在生活中,人們不可避免的接觸到各種各樣的細菌、真菌等微生物,這些微生物在合適的外界條件下,會迅速繁殖,并通過接觸等方式傳播疾病,影響人們的身體健康和正常的工作、學習和生活。纖維屬于多孔性材料,疊加編織后又會形成無數空隙的多層體,因此織物較容易吸附菌類。抗菌整理就是使織物具有抑制菌類生長的功能,維持衛生的衣著生活環境,保證人體健康。

在上世紀60年代,人們大多采用有機抗菌劑生產抗菌紡織品;隨著1984年無機抗菌劑開發成功后,抗菌整理得到快速發展,使抗菌劑不僅用于纖維及紡織品,也用于塑料、建筑材料等制品中。

目前,日本在抗菌防臭方面研究最為活躍,技術領先,產品已拓展至運動服、地毯、醫療用品等領域。近年來,中國抗菌研究的重點已經從保護紡織品免受細菌侵襲轉移到保護環境和使服用者免受細菌侵襲.

進入21世紀,隨著老齡社會的到來,臥床老人和在家療養者逐漸增多,防止褥瘡的老人護理用品的需求也呈增加的趨勢。由于從生產為主的社會向生活為主的觀念轉變,開發研究有利于人體健康、有利于地球環境的產品,將是今后重要的課題,因此抗菌整理日益受到人們的重視。

1、有控釋放

織物抗細菌及真菌等整理的作用機理屬于有控釋放機理。對于致病細菌與真菌而言,整理后的織物,在一定的濕度下,會緩慢地釋放出抗菌劑,釋放量足以殺死(或抑制)細菌和真菌的繁殖,如廣譜抗微生物聚乙烯醇纖維就屬于有控制的釋放機理。聚乙烯醇纖維在酸催化劑存在下,與5-硝基呋喃基丙烯醛反應生成一層縮醛化合物,在一定溫度下,緩慢釋放出硝基化合物,以達到殺菌作用。

除了用化學方法來產生有控制的釋放殺菌劑外,還可使用微膠囊技術。將有效的化學藥劑包在樹脂防護層中間,當經水淋或紫外線照射,樹脂層降解后,該化學藥劑便滲透到外層來。

2、再生原理

抗菌整理機理的再生原理是在織物上加一層化學整理劑,它在一定條件下將不斷地再生殺菌劑。再生作用就是在洗滌或射線照射條件下,引起共價鍵斷裂而產生的,因此這種模式具有無限存貯殺菌劑的能力。當然,這種無限制也只是相對的。目前微膠囊技術就已接近這種模式,盡管在微膠囊技術中的抗菌劑的存貯不是無限制的,然而在其表面的活性是能長期存在的。

3、障礙或阻塞作用

用障礙或阻塞機理來使織物不受微生物侵害的膜有兩類:

①惰性的物理障礙層或涂層,它是一層阻止微生物穿過織物的膜。

②直接有表面接觸活性的膜,能夠抑制細菌的生長。

使用惰性的物理障礙層或涂層作防護層,一般比直接有表面接觸活性物質的涂層要多添加一些。

近十年來,綠色環保的要求越來越嚴格,抗菌劑的發展領域也越來越廣闊,為了突破傳統抗菌劑的缺陷,許多國家的研究者紛紛將目光投向有機抗菌劑的替代物——無機抗菌劑。特別是無機納米系抗菌劑具有耐熱性高、抗菌性強、安全可靠等特點,是當前研究較廣的綠色抗菌劑。眾多實驗結果表明,納米抗菌劑除具有抗菌效果之外,還具有低毒、易分散及較好的熱穩定性等特點。因此,納米抗菌劑幾乎不會使人類及動物產生任何慢性或急性病癥,其微量活性無機成份的釋放,也不會對環境造成任何影響。

由于回歸自然和環境意識的增加,利用天然物質提供同樣抗菌功能的想法,引起了人們的極大興趣。天然抗菌劑成為了另一種環保型整理劑,具有廣泛的開發前景。

1、無機納米抗菌劑

納米氧化鋅和納米載銀無機抗菌劑是當前研究應用較為活躍的綠色抗菌劑。當氧化鋅的尺寸達到納米數量級時,與普通氧化鋅相比,展現出許多優異的、特殊的性質,如無毒和非遷移性等。由于量子尺寸效應和具有極大的比表面積,在抗菌整理時,具有用量少、高效等優點,這對于開發、生產綠色環保織物具有積極的意義。

