抗菌后整理新技术


  采用等离子体表面处理来获得抗菌效果是一种新兴的表面抗菌改性技术,与整体材料抗菌整理相比,表面处理抗菌更有优势,且不伤害本体材料的性能。等离子体表面处理获得材料表面抗菌性能的技术方法主要有离子注入、离子束辅助沉积(IBAD)和等离子浸没离子注入沉积(PIII-D)等。离子注入是将高能离子在真空条件下加速注入固体表面的方法,通过在纺织材料表面注入一些抗菌元素如Ag、Cu等,形成亚稳相或沉淀相,可使材料获得抗菌性能,该方法的优点是解决了其他工艺制备的涂层表面与基体的连接问题。离子束辅助沉积技术是指在气相沉积镀膜的同时,采用一定能量的离子束进行轰击混合,从而形成单质或化合物膜层;该方法可以在较低轰击能量下连续生长任意厚度的膜层,并能在室温或近室温下合成具有理想化学配比的化合物膜层;目前将该技术用于抗菌材料的研究还较少,未来有较大的发展潜力。等离子浸没离子注入沉积是在真空室中事先产生等离子体,然后在工作件上施加负偏压来获得离子的注入或沉积,其既具备离子注入效应,又具备常规离子镀效应;该方法能够改善薄膜和复合层的物理化学性能,从而在抗菌材料的研究中有所应用。

  Nanofics真空等离子体处理设备及其处理效果

  常规的化学镀银整理工艺简单,但耐久性、牢度和均匀度均不够理想。真空镀银整理在高真空条件下进行,一方面减少了银原子与气体分子的碰撞,从而减少化学反应的发生;另一方面可保持被镀纺织品表面洁净,改善银原子与纤维的附着牢度。真空镀银时纺织品不能含有水分,否则会使真空度下降。真空镀银的纤维表面附着的银层极薄,其附着牢度是产品质量的关键。

  纺织品溅镀可在直流二级溅镀装置中进行,溅镀中抗菌类金属在纺织品上的附着牢度要比真空镀好,调节金属膜厚度方便,但其成膜速度较慢。此外,纤维的标准回潮率、耐热性和亲水基团含量都会对溅镀效果产生影响。相比棉与粘胶纤维织物,涤纶织物更易于溅镀,且溅镀后的涤纶织物透气性基本没有变化,这与金属膜包裹在每根纤维表面上,而不是附着在纤维的间隙处有关。溅镀纺织品的刚柔性与未处理纺织品相比,其变化范围为4%~24%,即稍有些发硬的倾向,与一般的树脂整理和热定形处理的变化相仿。运用磁控溅射和复合镀膜工艺开发的新型镀银纤维和面料,具有优异的抗菌性能,是用于烧伤等重症医用敷料的顶级材料。同时提高含银量,还可使面料具有隔离电磁辐射的功能。

       通常纺织品的抗菌性在整理中容易得到,但是在洗涤中也容易失去。为了提高纺织材料抗菌整理的耐久性,实现抗菌功能的可再生是一种新的整理方法。在此新工艺中,抗菌剂化合物的母体(潜在抗菌剂)代替了抗菌剂本身,可应用于纤维素材料的抗菌处理中。在具有抗菌功能的基团被活化之前,潜在抗菌剂以共价键结合在纤维素材料上,然后它可以通过一个可逆的化学过程(如氧化还原反应)活化,释放出具有抗菌功能的基团。这种整理方法类似于抗皱整理过程,活化反应可以在常规过程如漂白中实现。利用潜在抗菌剂即单羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲(MDMH)对纤维素织物进行处理,MDMH中的羟甲基可与纤维素纤维分子链上的羟基反应,生产共价键;而MDMH中的仲氨基可用含有效氯的溶液处理,使之生成卤胺结构,卤胺结构中共价键的氯极性非常强,具有氧化作用,可致使微生物失活,从而达到抗菌效果;氯化后,氯原子被还原成氯化物,而卤胺键转化成仲氨基,经再次氯化处理后可再生,从而实现抗菌功能的再生。

  石墨烯对细胞有较强的细胞毒性,其可以直接接触细菌的细胞膜并使其分解,氧化石墨烯的抗菌机理是细胞膜和氧化应激共同作用。Krishnamoorthy等利用氧化石墨烯纳米结构涂覆在棉织物表面进行整理,并对其进行检测,结果表明,改性后的织物具有更高的热稳定性,而且对革兰氏阳性菌有较大的毒性。樊春海等采用吸附法、辐射交联法和化学交联法等三种方法将氧化石墨烯应用到棉织物上,试验表明,这些织物具有很强的抗菌性能,能杀死98%的细菌,并且耐洗性好。苗广远等先将氧化石墨烯与棉纤维稳固结合,然后化学还原氧化石墨烯,发现处理后的织物具有一定的抗菌性能。

  石墨烯破坏细菌细胞膜过程的计算机模拟图

  微胶囊抗菌整理技术先将抗菌物质细化为粒径极其微小的固体颗粒或液滴,然后以其为核心,利用特殊的方法,将具有成膜性能的聚合物在其表面沉积涂覆,形成无缝薄膜,最后经分离、干燥等过程制得微胶囊抗菌剂,随后进行抗菌后整理。如日本钟纺公司将艾蒿提取物和扁柏提取物封入微胶囊中,对内衣、运动衫进行抗菌处理,产品具有较高的耐洗性。通常,可以通过改变壁材的组成和厚度来控制微胶囊抗菌剂的释放速度,延长耐用时间。