抗菌整理機(jī)理

不同抗菌劑的作用單元和作用對象不盡相同。其機(jī)理可總結(jié)為兩類：一是利用抗菌劑中的陽離子基團(tuán)通過靜電作用吸附到帶負(fù)電的細(xì)菌細(xì)胞壁，它們能夠破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、抑制蛋白合成、使細(xì)胞合成酶失活，還可通過改變細(xì)胞壁通透性，使細(xì)胞內(nèi)溶物滲出達(dá)到抗菌效果；二是利用納米材料的小尺寸效應(yīng)和光化學(xué)活性，在光催化條件下產(chǎn)生強(qiáng)氧化基團(tuán)與微生物反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

 

抗菌整理方法

基于常用抗菌劑的抗菌機(jī)理，羊毛纖維的抗菌整理可分為無機(jī)金屬離子抗菌整理、有機(jī)抗菌整理、天然抗菌整理及納米材料抗菌整理。

無機(jī)金屬離子抗菌整理

在抗菌整理過程中，人們早已使用金屬鹽化合物處理織物并賦予織物特種功能。羊毛纖維結(jié)構(gòu)特殊，含有多種氨基酸結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基上有能吸附各類金屬離子的氨基、羧基、羥基等極性基團(tuán)。

 

研究表明，羊毛纖維吸附金屬離子受離子種類、濃度、溶液pH值、處理時(shí)間和溫度等因素影響，其中pH值影響最大。以銀離子和銅離子為例，在酸性條件下，Ag+和Cu2+主要與羧基結(jié)合，pH值小于羊毛等電點(diǎn)（4.2～4.8）時(shí)纖維表面帶正電荷，與Ag+和Cu2+產(chǎn)生靜電斥力吸附較弱；pH值在等電點(diǎn)以上時(shí)，羊毛纖維表面呈負(fù)電性，兩者的靜電引力促使吸附量增加。在堿性含氨條件下，銀離子和銅離子通過銀氨和銅氨絡(luò)合物的形式結(jié)合到羊毛的含氮側(cè)基，且吸附量較酸性環(huán)境有所提高。但是在強(qiáng)堿溶液中羊毛的角蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，胱氨酸殘基等氨基酸結(jié)構(gòu)分解，影響了羊毛纖維的穩(wěn)定性，直觀表現(xiàn)為纖維強(qiáng)力下降，手感粗糙。

 

盡管如此，金屬離子與羊毛的結(jié)合牢度和抗菌耐久性仍然存在缺陷，有學(xué)者通過交聯(lián)的方式將金屬離子負(fù)載到羊毛纖維以解決這一問題，常用的交聯(lián)劑有單寧酸、海藻酸鈉等。

 

有機(jī)抗菌整理

目前，以季銨鹽為代表的各類有機(jī)抗菌劑在市場中占據(jù)著主導(dǎo)地位。季銨鹽類、雙胍類及咪唑類等藥用抗菌劑逐漸應(yīng)用到羊毛制品的抗菌整理中。

 

季銨鹽化合物按結(jié)構(gòu)可分為單長鏈季銨鹽、雙長鏈季銨鹽和復(fù)合季銨鹽。決定季銨鹽抗菌性能的因素主要包括分子量和烷基鏈長度。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，季銨鹽分子量增大，電荷密度增加，抗菌活性隨之增加；N+的4個(gè)支鏈中至少有一個(gè)的長度在C8～C18之間，季銨鹽才具有較好的抗菌活性。普通季銨鹽與纖維結(jié)合力差，作為溶出型抗菌劑，易洗脫并在人體富集，因而具有一定局限性。故有些學(xué)者通過對羊毛纖維進(jìn)行改性，提高纖維對季銨鹽的吸附能力和結(jié)合牢度。

 

雙胍鹽原本作為醫(yī)用化學(xué)藥品，是許多消毒液的主要成分，后來被逐漸應(yīng)用于食品、化妝品、紡織品等領(lǐng)域。ICI公司將雙胍結(jié)構(gòu)開發(fā)為紡織品用抗菌劑，其主要成分為聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽（PHMB），與傳統(tǒng)季銨鹽不同，聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽（PHMB）的安全性已被人們廣泛接受，許多學(xué)者都對其生物無毒性進(jìn)行過證實(shí)。聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽具有良好的化學(xué)活性，所帶正電荷與羊毛纖維中基團(tuán)發(fā)生靜電吸附，并在羊毛表面成膜、內(nèi)部沉積，借助交聯(lián)劑的輔助可形成PHMB-交聯(lián)劑-羊毛體系，抗菌耐久性能更為優(yōu)秀，還可改善羊毛纖維的部分物理性能。

