类抗菌整理剂
壳聚糖是从天然蟹壳、虾壳和昆虫类的外壳中提取的甲壳质经脱乙酰化精制而成的,经其整理后的纺织品具有良好的抗菌性,符合人们对纺织品健康环保的要求,具有较大的市场前景。壳聚糖对大多数细菌和真菌的抑制活性来自于自身的聚阳离子性,然而由于壳聚糖在pH值大于6.5时失去阳离子性,因此,该抑制活性局限于酸性环境。此外,由于壳聚糖本身不带有活性基团,应用于纺织品抗菌整理时不能与纤维发生共价结合,耐洗牢度较差。据文献报道,在壳聚糖分子结构中引入一氯均三嗪基团可显著提高壳聚糖整理棉织物的抗菌耐洗性能,经改性壳聚糖整理后织物标准方法洗涤20次后抗菌率仍可达到80%以上 而经非反应性壳聚糖处理的织物标准方法洗涤5次后抗菌性能即显著降低。
Lim等人报道了一种新型的含反应活性基团的水溶性壳聚糖衍生物的制备过程,即在壳聚糖骨架上首先引入季铵盐基团,增强其抗菌性并赋予壳聚糖在酸、碱条件下的水溶性然后引入在碱性条件下能与纤维发生共价结合的丙烯酰胺亚甲基活性基团。
制备的整理剂可采用冷轧堆的方法整理到纤维素织物上,结果发现当整理剂用量为工作液质量的1% 时 整理后织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率为100%,洗涤50次后抗菌率仍可达到99%。对比实验发现,单纯采用壳聚糖作整理剂整理过的织物在用量为工作液质量的1% 时 经10次洗涤后抗菌率则由洗前的100%降低到30%。
4 卤胺类抗菌整理剂
与其它反应性抗菌整理剂的作用原理不同,卤胺类化合物是一类具有潜在抗菌功能的整理剂,将其通过共价键结合到纤维素纤维表面之后,可通过一个可逆的化学过程对其进行活化,释放出具有抗菌功能的基团,从而达到抗菌的目的,因此,属可再生的反应性抗菌整理剂。
Kevin Barnes等人研究发现,胺、酰胺和酰亚胺3种结构形式的卤胺化合物均具有一定的抗菌功能,但不同结构的杀菌能力与其在水溶液中的水解常数有关。
胺结构形式的卤胺化合物杀菌能力很强,但水解常数较小;酰亚胺结构形式的卤胺化合物虽水解常数较大,但杀菌能力不足;酰胺结构形式的卤胺化合物水解常数和杀菌能力适中,适宜用作抗菌整理剂。
Gang Sun等人设计合成了一种含有卤胺结构的反应性可再生乙内酰脲类抗菌整理剂(DMDMH),其在一定条件下能与纤维素纤维发生共价结合,但本身不具有抗菌性,需经稀的氯漂液氧化后才具有抗菌活性。性能测试表明,整理剂用量为工作液的2%时,DMDMH整理后棉织物或涤棉混纺织物即可达到较好抗菌效果,并且可耐50次水洗;此外,织物表面的整理剂经稀氯漂液浸泡后可再生,该过程可循环10次以上。
由于分子结构中含有硅氧烷基团,经水稀释时硅烷氧基遇水分解形成硅醇,其在高温条件下能够与纤维上的活性基团如一OH、一NH 等发生脱水缩合反应,也可自身发生交联,从而牢固地固着在纤维表面。经5%工作液的整理剂整理的棉织物增重7.5%,稀氯漂液氧化后有效氯含量为0.66%,它对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均较高,且经50次标准洗涤后,有效氯的保留率为68%,从而保留了良好的抗菌效果。有机硅卤胺化合物的成功研制,拓展了卤胺类抗菌整理剂的应用范围,使其由原来局限于纤维素纤维表面的抗菌整理扩大到含有活泼氢的聚合物表面的抗菌整理。
反应性可再生卤胺类抗菌整理剂具有抗菌广谱、良好的耐久性和可再生性等优点,但由于抗菌整理剂在杀菌过程中释放的游离氯会刺激人的皮肤引起发炎等症状,因此,不适于贴身穿着织物的抗菌整理。
5 其它类抗菌整理剂
5.1 氯代三聚氰胺衍生物类抗菌整理剂
MarthaBraun等人研究发现.由于三嗪环具有较强的吸电子能力,使得氯代三聚氰胺衍生物的杀菌活性和水解稳定性介于具有胺和酰胺结构的卤胺化合物之间。为此,作者设计、合成并测试了4一氨基一6一氯一(1,3,5)一三嗪一2一酚(ACHT)化合物的抗菌活性。
ACHT对棉织物采用浸轧焙烘整理工艺, 按照AATCC100—1999测试其对大肠杆菌的抗菌性,发现当经氯漂后织物上的有效氯含量为316 ppm/g时,与细菌接触30 min,抗菌率可达到99.99%:对金黄色葡萄球菌也有类似的抑制作用,并且整理后的织物在18。C,65% 回潮率条件下储存3个月以上,抗菌性能变化不大。
5,2 反应性多功能抗菌整理剂
如果纤维经一次整理,即可赋予纤维多种新的功能,则不但可大幅提高纺织品的附加值,也可减少整理工序,有利于节能和环境保护。因此,对多功能整理剂的研究是当前普遍关注的课题。
苗蔚荣课题组设计并合成了系列结构的反应性多功能整理剂,集杀菌、抗静电、柔软等功能于一身,且通过桥基将反应基团引入整理剂分子结构中,成功地解决了耐久性问题。其通式可写为:A-B—R—B—A ,其中A、A 为阳离子季铵盐类整理剂基团,R为可以与多种纤维反应的活性基团,B为连接季铵盐类整理基团与反应基团的桥基。当R为活性染料基团时,该整理剂可集染色与抗菌整理工艺于一身,具有实际应用价值。
采用浸轧焙烘工艺对棉织物进行整理发现,当整理剂用量为工作液质量的3% 时,用振荡烧瓶法对金黄色葡萄球菌进行测试表明,抗菌率为97.3% .标准洗涤10次后仍能达到95.6%, 并且拒水拒油效果显著。
6 结束语
纺织品抗菌整理加工是列入2世纪的四大有希望的功能性整理之一 开展具有反应活性抗菌整理剂的合成及应用性能研究,是今后纺织品抗菌整理剂发展的方向。随着人们对纺织品健康、环保的要求,对壳聚糖类天然抗菌整理剂进行改性制备出新型的天然类抗菌整理剂,将具有广阔的市场前景;可再生卤胺类化合物的成功设计与合成,提供了纺织品抗菌作用的新原理,在产业用纺织品领域应用前景广阔;多功能抗菌整理剂不但可大幅提高纺织品的附加值,而且可以减少整理工序,有利于节能和环境保护。因此,不同结构的抗菌整理剂特性不
同,国内科技工作者应结合实际情况,研制出具有独特性能和自主知识产权的抗菌整理剂,以适应时代发展的潮流,提升我国纺织品的档次。

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