顧振宇 王春梅 周光華 劉廣賢

（1.南通大學(xué)，江蘇南通，226019；2.江蘇匯鴻國(guó)際集團(tuán)中天控股有限公司，江蘇南京，210000）

棉織物具有良好的吸濕性和透氣性，一直受到消費(fèi)者的喜愛(ài)［1］。但棉織物也給微生物提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境；棉織物上易滋生細(xì)菌、產(chǎn)生霉斑和霉變，對(duì)人體健康造成危害［2］。隨著時(shí)代和科技的發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)紡織品追求的不僅僅是舒適和時(shí)尚，紡織品的安全性也愈發(fā)受到重視。

殼聚糖是天然抗菌劑中極具代表性的一類抗菌劑，對(duì)大多數(shù)細(xì)菌有著良好的抑制作用，屬于綠色環(huán)保的生物抗菌材料，在紡織、醫(yī)療和環(huán)保領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用［3］。殼聚糖與纖維素分子有著相似的結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)氫鍵或分子間作用力與棉纖維產(chǎn)生共結(jié)晶，使其牢牢地附著在織物表面，從而能夠達(dá)到長(zhǎng)期抑菌的目的［4］。其抗菌機(jī)理是殼聚糖中帶正電的氨基與細(xì)菌帶負(fù)電細(xì)胞膜相互作用，從而破壞細(xì)胞膜的完整性，使細(xì)菌無(wú)法正?；顒?dòng)［5］。但是殼聚糖難溶于水和有機(jī)溶劑，只有在酸性條件下才能溶解，極大地限制了其應(yīng)用范圍［6］。殼聚糖抗菌劑SA-50DS溶解性較好，本研究采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了對(duì)棉織物的抗菌整理工藝，研究整理后織物的性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

選用的織物規(guī)格為C 14.6×14.6 524×283平紋織物。

藥品有殼聚糖抗菌劑SA-50DS（工業(yè)級(jí)），牛肉浸膏、魚(yú)粉蛋白胨、瓊脂粉（生物試劑），磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、無(wú)水乙醇（分析純）。

儀器有HH-S11-1型電熱恒溫水浴鍋、JJ12BF型電子天平、JCS-31002B型電子天平、PB1型橫式壓染機(jī)、R-3型自動(dòng)定型烘干機(jī)、YXQ-LS-50A型立式壓力蒸汽滅菌鍋、SW-CJ-1D型單人凈化工作臺(tái)、DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、YG（B）026H-250型強(qiáng)力儀、WSB-3A型數(shù)字白度計(jì)、GYRWASH415型水洗/干洗色牢度機(jī)、NICOLET iS10型紅外光譜分析儀、EM-30Plus+型掃描電鏡和OCA15EC型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x。

1.2 抗菌整理方法

配置的整理液經(jīng)二浸二軋（殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì) 量 濃 度20 g/L～120 g/L，軋 余 率100%左右）、預(yù)烘（100℃，3 min）、焙烘（110℃～130℃，2 min～4 min），完成整理。

1.3 測(cè)試方法

抑菌率參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》測(cè)試，測(cè)試菌種為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。

耐水洗性按照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》中的耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)洗滌法進(jìn)行試樣洗滌。水洗條件：水溫40℃，洗滌劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%，150 mL溶液，鋼珠10粒，洗滌時(shí)間45 min。洗滌后取出試樣，在（40±3）℃和100 mL的水中清洗兩次，每次1 min。重復(fù)此程序，每洗1次相當(dāng)于5次家庭洗滌。

白度參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗(yàn)方法》，將織物折疊8層，用WSB-3A型數(shù)字白度計(jì)測(cè)定織物不同部位的白度，測(cè)量4次取平均值。

斷裂強(qiáng)力參照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》，測(cè)定織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力。

親水性采用OCA15EC型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x，測(cè)試去離子水在整理織物表面的接觸角。

采用EM-30 Plus+型掃描電鏡對(duì)整理前后織物表面形貌進(jìn)行觀察，電鏡放大倍數(shù)2 000倍。

將織物剪碎，采用NICOLET iS10型紅外光譜分析儀，使用KBr壓片法測(cè)織物紅外光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗菌整理工藝的優(yōu)化

2.1.1 抗菌劑質(zhì)量濃度對(duì)整理織物抑菌率的影響

按照1.2抗菌整理方法，焙烘溫度130℃，焙烘時(shí)間3 min，改變殼聚糖抗菌劑SA-50DS的質(zhì)量濃度，測(cè)得整理織物的抑菌率結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 抗菌劑質(zhì)量濃度對(duì)織物抑菌率的影響

由圖1可知，隨著殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度的增加，整理織物的抑菌率也隨之增加。這是由于隨著殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度增加，固著到織物上的抗菌劑增多，故整理織物的抗菌性能越好。當(dāng)殼聚糖抗菌劑SA-50DS的質(zhì)量濃度達(dá)到60 g/L時(shí)，整理織物的抑菌率接近100%。