 

 

 

天然抗菌整理

從動植物中提取精煉的天然抗菌劑，具有良好的環(huán)境相容性和抗菌活性，主要包括殼聚糖、ε-聚賴氨酸和溶菌酶等。其中殼聚糖以安全無毒、來源簡單等優(yōu)點(diǎn)成為目前最受關(guān)注的天然抗菌劑。

 

在酸性條件下氨基吸酸轉(zhuǎn)變?yōu)榘被x子，殼聚糖變?yōu)閹д姷母叻肿佣嗵?，既是抗菌效果的主要原因，也為其與羊毛纖維發(fā)生靜電吸附提供了可能。但與其他大多數(shù)陽離子抗菌劑類似，這樣的結(jié)合無法達(dá)到持久抗菌的效果。許多學(xué)者對殼聚糖進(jìn)行改性或復(fù)合，以提高殼聚糖類抗菌劑的抗菌效果，其中包括季胺化、胍化、羧烷基化改性或與納米二氧化鈦、納米銀復(fù)合等。

 

ε-聚賴氨酸是人們模擬生物結(jié)構(gòu)，通過化學(xué)合成或微生物發(fā)酵制備的抗菌劑。ε-聚賴氨酸在溶液中形成帶正電的陽離子高聚物，借助谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（MTG）的催化交聯(lián)作用，可將ε-聚賴氨酸接枝到羊毛纖維。MTG中的酰胺基與ε-聚賴氨酸和羊毛纖維中的賴氨酸殘基、伯氨基發(fā)生反應(yīng)，從而使兩者形成穩(wěn)定的共價(jià)交聯(lián)。

 

溶菌酶來源較為廣泛，從動物體液和植物中均可分離提取。它在水溶液中處于游離狀態(tài)，難以和羊毛纖維結(jié)合，借助固定化酶工藝可以提高溶菌酶的穩(wěn)定性和可控性，把游離的酶“固定”起來，是溶菌酶用于羊毛抗菌整理的必要環(huán)節(jié)。黃棟、邵小娟等人通過MTG催化交聯(lián)溶菌酶的方法，直接將溶菌酶固定在羊毛纖維上并賦予織物抗菌性能。

 

 

 

納米材料抗菌整理

納米材料以其獨(dú)特的表面效應(yīng)、尺寸效應(yīng)和光化學(xué)活性等特性被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。研究者們將納米銀、納米二氧化鈦、納米二氧化硅等納米材料整理到羊毛纖維，以達(dá)到抗菌抗紫外效果。其中，納米金屬氧化物的抗菌機(jī)理與傳統(tǒng)陽離子抗菌劑不同，在光催化條件下，納米金屬氧化物發(fā)生電子躍遷并產(chǎn)生帶正電的空穴，電子和空穴與環(huán)境中氧氣產(chǎn)生強(qiáng)氧化基團(tuán)與微生物反應(yīng)，導(dǎo)致其死亡。而納米銀的抗菌機(jī)理則是金屬離子溶出機(jī)理和光催化機(jī)理的共同作用。

 

結(jié)語

目前市場上的抗菌劑種類仍然有限，且由于生物毒性等問題，部分抗菌劑并未被人們廣泛接受。國內(nèi)抗菌劑的研制起步較晚，目前還處于初級階段，許多關(guān)于新型抗菌劑的報(bào)道也僅僅處于實(shí)驗(yàn)室階段，難以適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)。羊毛的抗菌整理應(yīng)始終圍繞廣譜殺菌、生物低毒性、耐久性和保持原有風(fēng)格等要求，朝環(huán)保、舒適、高效的方向發(fā)展。學(xué)者們在關(guān)注抗菌劑抗菌性能的同時(shí)，還應(yīng)著重解決抗菌劑和纖維的結(jié)合問題。今后，新型抗菌劑勢必將以簡單的整理工藝、持久的抗菌性能、良好的生物相容性和提升織物服用性能等優(yōu)點(diǎn)為人們的生活添姿加彩