戴福文

摘要：本文介紹了抗菌纖維的抗菌機(jī)理、加工方法，對抗菌纖維生態(tài)安全性進(jìn)行分析，給出抗菌纖維開發(fā)的建議。

關(guān)鍵詞：抗菌纖維;抗菌機(jī)理;加工方法;生態(tài)安全;研究分析

抗菌纖維是指采用物理或化學(xué)方法將具有抑制細(xì)菌生長的物質(zhì)引入纖維表面及內(nèi)部而成的纖維，分為天然抗菌纖維和人工合成的抗菌纖維兩種。天然抗菌纖維是指本身具有抗菌功能的天然纖維，如殼聚糖纖維、麻纖維和竹纖維等。人工合成的抗菌纖維是在化學(xué)纖維的基礎(chǔ)之上通過各種不同的方式添加抗菌物質(zhì)得到的。在抗菌纖維及織物的加工生產(chǎn)過程中，選擇安全環(huán)保的抗菌劑及加工方式達(dá)到最佳的抗菌性能是今后研究的重點方向。目前開發(fā)抗菌纖維已成為抗菌紡織品的發(fā)展方向之一[1]。

1 ? ?抗菌機(jī)理

1.1 ?金屬離子接觸反應(yīng)機(jī)理[2]

金屬離子帶有正電荷，當(dāng)微量金屬離子接觸到微生物的細(xì)胞膜時，與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜發(fā)生庫侖吸引，金屬離子穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)與細(xì)菌體內(nèi)蛋白質(zhì)上的巰基、氨基等發(fā)生反應(yīng)，該蛋白質(zhì)活性中心被破壞，造成微生物死亡或喪失分裂增殖能力。這是無機(jī)抗菌劑最普遍的抗菌作用機(jī)理。

1.2 ?陽離子固定機(jī)理

細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成，在中性條件下帶負(fù)電荷。因此，細(xì)菌容易被抗菌材料上的陽離子（如有機(jī)季銨鹽基團(tuán)）所吸引，從而降低細(xì)菌的活動能力，抑制其呼吸功能，使其發(fā)生“接觸死亡”。另外，細(xì)菌在電場引力的作用下，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上的負(fù)電荷分布不均勻造成變形，發(fā)生物理性破裂，使細(xì)胞的內(nèi)臟物如水、蛋白質(zhì)等滲透體外，發(fā)生“溶菌”現(xiàn)象而死亡。

1.3 ?細(xì)胞內(nèi)容物損壞機(jī)理

有機(jī)抗菌劑大多屬于這種作用機(jī)理，它能破壞細(xì)菌的蛋白質(zhì)和核酸等結(jié)構(gòu)，并且對細(xì)菌的酶體系（酶形成、酶活性）等生理系統(tǒng)產(chǎn)生毀滅性的損壞，從而達(dá)到抗菌的目的。

1.4 ?催化激活機(jī)理

銀、鋅等微量的金屬元素，能吸收環(huán)境的能量（如紫外光，激活空氣或水中的氧），產(chǎn)生氫自由基和活性氧離子。它們能使細(xì)菌細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸等與其發(fā)生反應(yīng)，破壞其正常結(jié)構(gòu)，從而使其死亡或喪失增殖能力。

2 ? ?人工抗菌纖維加工方法

2.1 化學(xué)接枝改性法

通過配位化學(xué)鍵或其他類型的化學(xué)鍵結(jié)合具有抗菌作用的基團(tuán)對纖維表面進(jìn)行改性。該方法要求基體纖維應(yīng)含有可與抗菌劑作用的基團(tuán)，或者含有能轉(zhuǎn)換成與抗菌劑作用的基團(tuán)。但它對于抗菌基團(tuán)和原料纖維有較高的要求，而且技術(shù)也比較復(fù)雜，目前應(yīng)用還不廣泛。

2.2 ?共混紡絲法

共混紡絲是將抗菌劑和分散劑等助劑與纖維基體樹脂混合，通過熔融紡絲生產(chǎn)抗菌纖維。此方法一直是開發(fā)功能性纖維的主要手段。日本富士紡織株式會社采用特制的超細(xì)粉碎機(jī)，制得粒徑5μm以下的殼聚糖微細(xì)粉末，然后將其混煉入粘膠纖維中制成抗菌纖維。

2.3 ?復(fù)合紡絲法

復(fù)合紡絲法是利用含有抗菌成分的纖維，與其他纖維或者不含抗菌成分的纖維通過復(fù)合紡絲組件紡制成皮芯型、并列型、鑲嵌型、中空多心型等結(jié)構(gòu)的抗菌纖維。國內(nèi)用復(fù)合紡絲法制得的抗菌滌綸大多也是皮芯結(jié)構(gòu)。復(fù)合紡絲法雖可提高抗菌纖維的耐洗滌性能，但是噴絲板的加工難度大，生產(chǎn)成本高。

2.4 ?后整理法

后整理法是采用抗菌液對纖維進(jìn)行浸漬或涂覆把抗菌劑固定在纖維上的方法，分為表面涂層法、樹脂整理法和微膠囊法。表面涂層法是將抗菌劑與涂層劑配成溶液，對纖維進(jìn)行涂層處理，使抗菌劑固著在纖維表面，從而起到抗菌效果。此加工方法比較簡單，所得纖維抗菌效果也較好，但其耐洗滌性不好。樹脂整理法是將抗菌劑溶解在樹脂中配成乳化液，將纖維放在乳化液中充分浸漬，再通過軋和烘使含有抗菌劑的樹脂附著于纖維表面，從而具有抗菌功效。微膠囊法是一種新型的纖維后整理方法，特別適用于纖維的功能性整理。微膠囊法是將抗菌劑制成微膠囊，再用高分子粘合劑或涂層劑通過浸漬或噴霧的方法將微膠囊附著到纖維上，然后經(jīng)過熱定型或焙烘使之固著在纖維表面。在使用中微膠囊破裂釋放出抗菌劑，并從纖維表面擴(kuò)散而產(chǎn)生抗菌功效。

