新型抗菌防臭纤维概述

新型抗菌防臭纤维概述

摘要： 介绍了抗菌防臭方法及机理， 简述了抗菌防臭纤维的制造方法， 同时概括介绍了几种新型的抗菌防臭纤维。关键词： 抗菌防臭； 方法； 机理； 新型抗菌防臭纤维人类生存环境中存在各种各样的细菌和霉菌，常见的包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、黄曲霉菌和白色念珠菌等； 另有一些是对人体汗液等代谢物起作用而滋生繁殖的“臭味菌”, 表皮葡萄球菌和棒状菌常见于内衣、内裤， 导致外衣裤异味的菌类一般是杆菌孢子和少量表皮葡萄球菌。在高温高湿的环境下， 这些微生物在衣物上大量繁殖时， 纤维容易受到其酸性或者碱性代谢物的作用而发生降解、变色， 并生成挥发性恶臭物质如醋酸、氨气等， 还容易引发人体某些皮肤病， 因此， 抗菌和防臭历来是息息相关的。为满足人们对纺织品卫生功能的高要求， 纤维制品的抗菌防臭、消臭加工也就显得非常必要了。抗菌防臭的方法及机理除臭方法根据臭味的来源不同， 采用的去臭方法也不同， 常见的有5种〔1〕感觉消臭法： 主要是用强的芳香物质掩盖臭气或者用微及无臭的中和剂与臭气混合， 使人感觉不到臭味。化学消臭法： 是使恶臭分子和特定物质发生化学反应生成无臭物质。这种消臭反应机理涉及到氧化、还原、分解、中和、加成、缩合及离子交换反应等。物理除臭法： 利用特定物质对恶臭分子进行吸附。常用的吸附剂有活性炭、硅胶、沸石等多孔物质和一些盐类。生物催化除臭法： 通过利用某些微生物的生物功能来消除恶臭。近年来出现的人工消臭法是以与生物酶类似的化学反应机理来分解臭气物质。它是简单有效的处理方法， 适用于醛、硫化氢、硫醇等多种恶臭物质。光催化除臭法： 由纳米二氧化钛或者纳米氧化锌等除臭剂受到阳光或者紫外线的照射而分解出来的自由基与多种有机物反应从而消除恶臭。抗菌机理金属离子接触反应机理： 这是无机抗菌剂普遍的抗菌作用机理。金属离子带有正电荷， 当微量金属离子接触到微生物的细胞膜时， 与带负电荷的细胞膜发生库仑吸引， 金属离子穿透细胞膜进入细菌内与细菌体内蛋白质上的巯基、氨基等发生反应， 该蛋白质活性中心被破坏， 造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。金属离子杀灭和抑制细菌的活性按以下顺序递减： Ag+>Hg2 +>Cu2 +>Cd2 +>Cr3 +>Ni2+>Pb2+>Co2+>Zn2+>Fe2+。催化激活机理： 银、钛、锌等微量的金属元素， 能吸收环境的能量（ 如紫外光， 激活空气或水中的氧） , 产生羟基自由基和活性氧离子。它们能使细菌细胞中的蛋白质、不饱和脂肪酸、糖苷等与其发生反应， 破坏其正常结构， 从而使其死亡或丧失繁左凯杰等： 新型抗菌防臭纤维概述13Vol.29 No.9染整技术Sep.2007殖能力。阳离子固定机理： 细胞壁和细胞膜是由磷脂双分子层组成， 在中性条件下带负电荷。因此， 细菌容易被抗菌材料上的阳离子（ 如有机季铵盐基团） 所吸引， 从而降低细菌的活动能力， 抑制其呼吸功能， 使其发生“接触死亡”。另外， 细菌在电场引力的作用下， 细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均匀造成变形， 发生物理性破裂， 使细胞的内脏物如水、蛋白质等渗透到体外， 发生“溶菌”现象而死亡。细胞内溶物损坏机理： 许多有机抗菌剂属于这种抗菌作用机理。有机抗菌剂能破坏细菌的蛋白质和核酸等结构， 并且对细菌的酶体系（ 酶形成、酶活性） 等生理系统产生毁灭性的损坏， 从而达到抗菌的目的。抗菌防臭纤维的制造方法抗菌防臭纤维一般有3种制造方法〔2〕纺丝中对纤维改性。即通过对纤维的改性来达到提高防臭后整理效果。改性方法有物理和化学改性。物理改性即将纤维纺成异型截面或者使纤维表面形成微细孔隙， 从而提高消臭剂的附着性。化学改性则是在纤维纺丝液中引入特定的功能基团， 而提高纤维吸附消臭剂的能力。例如中山大学的萧耀南， 曾汉民等用丙烯腈对剑麻进行改性，制得新型的剑麻基抗菌消臭纤维〔3〕。