許多金屬離子具有抗菌性,日本高山正彥等人曾測定一些金屬離子的抗菌能力,結果如下:

Ag>Co>Ni≥Al≥Zn≥Cu=Fe≥Mn≥Sn≥Ba≥Mg≥Ca

實際上,常用的金屬離子主要是銀、銅、鋅離子。其中銀離子不僅具有很好的抗菌性,同時還具有良好的耐洗性,且對人體無毒無刺激,因而載銀無機抗菌劑作為一種綠色抗菌劑受到人們的廣泛關注。納米載銀無機抗菌劑是銀離子和鈉米級無機化合物載體的復合體,它是利用納米載體微粒表面含有許多納米級微孔的特殊結構特征,采用離子交換的方法,將銀離子固定在諸如沸石、硅膠、膨潤土等疏松多孔的納米載體材料的微孔中而獲得的。

無機納米氧化鋅抗菌劑的抗菌反應條件是"綠色"的,它是通過光反應使有機物分解來達到抗菌效果的。在陽光尤其是紫外線的照射下,粒子中的價帶電子被激發躍遷到導帶,形成光生電子-孔穴對,并在空間電荷層的電場作用下,發生有效分離。這種粒子光催化對細菌的作用表現在兩個方面:一方面光生電子及光生孔穴與細胞膜或細胞內組分反應而導致細胞死亡;另一方面,光生電子或光生孔穴與水或空氣中的氧反應,生成·OH,O-2·HO2· ,H2O2等活性氧類。這些氧化能力極強的活性氧類進攻細胞內組分,與之發生生化反應而導致細胞死亡。近年來,日本東京大學的一些研究人員還發現這些有光作用的粒子還有分解毒素的作用,而一般的抗菌劑只有殺菌作用。李群等在其文中也介紹了納米ZnO在紡織品上的優良特性,其抗菌性能高效顯著。

另外,其加工過程也是安全可靠的。目前,應用納米技術開發抗菌紡織品主要有添加法和后整理法。添加法是將納米材料如TiO2、ZnO等加入紡絲液中,使之生產出具有抗菌性能的合成纖維。其優點在于納米粉體均勻分散在纖維內部,因而耐久性好,抗菌功效能夠穩定存在。以棉為代表的天然纖維由于無法在生產過程中添加功能性材料,只能采取后整理的辦法。通過浸軋、涂層等方法將納米粉體處理到織物上,從而使織物獲得抗菌性。

2、天然抗菌劑

隨著人們環保意識的增強和對"綠色"紡織品的渴望,天然抗菌劑越來越引起人們的關注。天然抗菌劑中,從動物中提取的主要有甲殼質、殼聚糖和昆蟲抗菌性蛋由質等,從植物中提取的主要有棕櫚油、椰子油、檜柏、艾篙、蘆薈等,還有從礦物中提取的抗菌劑。

在天然抗菌劑中應用較為廣泛的為殼聚糖,殼聚糖主要來源于蟹殼、蝦殼、貝殼和昆蟲的外皮以及真菌和酶等的細胞壁,其資源豐富、生物可降解、吸收性能好、安全無毒,因此,對此類抗菌劑的應用研究十分活躍。朱平等[16]將殼聚糖和多元羧酸混合后對棉織物進行整理,測試結果表明,棉織物獲得抗菌免燙等多種功能。殼聚糖來源于自然界,屬于"綠色"整理劑。陳建勇等[17]采用羥甲基化和醚化等方法制備了改性殼聚糖,羥甲基殼聚糖和羥乙基醚殼聚糖分別對真絲綢和棉織物進行整理,實驗結果表明,經整理后的織物具有較好的抗菌性和吸濕、保濕性能,從而表明了改性殼聚糖也可作為"綠色"紡織品整理劑。

目前提出的殼聚糖的抗菌整理機理大致有兩種[18]:a.殼聚糖的氨基陽離子與構成微生物細胞壁的唾液酸磷脂等陰離子相互吸引,其結果束縛了微生物的自由度,阻礙其代謝和繁殖;b.大量低分子量的殼聚糖侵入微生物細胞內,阻礙微生物的遺傳密碼由DNA向RNA復制,由此阻礙微生物的繁 殖。殼聚糖對大腸桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌等均有抑制能力。

另外,甲殼質也有較多的應用,將甲殼質粉加入到化纖絲中,或將甲殼質纖維與其它纖維混紡,生產出具有抗菌保健功效的紡織品。因其不含化學藥劑和金屬成份,可作為高檔綠色抗菌紡織品。