抗菌抗病毒纺织品研发现状及其汽车内饰面料开发思路
摘要：鉴于汽车内部环境的健康已经成为保证驾乘者健康和安全的关键问题，介绍抗茵抗病毒功能概念及抗菌抗病毒纺织品技术标准与测试方法，概述抗茵抗病毒纺织品的研发现状，并提出设计开发抗茵抗病毒汽车内饰面料的思路、方法和需要关注的问题。
近期，举国上下都在抗击新型冠状病毒。如何有效防护，从而避免病毒感染，确保身体健康和生命安全，成为人们关注的问题。随着经济社会的发展和生活水平的提高，汽车走进了寻常百姓家，并且其功能已经超越简单的代步工具层面，成为人们生活空间的重要延伸。汽车内部环境是一个封闭的空间，使用频率很高，人员的流动性也较大，车内环境的健康和安全也已经成为保证汽车驾乘人员健康和安全的重要关注点。
汽车内饰面料作为汽车内部的表皮材料，是驾乘人员接触机会较多和接触面积较大的材料,也是影响汽车内部环境健康和安全的重要因素。本文主要从抗菌抗病毒功能概念、抗菌抗病毒纺织品技术标准与测试方法，以及抗菌抗病毒纺织品研发现状及其汽车内饰面料开发思路等方面进行综述。
抗菌抗病毒功能概念
抗菌抗病毒功能包含抗菌和抗病毒两层含义。细菌是由单细胞或多细胞组成的简单生物，病毒是一种非细胞生物，它由蛋白质外壳和核酸(DNA或RNA)构成，其生存和繁殖都离不开宿主细胞。细菌的体型较大．在普通光学显微镜下可观察到，而病毒的体型较小。在电子显微镜和探针显微镜下才能观察到，如图1所示。
抗菌功能是抑菌和杀菌这两种作用的总称。防止或者抑制微生物生长繁殖的作用叫作抑菌,杀死微生物营养体或者繁殖体的作用叫作杀菌。抗菌面料具有良好的抗菌作用,能够消除因细菌产生的异味,使织物保持整洁,同时避免细菌繁殖,能够起到降低再次传播的风险。
广义的抗病毒功能概念也包含防病毒和消杀病毒(狹义的抗病毒功能概念)两个方面。防病毒主要是指通过防护层的物理过滤而起到防止病毒侵害的作用。比如普通外科口罩或者KN95口罩采用聚丙烯熔喷材料形成的过滤层进行吸附和阻隔，从而实现防病毒功能。消杀病毒是指利用病毒抑制剂而达到杀死或抑制病毒复制的效果。
抗菌抗病毒纺织品技术标准与测试方法
现有的汽车内饰材料技术标准中,无论是国家标准、行业标准还是企业标准,几乎都未专门涉及抗菌抗病毒功能方面的技术要求。参考纺织品的相关技术要求，分别对抗菌抗病毒纺织品技术标准与测试方法进行介绍。
2.1纺织品抗菌性能评价方法
评价纺织品抗菌性能的主要方法分为两大类，即定性法和定量法。
2.1.1 定性法
定性法主要用于衡量和验证产品是否具有抗菌性能。与定量法相比,定性法的测试过程相对简单,测试周期也较短。我国的国家标准和纺织行业标准、美国纺织化学师与印染师协会标准及日本工业标准中,都有评价纺织品抗菌性能的定性法，如GB/T20944.1- 2007《纺织品 抗菌性能的评价第1部分: 琼脂平皿扩散法》、FZ/T 73023- 2006《 抗菌针织品》中的晕圈法、AATCC 147 :2016《纺织材料的抗菌活性评价:平行划线法》及JISL 1902:2015《纺织品纺织产品抗菌活性和功效的测定》中的抑菌环法等。
2.1.2 定量法
定量法可以确切地测定纺织品的抗菌性能。也是目前纺织行业在评价产品抗菌功能中应用多的测试方法。涉及定量法的相关标准有我国的国家标准GB／T 20944．2—2007《纺织品抗菌性能的评价第2部分：吸收法》、GB／T 20944．3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，以及国际标准化组织(ISO)的国际标准ISO 20743：2007《纺织品纺织品抗菌活性的测定》、美国纺织化学师与印染师协会标准AATCC 100：2012((抗菌纺织品的评价方法》、日本工业标准JISL 1902：2018((纺织品纺织产品抗菌活性和功效的测定》等。
GB／T 20944((纺织品抗菌性能的评价》系列标准中的吸收法和振荡法是常用的两种纺织品抗菌性能评价方法。表1比较了这两种方法。
2.2纺织品抗病毒性能评价方法
纺织品的抗病毒功能需求是近些年才受到人们关注的．抗病毒纺织品的开发较抗菌纺织品晚很多年。目前为止，我国还没有纺织品抗病毒性能评价方面的国家标准和行业标准。根据中国纺织工业联合会新发布的国家标准和行业标准立项计划。国家标准《纺织品抗病毒活性的测定》将在2020年完成制定。
