納米抗菌防臭PET纖維的研制

劉偉時

(廣東省化學纖維研究所，廣東 廣州510245)

PET(滌綸)纖維具有優(yōu)良的物理化學性能，是合成纖維中生產(chǎn)量最大、應用領域最廣的纖維，其應用范圍已擴展到服裝、裝飾和產(chǎn)業(yè)用等各個領域。由于PET纖維吸水性能差，PET織物表面的自由含水量較多，導致細菌的生長速度要高于吸水性能優(yōu)良的天然纖維［1］;同時制備PET纖維的聚合物部分能被微生物分解，加上PET織物在加工過程中通常需要添加可作為微生物營養(yǎng)的物質(zhì)進行處理，當外界溫濕度條件成熟，PET織物很容易滋生多種微生物，導致織物變色、長斑酶、產(chǎn)生臭味等。因此，PET纖維的抗菌改性一直是國內(nèi)外研究者關注的課題之一。

納米技術作為近年來新崛起的一門高新技術，在機械、電子、材料、光學、化工、醫(yī)藥等諸多領域正在取得越來越廣泛的應用。由于納米材料的較高化學活性、較大比表面積及微粒子的超細化，使得它在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能，能制造出許多功能獨特、設計新穎的材料［2］。在紡織工業(yè)上，納米技術在制造紡織新原料、改善織物功能如抗紫外線、抗老化、高強耐磨、抗靜電、導電、抗菌、吸附等方面，都有較大的開發(fā)價值和發(fā)展前景。

本文采用納米銀系抗菌劑與PET成纖樹脂制成的抗菌專用母粒，與PET切片熔融共混紡絲，制備納米抗菌防臭PET纖維，同時研究了此纖維的物理性能和抗菌性能。

1 抗菌機理

本文制備的抗菌纖維中有效抗菌成分是納米級銀系抗菌劑，它的抗菌機理是:銀離子與細菌接觸后，到達微生物細胞壁，帶正電荷的銀離子吸附在帶負電荷的細胞壁上，依靠庫侖力使兩者牢固吸附，銀離子穿透細胞壁進入細胞內(nèi)，與－SH基反應，使蛋白質(zhì)凝固，使微生物細胞發(fā)生破裂而死亡，影響微生物所需基本物質(zhì)的傳輸，破壞細胞合成酶的活性，用中斷DNA復制的形式阻止微生物繁殖。當菌體失去活性后，銀離子又會從菌體中游離出來，重復進行殺菌活動，抗菌效果持久［3］。另外，納米級的銀顆粒具有較強的光催化能力，能夠激活水和空氣中的氧，產(chǎn)生羥基自由基(·OH)及負氧離子(O－2)，它們能使細菌中的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、糖苷等與之發(fā)生反應，破壞其正常結(jié)構(gòu)，從而使細菌死亡或喪失增殖能力［4］。

2 實驗

2.1 實驗材料及儀器

PET聚酯切片(佛山塑料集團股份有限公司，順通聚酯分公司)，納米銀系抗菌母粒(自制)，大腸桿菌、金黃色葡萄球菌菌源(廣東省微生物分析檢測中心)。

PF－25BT塑料干燥機(佛山市順德區(qū)華威分機制造公司)，HDF－6A紡絲設備(煙臺華大塑料機械有限公司)，YG061A電子單紗強力儀器(萊州市電子儀器有限公司)。

2.2 實驗方法

2.2.1 納米抗菌防臭PET纖維的制備

將干燥后的抗菌母粒和PET聚酯切片以不同比例混合，在HDF－6A紡絲設備上經(jīng)熔融紡絲制得抗菌防臭PET纖維，其中抗菌母粒的質(zhì)量分數(shù)依次為0，4%，4.5%，5%，5.5%。