2.1.2 水洗次數(shù)對(duì)整理織物抑菌率的影響

為了考察水洗次數(shù)對(duì)整理織物抑菌率的影響，不同殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度（60 g/L～120 g/L）和水洗次數(shù)（10次、20次）對(duì)織物抑菌率的影響結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 織物洗滌后的抑菌率

由表1可知，整理織物水洗后的抑菌率隨著抗菌劑質(zhì)量濃度的增加而增加。殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度60 g/L整理的棉織物經(jīng)過(guò)水洗后，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率都低于50%，說(shuō)明其耐洗性能較差。當(dāng)殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度達(dá)到120 g/L時(shí)，整理織物經(jīng)洗滌20次后依舊保持著較高的抑菌率。

2.1.3 正交試驗(yàn)

為了進(jìn)一步優(yōu)化整理工藝，選取抗菌劑質(zhì)量濃度（因素A）、焙烘溫度（因素B）、焙烘時(shí)間（因素C）3個(gè)因素，以整理織物經(jīng)水洗10次后的抑菌率為評(píng)判指標(biāo)進(jìn)行L9（33）正交試驗(yàn)。因素水平表見(jiàn)表2，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見(jiàn)表3，極差分析見(jiàn)表4和表5。

表2 因素水平表

表3 正交試驗(yàn)方案與測(cè)試結(jié)果

表4 對(duì)大腸桿菌抑菌率的極差分析

表5 對(duì)金黃色葡萄球菌抑菌率的極差分析

由表4可知，各因素對(duì)整理織物抑菌率的影響順序?yàn)榭咕鷦┵|(zhì)量濃度＞焙烘時(shí)間＞焙烘溫度。采用A3B2C2工藝整理織物對(duì)大腸桿菌的抑菌率最高，即抗菌劑質(zhì)量濃度120 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時(shí)間3 min。由表5可知，各因素對(duì)整理織物抑菌率的影響順序?yàn)榭咕鷦┵|(zhì)量濃度＞焙烘溫度＞焙烘時(shí)間。采用A2B2C1工藝整理織物對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率最高，即抗菌劑質(zhì)量濃度110 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時(shí)間4 min。

采用上述得出的兩種最優(yōu)方案對(duì)棉織物進(jìn)行整理，測(cè)試整理織物斷裂強(qiáng)力、白度、接觸角和水洗10次后的抑菌率，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同工藝整理織物的性能對(duì)比

由表6可知，方案A3B2C2整理棉織物經(jīng)水洗10次后對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率均大于90%，方案A2B2C1整理棉織物經(jīng)水洗10次后對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達(dá)到99.9%；與未整理織物相比，兩種工藝整理織物的白度變化不大，接觸角增加；方案A3B2C2整理織物的斷裂強(qiáng)力變化不大，但方案A2B2C1整理織物的斷裂強(qiáng)度有所降低。綜合考慮，確定方案A2B2C1為最佳整理工藝，即殼聚糖抗菌劑SA-50DS質(zhì)量濃度110 g/L、焙烘溫度120℃、焙烘時(shí)間4 min。

2.2 整理織物的表征

2.2.1 紅外光譜

圖2為整理織物的紅外光譜圖。3 340.6 cm-1為O—H和N—H的重疊伸縮振動(dòng)峰，2 900.4 cm-1為C—H伸縮振動(dòng)峰，1 651.2 cm-1為酰胺基中NH—CO（Ⅰ）譜帶，1 314.7 cm-1為酰胺Ⅲ譜帶，1 053.9 cm-1為C—O伸縮振動(dòng)峰。由此可見(jiàn)，殼聚糖抗菌劑SA-50DS被整理到了棉織物上。

圖2 整理織物紅外光譜圖

2.2.2 表面形態(tài)

整理前后棉織物的表面形貌見(jiàn)圖3。

圖3 織物掃描電鏡圖（放大2 000倍）

由圖3可知，未整理的棉織物纖維表面光滑，經(jīng)殼聚糖抗菌劑SA-50DS整理后纖維表面有一層物質(zhì)附著，略顯粗糙，表明殼聚糖抗菌劑SA-50DS被整理到了織物上。

3 結(jié)論

（1）采用殼聚糖抗菌劑SA-50DS對(duì)棉織物進(jìn)行抗菌整理，當(dāng)抗菌劑質(zhì)量濃度在60 g/L以上時(shí)，整理織物的抑菌率接近100%。

（2）殼聚糖抗菌劑SA-50DS對(duì)棉織物的最佳整理工藝為抗菌劑質(zhì)量濃度110 g/L，焙烘溫度120℃，焙烘時(shí)間4 min。最佳工藝整理的織物經(jīng)皂洗10次后，對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達(dá)到99.9%。