纤维中掺加消臭剂。即将消臭剂掺入纺丝液中， 经纺丝制取消臭纤维。无机消臭剂多采用共混纺丝法， 消臭剂要制成微粉状， 同时还要添加助剂， 使消臭剂微粉与基材兼容并分散均匀。为大限度地发挥消臭功能， 并使纤维能保留原有性能，可采用复合纺丝技术。例如河南纺织研究院采用YZ型无机抗菌剂成功研制出以混合纺丝法生产的抗菌涤纶纤维， 用该纤维制成的鞋垫对脚臭、脚气具有明显的效果〔4〕。复合消臭纤维， 包括功能复合和结构复合。功能复合指在纤维中掺加消臭剂的同时， 还加入抗菌剂， 吸湿剂、阻燃剂等功能物质。结构复合是指构成纤维形态有芯鞘、并列、镶嵌、海岛结构等多种复合形式。例如日本Kuraray公司推出一种具有永久除臭功能的面料， 这种面料用“ShineUp”涤纶/锦纶双组分纤维制成。纤维芯是普通涤纶， 鞘是含有光除臭剂的锦纶。它通过化学中和、光催化作用， 呈现复合的和持久的消臭功效。新型抗菌防臭纤维传统的用金属离子进行处理的抗菌防臭纤维，由于重金属离子的生态毒性而越来越引起人们的重视， 因此科技工作者加大了对新型抗菌防臭纤维的研发。纳米除臭纤维纳米催化杀菌剂包括纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌等。此类抗菌剂具代表性的是纳米二氧化钛， 纳米TiO2在阳光下尤其在紫外线照射下能自行分解出自由移动的带负电的电子（ e- ） 和带正电的穴（ h+） , 形成空穴---电子对， 吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O2- , 而空穴则将吸附TiO2表面的- OH和H2O, 氧化成HO., 所生成的氧原子和羟基自由基有很强的化学活性， 特别是原子氧能与多数有机物反应（ 氧化） , 同时能与细菌内的有机物反应生成CO2和H2O, 从而在短时间内就能杀死细菌， 消除恶臭和油污。例如， 日本可乐丽公司开发的一种名为shineUp的新型光学除臭纤维就是在纤维内加入了纳米TiO2, 通过化学附着反应和光触媒反应达到双重消臭效果。虽然纳米除臭纤维具有广谱的杀菌效果， 耐热性好， 持续时间长， 但其还存在一些缺点， 比如若使其发挥作用必须具备两个条件： 一是必须具有紫外线照射（ 包括阳光中的紫外线） ; 二是必须有氧气。另外其在杀菌除臭的同时， 是不是会导致疾病的发生还没有相关的报道， 因此其安全性有待进一步研究。竹纤维竹纤维是一种天然环保型绿色纤维， 它是以竹子为原料经特殊的高科技工艺处理， 把竹子中的纤维素提取出来， 再经制胶、纺丝等工序制造的再生纤维素纤维。竹纤维中含有天然的抗菌物质， 科研人员的实验证实竹沥具有广泛的抗微生物功能， 用竹纤维制成的纺织品的24 h抗菌率可达71 ℅。竹纤维中的叶绿素和叶绿素铜钠具有较好的除臭作用。经国家棉纺织产品质量监督检验中心和上海微生物研究所14分别利用现代科学检测手段对竹纤维的抗菌性进行了检验， 结果证实， 竹纤维制品具有优良的抗菌、防臭、防紫外线及产生负离子的特性， 并且其抗菌除臭性能在经多次反复洗涤、日晒后， 仍能保持其固有之势， 这是因为在竹纤维生产过程中， 通过采用高科技生产技术， 使得形成这些特征的成分不被破坏。所以其抗菌性能明显优于其它产品。更不同于其它在后处理中加入抗菌剂等整理的织物， 所以不会对人体皮肤造成任何过敏性不良反应， 反而对人体具有保健作用和杀菌效果。甲壳素纤维甲壳素纤维具有天然的抑菌除臭功能。甲壳素纤维是从虾、蟹、昆虫等甲壳动物的壳中提炼出来的， 是一种可再生、可降解的资源， 它对危害人体的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等的抑菌率可达99 %, 能有效地保持人体肌肤干净、干燥、无味和富有弹性。其抗菌机理如下： 其一是可能在酸性条件下， 壳聚糖分子中氨基转化为铵盐， 吸附带负电荷的细菌， 破坏其细胞壁， 从而阻碍其发育。