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抗菌粘胶纤维结构性能研究

作者:抗菌粘胶纤维结构性能研究  来源:抗菌粘胶纤维结构性能研究  发布时间:2011-4-21 8:19:04

抗菌粘胶纤维结构性能研究

摘要:通过在粘胶纤维表面进行接枝预处理,采用耐酸耐碱型表面活性剂APG作为载银纳米SiO2抗菌剂的乳化分散剂,以两种不同工艺方法分别制备抗菌粘胶纤维,测试制得的抗菌粘胶纤维的抗菌性能及力学性能。结果表明,粘胶纤维经接枝过渡层预处理后,纳米抗菌剂渗入接枝过渡层,形成一层抗菌功能层,与未经预处理制得的抗菌纤维相比,该工艺制得的抗菌粘胶纤维具有更好的抗菌效果及耐洗涤性,且其力学性能有利于后处理加工。

关键词:抗菌剂;粘胶纤维;载银纳米SiO2;抗菌性能;洗涤性

随着抗菌产品时代的到来,研究抗菌纤维便成了纤维界关注的焦点。粘胶纤维由于其自身优良的吸湿性、光滑凉爽、透气和抗静电等特性,历来被人们认为是一种高档的纺织材料。纳米氧化物具有多微孔结构特征,其粒径小、比表面积大、表面有大量的悬键及不饱和残键,具有很高的表面活性和成键倾向,可制成抗菌性能非常优良的纳米复合抗菌粉体。由于纳米材料的易团聚性及与高聚物间的相容性差,严重影响了其应用等级和范围。因此许多研究者致力于如何改善纳米氧化物团聚倾向、与高聚物材料复合,及更充分发挥纳米功能材料的功能性研究。抗菌粘胶纤维的制备方法已有研究,通常采用的方法是通过表面处理方法得到抗菌粘胶纤维,或在纺织原液中直接混合抗菌剂挤出成丝。表面处理技术具有工艺操作简单、易控制等优点,但具有功能材料与纤维相互间作用力弱、功能不持久等缺点。为此,实验采用新一代的天然绿色非离子表面活性剂烷基多苷APG作为纳米抗菌剂乳化分散剂,利用其良好的物理化学性能及在酸碱性中的独特溶解性、表面活性,可显著改善纳米材料的易团聚性,并且其又具有可降解性,对皮肤安全无毒,对于抗菌纤维的实际生产应用有着积极的作用和意义。在此基础上,通过实验对比探讨了抗菌粘胶纤维的制备方法,以求获得制备具有长久抗菌功能纤维的方法。

实验选用表面预处理的方法,在粘胶纤维表面接枝丙烯酰胺来改善基体与纳米氧化物之间的结合能力,然后将载银纳米SiO2抗菌剂接枝到粘胶纤维表面,制备出抗菌粘胶纤维。

l 实验

1.1 原料

丙烯酰胺(AM),分析纯,天津新纯化学试剂研究所;高锰酸钾(KMnO4),分析纯,天津科密欧化学试剂开发中心;纳米SiO2载银抗菌粉体, 自制。APG,中国日用化学工业研究院。

1.2 样品的制备

1.2.1 粘胶纤维表面预处理

将KMnO 溶解在去离子水中,制成一定浓度的溶液。将粘胶纤维放入溶液中浸泡15 min,然后取出洗至洗出液无色,干燥。

在250mL的锥形瓶中,配制1.2mol/L的丙烯酰胺单体溶液,用0.08 mol/L的硫酸调节pH为5—6,加入经KMnO 预处理的粘胶纤维,在80℃水浴中进行接枝共聚反应2 h。反应完毕,用无水乙醇和水(体积比1:4)脱去均聚物,恒重后再离心脱水,于烘箱中烘干至恒重。

1.2.2 抗菌粘胶纤维的制备

称取5 g的抗菌剂,采用生物降解的绿色非离子表面活性剂APG作为分散剂进行乳化分散,加入去离子水至200 mL,使分散后的混合液的pH值为6,在60℃搅拌15 min,制得抗菌功能母液。实验采用两种方法制备抗菌粘胶纤维进行比较.

1.3 表征与检测

采用JSM—M5800型扫描电镜(SEM)和HRTEM一2010型透射电镜(TEM)观察抗菌纤维样品的形貌及结构;选取大肠杆菌(ATCC 8099)和金葡萄球菌(ATCC6538)为抗菌I生能测试菌种,采用振荡烧瓶法测试抗菌}生。试验温度25℃ ,相对湿度60%,试验重复3次。

