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不同制备工艺对抗菌羊毛纤维抗菌性能的影响

作者:不同制备工艺对抗菌羊毛纤维抗菌性能的影响  来源:不同制备工艺对抗菌羊毛纤维抗菌性能的影响  发布时间:2011-4-21 8:20:22

不同制备工艺对抗菌羊毛纤维抗菌性能的影响

摘 要: 运用紫外光辐照的方法对羊毛纤维表面预处理,采用不同工艺使其与载银纳米SiO2 抗菌剂复合,制备抗菌羊毛纤维. 分别以大肠杆菌(ATCC 8099) 和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538) 为实验菌种, 对抗菌羊毛纤维进行抗菌性能的测试. 实验结果表明: 采用“UV 处理后的羊毛在抗菌功能溶液中浸渍,再进行二次辐射,最后洗涤干燥”的工艺较好,该工艺制备的抗菌羊毛纤维,接枝吸附率较高,抗菌效果较明显,在洗涤30 次后,仍具有良好的抗菌性.

关键词: 羊毛纤维; 抗菌性能; 制备工艺

 随着社会的发展和人民生活水平的提高,人们对功能性纺织品的需求越来越高,这在一定程度上推动了功能性纺织品的开发进程,功能性将成为今后纺织品生产能否生存和发展的决定性因素 . 作为人类有史以来应用最久、最多的传统天然纤维———羊毛纤维,其不仅是纺织工业的重要原料,而且具有许多其它纤维不能与之媲美的优良特性. 但是作为天然蛋白质纤维,羊毛本身并不具有抗菌功能,它的制品往往为细菌提供了生存的“温床”,对人体健康及环境造成一定的威胁. 羊毛纤维的抗菌功能化逐渐被纺织行业重视,也随即成为国内外研究的热点. 相对于羊毛的防毡缩、染色和防起球的报道] ,有关抗菌羊毛纤维的研究报道较少.本实验利用外场诱导条件- 紫外光辐照预处理羊毛纤维表面,采用不同工艺使其与抗菌功能材料紧密结合,以实现持久的抗菌功能.

1  实验部分

1.1  主要材料及仪器

材料:羊毛纤维,山西品德羊毛公司;丙酮,分析纯,市售;偶联剂KH2550 、分散剂CH210S ,市售;载银纳米SiO2 抗菌剂,自制, 参见文献;去离子水;大肠杆菌、金葡萄球菌,中科院微生物研究所.

仪器:HRJ EM22010 型高分辨透射电镜,日本电子公司; SW2CJ2IF 净化工作台,苏州净化设备有限公司; YXQ2SG412280A型电加热手提式压力蒸汽灭毒器,上海华线医用核子仪器公司; HPX29052MBE 型恒温培养箱,上海博迅实业有限公司; SHZ288 水浴恒温振荡器,江苏省金坛市医疗仪器厂;J 22 型菌落计数器,姜堰康泰医疗器材厂.

1.2  实验方法

抗菌功能母液的制备:将载银纳米SiO2 抗菌剂溶液,加入分散剂、偶联剂,制成载银纳米SiO2 抗菌功能母液备用.

抗菌羊毛的制备 :将UV 预处理后的羊毛纤维,采用不同工艺进行浸渍,然后洗涤、干燥,最后制得抗菌羊毛纤维.

根据辐照情况,实验讨论了3 种不同工艺方法制备抗菌羊毛纤维:

1) 羊毛纤维未经UV 处理直接浸渍

2) UV 羊毛纤维直接浸渍

3) UV 羊毛纤维浸渍同时二次辐照

1.3  抗菌性能测试

选取大肠杆菌(ATCC 8099) 和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538) 为实验菌种,LB 琼脂为2 种细菌的培养基. 将细菌置于LB 肉汤中,37 ℃培养18 h ,细菌浓度为1 ×108~3 ×108 cfu/ mL ,然后用LB 肉汤稀释至1 ×105~3 ×105 cf u/ mL . 依据《消毒技术规范》(2002 年版) 振荡烧瓶实验法,实验温度25 ℃,相对湿度60% ,实验重复3 次,按2.1.1.2.3 法进行活菌培养计数.

2  结果与讨论

2.1  载银纳米SiO2 抗菌剂的形貌与结构

载银纳米SiO2 抗菌剂HRTEM的照片中可以清楚地看到银的存在,其中从图中可以看到在纳米SiO2 基体上吸附了抗菌功能粒子,并且分布较均匀;从图中能看到存在大量金属原子的晶格像,说明功能粒子确实吸附到了纳米SiO2 孔洞的表面,呈球形,粒径约为10 nm. 通过计算,该粒子的晶面间距为0.20 nm ,与银(200) 晶面的晶面间距(0.20429 nm) 接近[8] ,从而可以确定其为银功能粒子.