2.2.2 力學性能測試

按照GB/T 16604－2008標準測試纖維的斷裂強度和斷裂伸長率。

2.2.3 抗菌性能測試

按照GB/T 20944.3－2008紡織品抗菌性能的評價第3部分:震蕩法測試纖維的抗菌能力:將試樣與對照樣分別裝入一定濃度的試驗菌液的三角燒瓶中，在規(guī)定的溫度下震蕩一定時間，測定三角燒瓶內(nèi)菌液在震蕩前及震蕩一段時間后的活菌濃度，計算抑菌率，以此評價試樣的抗菌效果。

3 結(jié)果與討論

3.1 抗菌防臭PET纖維的力學性能

按照本文2.2.1方案制備抗菌防臭PET纖維，對它們進行拉伸測試，結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，PET纖維中加入抗菌母粒后，其斷裂強度發(fā)生不同程度的下降，而斷裂伸長率則有所增加。強度來源于晶區(qū)和非晶區(qū)的取向，由于抗菌銀納米粒子和聚酯之間配位絡合的阻礙，影響了大分子在牽伸時沿軸向的取向，故而納米抗菌PET纖維的強度有所下降;斷裂伸長率的增加是因為納米粒子的添加使得聚酯大分子鏈由剛性變?yōu)槿嵝?，分子鏈段運動更容易，纖維有從硬而強型向軟而韌型轉(zhuǎn)變的趨勢［5］。

同時，從表1數(shù)據(jù)可見，抗菌母粒質(zhì)量分數(shù)為5.5%時，纖維的強度和伸長率都發(fā)生了很大程度的下降，這是因為當抗菌母粒的量增大，納米微粒易于團聚，同時添加的納米銀系抗菌母粒是剛性粒子，在抗菌PET纖維中易引起應力集中，導致強度和伸長率下降。所以，紡絲時抗菌母粒的加入必須適量。

表1 不同抗菌母粒添加量的PET纖維的力學性能

3.2 抗菌防臭PET纖維的抗菌性能

對2.2.1中制備的抗菌纖維進行抗菌性能測試，結(jié)果如表2所示。

表2 不同抗菌母粒添加量的PET纖維的抗菌性能

從表2可以看出，加入抗菌母粒的PET纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑制作用，抑菌率都在90%以上。隨著抗菌母粒質(zhì)量分數(shù)的增加，纖維的抑菌率升高，這是由于銀離子在纖維中游離的濃度和細菌吸附的速度相關:當抗菌母粒質(zhì)量分數(shù)增加時，單位空間上的銀離子濃度增加，與細菌接觸和反應的數(shù)量也增多，提高了纖維的抑菌率。

綜合考慮纖維強度、抗菌性及成本因素，抗菌防臭PET纖維紡絲時抗菌母粒的加入量以質(zhì)量分數(shù)5%為宜。

4 結(jié)論

在納米抗菌防臭PET纖維熔融混紡中，加入納米銀系抗菌母粒作為有效抗菌成分，利用銀離子與細胞生物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸中一些官能團發(fā)生反應，降低蛋白質(zhì)或酶的活性，使細菌的代謝繁殖受到抑制，從而達到抗菌的目的。加入抗菌母粒的PET纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑制作用，抑菌率都在90%以上;當加入抗菌母粒的質(zhì)量分數(shù)為5%時，PET纖維具有很強的抗菌性，同時具有良好的力學性能。

［1］肖紅，施楣梧，劉麗麗.抗菌紡防臭紡織品相關基礎性問題［J］.紡織學報，2011(9):147－150.

［2］石宏亮.利用納米技術開發(fā)抗菌纖維的探討［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2001(6):13－15.

［3］劉偉時.抗菌纖維的發(fā)展及抗菌紡織品的應用［J］.化纖與紡織技術，2011，40(3):22－27.

［4］王興雪.聚丙烯/超細無機抗菌劑共混物及其細旦纖維的研究［D］.上海:東華大學，2005.

［5］朱平，隋淑英，李靜，王炳.納米抗菌滌綸纖維的性能研究［J］.納米科技，2007(4):21－25.