使用YG (B)O03A型电子单纤强力仪(温州市大容纺织标准仪器厂)进行纤维强度的测试。实验方

法:工作长度10 mm,预张力4.75 MPa,拉伸速度10mm/min,实验次数50次,取平均值。

2 结果与讨论

2.1 抗菌纤维的结构

抗菌粘胶纤维1#的表面接枝的抗菌剂不是很多,只是在粘胶表面的沟槽里存在,没有将纤维表面包覆,即抗菌剂在纤维表面的接枝率较低。而经丙烯酰胺接枝聚合并接枝抗菌剂后,在粘胶纤维表面形成了一层致密的抗菌层,并均匀包覆于粘胶纤维表面。这是因为在粘胶纤维经预处理后,在表面接枝了一层聚丙烯酰胺,聚丙烯酰胺结构单元中含有极性基团— — 酰胺基,易与抗菌剂形成氢键,使更多的抗菌剂接枝到粘胶纤维表面,从而提高抗菌剂的存留率。粘胶纤维的截面呈锯齿形皮芯结构,并且皮芯结构明显不均匀,皮层较薄,纵向平直有沟横。1区为粘胶纤维的芯层,2区为粘胶纤维的皮层,3区是接枝的抗菌功能层,黑色部分是抗菌剂,白色基底是接枝的聚丙烯酰胺层。可以看到,抗菌剂已逾渗到了粘胶纤维表面的聚丙烯酰胺接枝层内。从图中可以看出,抗菌功能层厚约200 nm,且与粘胶纤维的皮层紧密结合,融为一体。

2.2 抗菌粘胶纤维的表面结构

比较红外图谱可以发现,抗菌处理前后红外图谱在4 000 cm ~2 500 cm 范围内几乎没有变化,曲线c为抗菌粘胶纤维2#的红外光谱图,与未接枝抗菌剂的粘胶纤维的红外光谱图(曲线a)相比,在曲线c上1 561 cm 和1 541 cm 处出现了新的吸收峰,它们是N—H键的吸收峰,说明丙烯酰胺在纤维上的接枝共聚的成功进行。另外在两种抗菌纤维的1 072cm波数处的特征峰都增大,它代表了Si—O键的对称伸缩振动的吸收谱带,这说明抗菌剂结合到了纤维表面。

2.3 抗菌粘胶纤维的抗菌性

将实验制得的抗菌粘胶纤维,分别对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行抗菌l生能测试。抗菌粘胶纤维2#对大肠杆菌的抗菌实验照片,通过与抗菌纤维接触后,细菌存活的菌落数相对于杀菌前减少明显,只有几个,说明抗菌效果良好。

纤维2#对两种测试菌的抗菌率都在90%以上,而纤维1#的抗菌率只有70%,说明采用表面接枝丙烯酰胺制备的抗菌粘胶纤维具有良好的抗菌陛能,这主要是因为纤维2#表面接枝有更多的抗菌剂,这也可从纤维的热失重曲线中得到证实。

实验使用的纳米抗菌剂具有很好的稳定性,当加热温度升至500℃时,粘胶纤维基本热解完,而抗菌剂中的硅不能被分解,因此使用500℃剩余量来考察纳米抗菌剂在不同工艺中制备的抗菌粘胶中的含量。经测试,得抗菌粘胶的热重曲线图。可以发现,原粘纤500 ℃的剩余量大约为20%,但是抗菌粘胶l样的剩余量上升到23%,剩余量增加3%;接枝粘胶纤维的剩余量为14%左右,而抗菌粘胶2#的剩余量增到了22%,剩余量增加了8%。抗菌粘胶2#比l#的抗菌剂含量多了5%,因此其抗菌性更好。

2.4 抗菌粘胶纤维的耐洗涤性能

对实验制得的抗菌粘胶纤维进行耐洗涤性能测试,经过10次、20次和3O次洗涤后,分别对大肠杆菌和金葡萄球菌进行抗菌性能测试。

结果表明,由于抗菌性受洗涤的影响,随着洗涤次数的增加,抗菌性会有所降低。在洗涤30次以后,抗菌粘胶纤维1#的抗菌率从70%多下降至30%;而抗菌粘胶2#的抗菌率仍在80%以上。这说明,采用表面预接枝改性方法制备的抗菌粘胶纤维具有良好的耐洗涤性能。

2.5 抗菌粘胶纤维的力学性能

材料的表面改性不但影响材料表面形态、化学结构及表面性能的变化,同时对材料的使用性能也有很大的影响。对粘胶纤维来说,表面结构对其强度有影响,从而也影响它的使用性能。实验测得两种抗菌纤维样品的力学性能可见,两种方法制备的抗菌粘胶纤维的干、湿强度及伸长率较未处理粘胶纤维来说都有所下降,但是两种抗菌纤维相比,2#抗菌纤维的伸长率虽然下降较多,但强度较好,下降较少,这更易于后序工序的加工。

3 结论

1)通过对粘胶纤维的表面预处理的方法,将纳米抗菌剂成功接枝到粘胶纤维表面,制备了具有良好抗菌性能的抗菌粘胶纤维。

2)采用表面预接枝丙烯酰胺制备的抗菌粘胶纤维具有良好的抗菌性能,抗菌率达90%以上,同时具有良好的耐洗涤性能。

3)采用表面预接枝的方法对纤维的力学性能影响较少,可保证纤维的可加工性及服用性。

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