2014年8月，ISO发布了ISO 18184：2019((纺织品纺织产品抗病毒活性的测定》(表2)，规定了纺织品对特定病毒的抗病毒性能的测试方法，适用范围包括机织物、针织物、纤维和纱线等。该标准中用于测试的病毒主要包括：一种包膜病毒，属流感病毒。人体感染该病毒后会产生呼吸道疾病：一种非包膜病毒，属猫杯状病毒，人体感染该病毒后会产生肠胃疾病。
抗菌抗病毒纺织品研发现状
3.1抗茵纺织品的研发现状
3.1.1 无机抗菌剂的应用研究
抗菌纺织品制备过程中常用的无机抗菌剂主要是金属元素抗菌剂，如含有银(Ag)、锌(Zn)、铜(cu)、钛(Ti)等元素的抗菌剂，其中含钛元素的抗菌剂属光催化型金属元素抗菌剂。金属元素抗菌剂的耐高温性能优于有机抗菌剂。因此比较适合涤纶抗菌面料的开发。
银系抗菌剂的抑菌强度较高，而且耐高温(可达1 300℃以上)，是目前纺织品中应用较多的无机抗菌剂。倪其洲?以白色念珠菌抑菌率为评价指标。研究了染整加工对纳米银涤纶面料抗菌性能的影响，所制备的纳米银涤纶面料经20次洗涤后，仍保持较高的抑菌性能。王春等[2]采用琼脂平皿扩散法和吸收法．对4种不同银离子纤维含量的试样进行了抗菌性能测试。当织物中的银离子纤维质量分数为10％时，试样的抗菌效果好。周婷婷等[3]以端氨基超支化聚合物为还原剂制备了纳米银溶液，并对涤纶织物进行抗菌整理，所制备的涤纶抗菌织物具有较好的耐水洗性。
周璐瑛[4]通过后整理将纳米氧化锌粉体附着到棉织物上。发现当整理液中的纳米氧化锌质量分数达到2％时，可全部杀灭织物上的金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌。
含钛元素的光催化型金属元素抗菌剂以纳米二氧化钛(TiO，)抗菌剂为代表。纳米二氧化钛在光催化作用下能将细菌分解，从而实现抗菌效果。纳米二氧化钛抗菌剂具有对皮肤无刺激性、抗菌能力强、热稳定性好及耐水洗等特点。郭晓玲等[5]制备了掺杂硫氮的纳米二氧化钛(s．N．TiO，)耐久抗菌织物，通过振荡法测试发现，在可见光照射下，织物对金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌都具有较好的抑菌效果。
3.1.2有机抗菌剂的应用研究
常用的有机抗菌剂主要有季铵盐类、双胍类、卤化物类、有机金属化合物类、含氮的有机化合物类及二苯醚类等。有机抗菌剂因耐热性差、不耐高温、容易分解等缺点。其在纺织领域的应用受到限制。季铵盐类抗菌剂是使用广泛的有机抗菌剂。它的抗菌效果也好，但是抗菌持久性差，而且毒性大。目前主要通过有机硅与季铵盐的结合来解决这些问题。JAKIMIAK等[6]利用季铵盐抗菌剂制备了抗菌改性涤纶织物．其对肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌都呈现出显著的抑制作用。张淑敏等[7 3合成了一种季铵盐抗菌剂。并对涤纶织物进行浸轧整理。制备出具有高效杀菌效果的抗菌涤纶织物。
3.1.3 天然抗菌剂的应用研究
天然抗菌剂来源于自然界，主要是从植物或者动物中提炼而制成的，其中应用较多的是壳聚糖。壳聚糖表面富集了带正电荷的氨基．氨基与表面带有负电荷的菌体吸附结合．这是壳聚糖具有抗菌功能的关键所在。王亚等[8】采用乳化交联法制备了艾蒿油一壳聚糖抗菌微胶囊。并将其应用于医用非织造布的抗菌整理，当微胶囊质量浓度为20∥L时，整理试样对金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌的抑菌率分别为96．66％和98．88％。但是，壳聚糖的抗菌耐久性较差。采用金属离子或其氧化物与壳聚糖进行复合加工，可提升其抗菌耐久性。胡凤霞等[91应用有机抗菌剂与无机抗菌剂复合的工艺，制备了壳聚糖／Ag+复合抗菌整理剂，整理织物的抑菌率可达93．00％以上。
3.2抗病毒纺织品的研发现状
面料的抗病毒功能主要通过添加或者附着抗病毒功能材料等途径实现。用于抗病毒面料的功能材料主要是金属元素类的无机材料(如Ag和cu)和光催化类(如TiO，)的无机材料。
3.2.1 金属元素类抗病毒功能材料的研发现状
抗病毒功能材料中，纳米材料的出镜率比较高。纳米银除了具有高效抗菌性能外，对人类免疫缺陷病毒(HIV)、乙肝病毒和流感病毒等都有明显的抑制作用。纳米银的抗病毒机理主要有以下几种[10I：