可以看出，后整理法加工方便，可以處理各類抗菌纖維，特別是天然纖維;同時，其加工過程簡便可行，可選擇的抗菌劑范圍廣[3]。在纖維的抗菌加工中，后整理法約占70%，其采用的抗菌劑主要是有機(jī)抗菌劑，其中應(yīng)用最普遍的是季銨鹽類抗菌劑。但由于該法只是將抗菌劑附著在纖維的表面，一旦抗菌劑脫落便不能補充，因而所制得的抗菌纖維不耐洗滌，抗菌持久性也不好;同時該法所用的有機(jī)抗菌劑耐熱性差，具有一定的毒性和揮發(fā)性。

3 ? ?抗菌纖維生態(tài)安全性分析

3.1 ?有機(jī)抗菌防霉劑的使用

嚴(yán)格意義上講，有機(jī)抗菌防霉劑屬于農(nóng)藥的范疇，因而對纖維用抗菌防霉劑的安全性問題必須實行嚴(yán)格管制。早期廣泛使用的抗菌防霉劑PCP已被證實是對人體有致畸致癌作用的毒性化合物。而曾大量用作紡織品抗菌整理劑和纖維改性劑的有機(jī)金屬化合物和部分無機(jī)物含有多種重金屬離子。這些重金屬離子通過與人體接觸會被人體吸收，重金屬一旦為人體所吸收，則會傾向于累積于肝臟、骨骼、腎臟、心臟及腦中。當(dāng)受影響的器官中重金屬累積至一定程度后便會對健康造成巨大的損害[4]。

在抗菌劑安全性評價中，急性毒性指標(biāo)是最重要的，如LD50（引起半數(shù)受試動物死亡的劑量），對皮膚、黏膜和眼睛的刺激等。目前用于纖維或紡織品的抗菌劑絕大部分屬于低毒[LD50（mg/kg）≤500～5000]或中等毒[LD50（mg/kg）≤50～500]。由于用在紡織品上載荷量不同，實際對人體的危害程度可能很低或基本無害，但長期的累積毒性問題仍不可忽視。除急性毒性外，紡織品用抗菌劑的慢性毒性問題亦應(yīng)引起足夠的重視。慢性毒性的主要考核內(nèi)容包括：致畸、致癌、致突變和對生殖系統(tǒng)的影響等。目前仍在使用的部分有機(jī)抗菌劑據(jù)稱慢性毒性嚴(yán)重。

3.2 ?有機(jī)抗菌防霉劑的選擇

除了安全性問題之外，一般用于熔融紡絲的有機(jī)抗菌防霉劑的耐熱性要求是：熔點高于成纖聚合物的軟化溫度，分解溫度在紡絲溫度以上，以確?？咕鷦┑挠行Ш亢涂咕行圆皇芗徑z影響;所選擇的抗菌劑應(yīng)具有廣譜抗菌效果，且不溶于水，以保持良好的抗菌效果的耐久性;同時保證抗菌劑本身應(yīng)與成纖聚合物具有良好的相容性;確保抗菌劑本身應(yīng)無色、無嗅，另外對酸、堿和光以及氧化劑具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性，以保證織物的抗菌性能不受漂、染和后整理等各道化學(xué)處理工序的影響[5]。

3.3 ?無機(jī)添加劑的輻射問題

最早源于氧化鋯用于齒科材料的輻射安全性問題擔(dān)憂，無機(jī)抗菌添加劑的輻射問題才引起了重視。但科學(xué)研究已經(jīng)證明，氧化鋯本身并無輻射性，只是在開采中，有一種共生礦與氧化鋯形影不離，很難提純，而這種共生礦的主要成分為鉿（Hf），具有放射性，因而，天然無機(jī)添加劑的輻射性問題不容忽視，而人工合成的則沒有輻射安全性問題。事實上，天然礦物質(zhì)原料的輻射安全性問題遠(yuǎn)不止氧化鋯一種，以在一定條件下具有熱電或壓電效應(yīng)的天然電氣石作為功能性添加劑制得的功能性纖維，同樣面臨類似的風(fēng)險[6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李會改， 萬明， 王梅珍， 等. 銀系抗菌纖維的研究現(xiàn)狀[J].合成纖維， 2014：29-32.

[2] 馬肅， 劉崢， 袁帥， 等. 載銀劍麻抗菌纖維的制備及其抗菌性能的研究[J]. 化工新型材料， 2012，（12）：143-6.

[3] 龔文忠. 新型存儲緩釋抗菌纖維特征及應(yīng)用技術(shù)[J]. 非織造布， 2013，（6）：76-79.

[4] 姜潛遠(yuǎn). 鹵胺類抗菌劑的合成及其抗菌納米纖維的制備[D]. 無錫： 江南大學(xué)， 2013.

[5] 趙博. 抗菌滌綸纖維與竹漿纖維及棉纖維混紡竹節(jié)紗的開發(fā)[J].上海毛麻科技， 2014，（1）：29-32.

[6] 金瑞娣， 施磊， 尤克非，等. 載銅抗菌纖維的制備[J]. 印染， 2012，38（15）：1-3.

（作者單位：安徽省纖維檢驗局/國家功能纖維及紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）