其二可能是壳聚糖分解成低分子物， 吸附细菌后， 穿过微生物细胞壁进入到细胞内与DNA形成稳定的复合物， 干扰DNA聚合酶或RNA聚合酶的作用， 阻碍了DNA和RNA的合成， 从而抑制了细菌的繁殖。由于甲壳素纤维对人体皮肤无刺激无毒， 故目前主要在医疗卫生领域作为医用辅料来治疗各种创伤，它不仅能覆盖保护创面， 积极接收生物反应、促进伤口愈合， 还能够起到去除异味的作用。由于它不污染环境， 能快速消炎止血， 用它制成的止血棉、绷带和纱布， 近年来已被美国国防部普遍装备于军队中。“儿茶素”处理的纤维“儿茶素”（Catechin） , 又称茶多酚， 它是从天然绿茶、柿子等植物中提取的精华（ 多酚类化合物） ,具有防止细菌、病毒繁殖， 使其失去活性， 从而具有优越的抗菌作用。儿茶素是含有多量苯酚性氢氧基（OH） 的化合物（ 即多酚类化合物） , 它可以利用氢氧基中的H的还原分解作用， 以及与臭气成分中的NH3、SH等附加结合等作用， 达到良好的除臭目的。儿茶素作为一种天然提取物， 对人体安全无毒， 有优良的抗菌除臭效能， 并能够起到延缓皮肤老化的作用， 但其作为除臭剂处理纤维的工艺尚不成熟，还有待进一步研究。稀土元素处理的纤维稀土元素是指元素周期表中第三类副族中的钪、钒和镧系元素的总称， 包括钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Cc、镨Pr、钕Nd、钜Pm、钫Sm、铕Eu等共17个元素。稀土离子的多元配合物能使织物具有耐久的抑菌性能是与稀土离子的特性分不开的。稀土离子具有较高的电荷数（ +3价） 和较大的离子半径（ 85～106 nm） , 因而在织物的抗菌整理过程中稀土离子可能与织物中的氧、氮等配位离子形成螯合物， 使抑菌剂牢固地与织物结合； 与此同时， 不同抑菌剂之间以稀土离子为联结点， 产生协同抑菌作用， 致使织物具有广谱的抑菌除臭效果〔5〕。芳香纤维所谓芳香纤维是与嗅觉有关的纤维， 从技术上看它可以包括发出香味的纤维和去除异昧的纤维两类〔6〕。为了延长香味的持久性， 我们采用了熔化的聚酯熔体和芳香油混合再挤压成形方法， 这样就提高了香味的持久性。然而， 由于适合这种工艺的香料的浓度和种类可变性很小， 所以能使用这种技术方法的纤维是有限的。为了解决这些问题， 人们研究发现， 把芳香物质微胶囊化是一种行之有效的办法。当纤维内混微胶囊化的香料后， 香味就能够在较长的时间内连续释放； 或当微胶囊被破坏时， 香味立即挥发出来， 从而达到去除臭味的目的。随着芳香纤维投放市场所显示的巨大潜力， 国内外都加紧了对它的研究， 李克兢， 汪家琛等研制出一种基于微胶囊技术的抗菌芳香型内衣〔7〕； 近天津工业大学功能纤维研究所也研制出一种具有芳香气味的复合型纤维， 其香气留存时间长， 纤维手感柔软， 物理性能较好， 无毒、无皮肤刺激， 可与各种合成纤维和天然纤维按适当比例混合， 适用于各种纺织品及各种无纺织物。负离子纺织品除臭负离子功能纺织品由日本先研发成功， 它集释放负离子功能、远红外线辐射、抗菌、抑菌、除臭、去异味、抗电磁辐射等多种功能于一体， 是一种高科技产品。该产品的形成是依赖在纤维生产过程中或在织物染整加工过程中添加了一种纯天然矿物添加剂（ 例如电气石） , 其主要成分为一种典型的极性晶体结构的负离子素。负离子添加剂除臭去异味和抗菌抑菌的机理是由于有害气体（ 如甲醛、硫化氢、二甲胺、氨等） 、细菌及人体产生的异味均带有正电荷， 而负离子能中和包覆带有正电荷的有害气体直到无电荷后沉降。同时添加剂每个晶体颗粒周围都形成一个电场， 具有0.06 mA微电流能对细菌等有机物进行分解， 使其成为无害（ 或低害） 物质。由于负离子材料周围有104~107 V/m的强电场， 可杀死细菌或抑制其分裂增生， 使其失去繁殖条件， 同时远红外线辐射能也可使电磁波能量起到抗菌效果。结论目前， 我国的抗菌防臭纤维的开发及整理尚处于起步阶段， 与国外水平相比还存在一定的差距。因此， 我们应该积极开发新的安全高效的抗菌防臭剂及其相关的整理工艺， 扩大抗菌防臭纤维的应用。【抗菌面料www.1kangjun.com】