(1)利用纳米银对病毒的机械吸附和固定作用，阻止病毒与宿主细胞发生吸附。
(2)纳米银与病毒DNA或者RNA结合，改变病毒结构，阻断病毒DNA或者RNA复制，从而使病毒失活。
(3)纳米银中的银离子对病毒有直接破坏作用。铜材料除了具有非常好的抗菌功能外，也具有良好的抗病毒功能。WARNES等[11]经研究指出，铜对甲型流感病毒、疱疹病毒、229E冠状病毒等具有高效抑制作用，接触几分钟到几小时不等，病毒就失去活性。北京中纺优丝特种纤维科技有限公司于2017年开发出了锦纶基铜离子抗菌抗病毒纤维。
王渊等[12]采用主要成分为有机碳分子与无机纳米材料的共价组合物的抗病毒整理剂。对纺织品进行抗病毒整理，以有效成分质量分数l％的抗病毒整理剂乳液整理20 min。灭活SARS病毒的效率为100％，平均灭活数值为6．5。李保海等[13]采用夏枯草植物萃取得到超细粉体，然后将其掺入纱线制得抗病毒纱线．后经织造加工制成抗病毒织物。织物具有突出的乙肝病毒抑制功能，而且天然、无毒。
3.2.2 光催化类抗病毒功能材料的研发现状
刘刚等[14]以四氯化钛为原料．采用亚稳态氯化法制得分散均匀、稳定的纳米TiO，成品。然后进行乙型肝炎表面抗原(HBsAg)的抗原性破坏试验，当纳米TiO，质量分数为1％时，照射12 h，HBsAg由阳性转为阴性。
王进美等[151采用液相法制备出ZnO和TiO，等单分散纳米材料，然后与高分子黏合剂复合，再经超声分散处理制备出抗病毒整理剂，经其整理后的毛织物具有良好的抗病毒效果。东京大学等通过在二氧化钛中添加铜类化合物的方法，制备出可见光条件下可以发生催化作用的光催化剂，经测试其具有优异的抗病毒和抗菌效果[161。王琪等[17]通过等量浸渍法制备了负载Ag—TiO，，它能显著增强材料的抗病毒能力，当Ag的负载质量分数为3％时，抑制效果明显。冯晏萌等[18]通过研究发现，纳米TiO，在高汞灯、非直射阳光和紫外灯的照射下，对HBsAg具有良好的破坏作用，特别是在强紫外线照射下，2 min的破坏率达99．80％，5 min的破坏率达99．90％，10 min的破坏率几乎达100．00％。
抗菌抗病毒汽车内饰面料开发思路
4.1设计开发路径
根据上面介绍的抗菌抗病毒纺织品的研究开发现状。筛选有效的功能材料是实现汽车内饰面料抗菌抗病毒功能的前提和关键。在功能材料的筛选上，应从纳米金属(Ag或Cu)材料和负载金属或其氧化物(如Ag、ZnO)的光催化型TiO，材料着手。
目前，制备抗菌抗病毒功能汽车内饰面料产品的可行性工艺路线主要有两种。
种是将具有抗菌抗病毒功能的材料制成纳米级的微细颗粒，再将其在纺丝过程中添加到纤维上，从而赋予纤维抗菌抗病毒功能。目前，汽车内饰面料采用的主要纤维原料为涤纶。其纺丝温度比较高，一般在280。290℃，抗菌抗病毒功能材料的添加会直接影响纤维的可纺性．尤其会对纤维的力学性能不利。因此，需要在纺丝过程中优化工艺，既要保证纤维的抗菌抗病毒功能，又要满足纤维的可纺性和可用性。
第二种是对织物进行后整理。就是将抗菌抗病毒功能材料添加到整理液中，通过浸渍、涂层、印花等方式附着到织物上．从而实现汽车内饰面料的抗菌抗病毒功能。后整理法需要考虑汽车内饰面料特殊的使用环境，对面料的耐磨性、耐久性的要求较高。关于如何保证抗菌抗病毒功能的耐久性，也需要做更深入的研究。
4.2需要关注的问题
1)开发过程中需要评估抗菌抗病毒功能的附加对现有汽车内饰面料的主要性能(如色彩纹理、阻燃性能、有毒有害物质含量、气味及有机物挥发等)的影响。
2)从经济性和便利性及汽车内饰面料的使用区域考虑，有差异化地选用适合的开发工艺路线。比如：对于汽车内饰面料中基本不接触、耐磨要求较低的顶篷面料．可以选用后整理工艺的方式；对于耐磨要求高、接触频率高的座椅面料。可以采用纤维纺丝过程中添加抗菌抗病毒功能材料的方式。
3)在抗菌抗病毒功能汽车内饰面料的开发过程中，需要考虑所使用的抗菌抗病毒功能材料本身的生物安全可靠性，确保其不会对驾乘人员的健康造成危害。
展 望
汽车作为广大消费者的第二个“家”。包括内饰面料在内的产品健康和安全问题是消费者越来越关注的热点。设计开发具有高级别的主动安全防护能力的抗菌抗病毒汽车内饰面料，是全方位保证汽车驾乘人员健康和安全的重要组成部分，也是当前汽车研发领域新材料的重要发展方向，而且必将会引领整个汽车行业在健康领域发展的新高度。