2.2载银纳米SiO2 抗菌剂的抗菌性能

接触时间(与细菌) 不同的情况下,载银纳米SiO2 抗菌剂的抗菌性能结果如图所示从图中可以看出,载银纳米SiO2 抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有抗菌作用,当与细菌作用4 h 后,其抗菌率能达到了85 %以上,12 h 后对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率都在95 %以上,说明载银纳米SiO2 抗菌剂的抗菌性能良好.

2.3  不同工艺对抗菌羊毛纤维接枝吸附率的影响

由于紫外光辐照可以对羊毛纤维表面进行刻蚀、糙化,因此,当用载银纳米抗菌剂浸渍羊毛时,一方面羊毛纤维表面经紫外光辐照后产生的活性基团就可与抗菌剂发生接枝吸附反应,另一方面纳米抗菌剂的小尺寸效应、表面效应产生的逾渗作用,也会在羊毛纤维表面形成抗菌层.

不同工艺对抗菌羊毛纤维接枝吸附率的影响中可以看出,随着浸渍时间的增加,抗菌羊毛纤维的接枝吸附率增加,但对于不同工艺下的抗菌羊毛纤维,其接枝吸附率是不同的. 3 条曲线对应不同工艺的样品. 对于1# 抗菌羊毛纤维的接枝吸附率较低,在浸渍了35 min 后,接枝吸附率才达到0.19 % ,这是因为羊毛纤维在浸渍后,其表面复合的抗菌剂主要是单纯的物理吸附,在经过30 次的洗涤后,结合不牢的抗菌剂被洗掉了,故其接枝吸附率较低. 2 # 抗菌羊毛纤维的接枝吸附率有了较大的提高,其原因是紫外光辐照处理后的羊毛纤维表面被刻蚀、糙化形成了沟槽,并且表面还产生了很多活性自由基,当用载银纳米抗菌剂浸渍时,可以与纳米抗菌剂发生接枝吸附反应. 在洗涤过程中,由于抗菌羊毛纤维上的抗菌剂是以价键形式结合的,而非单纯的物理吸附,纳米抗菌剂不易被洗掉,故其接枝吸附率有了较大的提高. 但是当浸渍时间超过20 min 后,抗菌羊毛纤维的接枝吸附率表现出缓慢的提高,说明此时抗菌羊毛纤维与纳米抗菌剂的接枝吸附反应已趋于稳定. 与前2 种样品对比,3# 抗菌羊毛纤维的接枝吸附率有了更大的提高,其原因与2 # 样品相同. 但是与2 # 样品相比所不同的是,由于进行了二次辐射,当浸渍时间超过10 min 后,抗菌羊毛纤维的接枝吸附率便表现出缓慢的提高,反应速率被大大提高了. 由此可见,二次辐射不仅能加速接枝吸附反应的进行,还能进一步增加羊毛纤维上的活性基,从而提高接枝吸附率.

2.4  不同工艺对抗菌羊毛纤维抗菌率的影响

不同工艺对抗菌羊毛纤维抗菌率的影响. 可以看出,抗菌羊毛纤维与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌接触时间越长,抗菌效果越明显. 1# 抗菌羊毛纤维与原羊毛抗菌效果接近,几乎对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌没有抑制作用. 2 # 抗菌羊毛纤维虽有抗菌作用,但抗菌率较低,对大肠杆菌抗菌率最大为58 % ,对金黄色葡萄球菌抗菌率最大为51 %,其原因可能是与纳米抗菌剂的接枝吸附率较小的原因. 3 # 抗菌羊毛纤维的抗菌效果较为明显,当作用18 h 后,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均达到90 %以上,这与纳米抗菌剂的接枝吸附率较大有关.

2.5  抗菌羊毛纤维的耐洗涤性

抗菌功能是抗菌羊毛纤维最重要的功能之一,而保持长久抗菌能力也是最为关键的问题.工艺3 制备的抗菌羊毛对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的耐洗涤性测试结果. 由图可见,抗菌羊毛对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优良的抗菌性,未经洗涤的抗菌率均在95 %以上. 参照日本J ISLO217 —130 标准(水温(40±1) ℃,浴比1∶30 ,采用水洗试验机) ,对实验制得的抗菌羊毛纤维进行耐洗涤性能测试,经过多次洗涤后,分别对大肠杆菌和金葡萄球菌进行抗菌测试结果表明,随着洗涤次数的增加,抗菌性会有所降低;在洗涤3 次后,抗菌率仍在90 %以上. 这说明此工艺制备的抗菌羊毛纤维具有良好的抗菌持久性,这是由于纳米抗菌剂接枝吸附在羊毛纤维表面的这一特殊结构决定的.

3  结 论

1) 将UV 处理后的羊毛在抗菌功能溶液中浸渍,再进行二次辐射,最后洗涤干燥,用此工艺制备的抗菌羊毛纤维,接枝吸附率较高,抗菌效果较明显.

2) 抗菌羊毛对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优良的抗菌性,随着洗涤次数的增加,抗菌性会有所降低,但在洗涤30 次后,仍具有良好的抗菌性.

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