吳友吉,李 濤,金 盈,王芬華

·快遞論文·

納米氧化錫/偕胺肟復(fù)合纖維的制備及其抑菌性能

吳友吉*,李 濤,金 盈,王芬華

(安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

以納米氧化錫為添加粒子，與偕胺肟化處理后的聚丙烯腈纖維反應(yīng)，制得納米氧化錫/偕胺肟復(fù)合纖維(1)，其結(jié)構(gòu)及形貌經(jīng)XRD，SEM和EDX表征。并研究了1對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能。結(jié)果表明：在纖維表面生成了四方晶系的納米氧化錫，1對(duì)受試菌種具有良好的抑菌性能。

聚丙烯腈纖維;納米氧化錫;復(fù)合纖維;抑菌性能

納米纖維是指直徑為納米尺度而長(zhǎng)度較大的線狀材料，其包括纖維直徑為納米量級(jí)的超細(xì)纖維和將納米顆粒填充到普通纖維中對(duì)其進(jìn)行改性的纖維[1]。利用納米技術(shù)對(duì)紡織纖維進(jìn)行改性，可賦予纖維新的性能，采用性能不同的納米微粒，可開(kāi)發(fā)阻燃、抑菌、抗靜電、防紫外線、抗電磁屏蔽等各種功能性纖維，已成為納米紡織材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[2-6]。銀系化合物和銅系化合物抑菌性能優(yōu)異，是最常用的抑菌材料[7-10]，近年來(lái)有關(guān)錫系化合物抑菌性能的研究也漸有報(bào)道[11-12]。目前具有高效抑菌性能功能纖維的研究報(bào)道主要集中于銀系和銅系抑菌納米纖維[13-14]，錫系抑菌納米纖維的研究卻鮮有報(bào)道。

本文以納米氧化錫為添加粒子，與偕胺肟化處理后的聚丙烯腈纖維反應(yīng)，制得納米氧化錫/偕胺肟復(fù)合纖維(1),其結(jié)構(gòu)及形貌經(jīng)XRD,SEM和EDX表征。研究了1對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

D8型X-射線粉末衍射儀[使用Cu靶線源(CuKα，λ=1.541 8 ?)測(cè)定，步速為4 °·min-1，步距為0.02 °，掃描范圍為2θ=10 °～80 °]；S-4800型掃描電子顯微鏡(電壓為10 KV)。

含偕胺肟基團(tuán)的螯合纖維按照文獻(xiàn)[15]方法制備；蛋白胨、牛肉浸膏和瓊脂均為生化試劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚丙烯腈纖維，工業(yè)級(jí)；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) 納米SnO2的合成

在燒杯中加入0.125 mol·L-1SnCl4·5H2O溶液70 mL，用25%NH3·H2O調(diào)節(jié)至pH 11，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜，保持反應(yīng)釜的填充度為75%，于200 ℃反應(yīng)24 h。冷卻至室溫，過(guò)濾，濾餅依次用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，所得固體于100 ℃的真空干燥箱中12 h得納米SnO20.570 7 g。

(2) 1的合成

在反應(yīng)瓶中加入納米SnO20.142 8 g和蒸餾水200 mL，超聲分散0.5 h后取出，將含偕胺肟基團(tuán)的螯合纖維0.189 6 g加入反應(yīng)瓶中，于50 ℃恒溫振蕩反應(yīng)0.5 h。過(guò)濾，濾渣用蒸餾水洗滌，烘干得樣品1 0.199 8 g。

1.3 抑菌實(shí)驗(yàn)

在無(wú)菌操作室中，將滅菌后的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿中，待冷卻后接種大腸桿菌或金黃色葡萄球菌，纖維經(jīng)過(guò)無(wú)水乙醇滅菌后，分別加入到各個(gè)培養(yǎng)皿中。于35 ℃恒溫培養(yǎng)24 h，其中培養(yǎng)基pH 7.2～7.4。根據(jù)抑菌圈的大小判斷各種纖維的抑菌能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成

(1) 納米SnO2的合成

圖1為所制備納米SnO2的XRD譜圖。由圖1可見(jiàn)，所有的衍射峰均可以指標(biāo)為四方晶系的SnO2晶體(JCPDS Cards，41-1445)，其中2θ=26.58°,33.87°,37.95°,51.76°處的最強(qiáng)峰分別是由于(110),(101),(200),(211)晶面衍射造成的。圖2為所制備納米SnO2的掃描電鏡照片，由圖2可見(jiàn)，樣品為分散均勻的小顆粒，粒徑為30 nm左右。由此可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)成功制備了納米SnO2。

2θ/(°)

圖2 納米SnO2的SEM照片

(2) 1的合成

圖3為1的SEM照片。由圖3可見(jiàn)，在1表面分散著粒徑約30 nm的小顆粒。可能的機(jī)理是，偕胺肟基團(tuán)中的氨基氮和羥基氧與錫發(fā)生了鍵合作用，生成了1。

圖3 nano-SnO2/AOCF的SEM照片

為了進(jìn)一步確定1的元素組成，對(duì)復(fù)合纖維進(jìn)行了EDX分析，結(jié)果見(jiàn)圖4和表1所示。由圖4和表1可以看出，在以C、N、O為主要元素的1表面上檢測(cè)到Sn的存在，結(jié)合納米氧化錫樣品的XRD圖譜，說(shuō)明成功制備了1。

圖4 nano-SnO2/AOCF的EDX圖譜

元素質(zhì)量百分比/%原子百分比/%C15.4231.62N3.776.62O33.7852.00Sn47.039.76總量100.00100.00

2.2 1的抑菌性能

圖5為1對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果圖。由圖5a、圖5c可以看出，改性前的PAN纖維和改性后的AOCF纖維周?chē)鶡o(wú)抑菌圈，說(shuō)明PAN和AOCF本身并不具備抑菌性能。而與納米氧化錫反應(yīng)后的復(fù)合纖維周?chē)忻黠@的抑菌圈，說(shuō)明1對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有良好的抑菌性能。

圖5 纖維的抑菌效果圖(a、b—大腸桿菌,c、d—金黃色葡萄球菌)

為了進(jìn)一步研究1的抑菌性能，以一定濃度單位的青霉素作為參照，其中大腸桿菌所用青霉素濃度為1萬(wàn)單位，而金黃色葡萄球菌所用青霉素濃度為0.5萬(wàn)單位。圖5b中復(fù)合纖維質(zhì)量為0.08 g，由圖5b可見(jiàn)，復(fù)合纖維和青霉素的抑菌圈直徑均為13 mm，表明0.08 g復(fù)合纖維對(duì)大腸桿菌的抑菌能力與1萬(wàn)單位青霉素相當(dāng)。圖5d中復(fù)合纖維質(zhì)量為0.06 g，由圖5d可見(jiàn)，復(fù)合纖維和青霉素的抑菌圈直徑均為16 mm，表明0.06 g復(fù)合纖維與0.5萬(wàn)單位青霉素對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌能力相當(dāng)。

表2給出了固定青霉素濃度，不同質(zhì)量的1與青霉素抑菌效果比較。由表2可見(jiàn)，無(wú)論是大腸桿菌還是金黃色葡萄球菌，隨著復(fù)合纖維質(zhì)量的增加，抑菌圈直徑逐漸增大，抑菌性能逐漸增強(qiáng)。

表2 nano-SnO2/AOCF與青霉素的抑菌效果比較

含偕胺肟基的螯合纖維與納米氧化錫反應(yīng)，制得納米氧化錫/偕胺肟復(fù)合纖維(1)。1為四方晶系SnO2晶體。1的抑菌性能研究表明：PAN和AOCF本身無(wú)抑菌性能，而0.08 g的1對(duì)大腸桿菌的抑菌能力與1萬(wàn)單位的青霉素相當(dāng)，0.06 g的1對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌能力與0.5萬(wàn)單位的青霉素相當(dāng)。

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Preparation and Antibacterial Properties of Nanometer Tin Oxide/Amidoxime Composite Fiber

WU You-ji*,LI Tao,JIN Ying,WANG Fen-hua

(College of Biochemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

The nano-tin oxide/amidoxime composite fiber(1) was prepared by reaction of SnO2nanocrystals with amidoxime-chelated polyacrylonitrile(PAN) fiber.The structure was characterized by XRD,SEM and EDX.The antibacterial properties of 1 againstEscherichiacoliandStaphylococcusaureuswere investigated.The results indicated that tetragonal SnO2nanocrystals were deposited uniformly on the surface of 1 and 1 had excellent antibacterial properties.

polyacrylonitrile;nano-tin oxide;composite fiber;antibacterial property

2016-07-19

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21502001)；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(AH201410363223，201510363211)

吳友吉(1975-)，男，漢族，安徽天長(zhǎng)人，碩士，講師，主要從事高分子材料改性及應(yīng)用的研究。E-mail：youji_wu@163.com

O63

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.12.16186