银离子抗菌涤纶长丝抗菌性能分析

童 星，郭晓玲，张 彤，申国栋

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)



银离子抗菌涤纶长丝抗菌性能分析

童 星，郭晓玲，张 彤，申国栋

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

为更好的利用银离子抗菌涤纶研发抗菌纺织品，采用电子单纱强力仪、毛羽测试仪、抱合力机、扫描电镜、恒温振荡培养箱等，表征分析了银离子抗菌涤纶长丝的力学性能和显微结构，测试了其对大肠杆菌的抗菌效果。实验结果表明：银离子抗菌涤纶比普通涤纶断裂强力稍大，但同普通涤纶一样具有毛羽少，耐磨性好的特点。 银离子抗菌涤纶的表面有许多分布均匀的纳米银颗粒，用振荡法测得其抑菌率达到94.91%，具有很强的抗菌性。

银离子抗菌涤纶 力学性能 显微结构 抗菌性

0 引言

银作为一种最常用的无机抗菌剂,具有高效、安全、抗菌谱广等优点[1],而被广泛应用于抗菌纺织品中。纳米银抗菌纤维是在熔融纺丝成形过程中添加含有无机纳米银的抗菌母粒，经共混纺丝加工而成的一种功能纤维。无机纳米银抗菌剂是载银系列抗菌粉体，能缓释金属银离子，使微生物细胞丧失分裂、繁殖的能力；当微生物失去活性后，银离子又会从其中游离出来，重复进行杀菌[2-4]。用纳米技术所制得的纳米无机抗菌剂,由于量子效应、小尺寸效应和极大的比表面积,具有常规抗菌剂无法比拟的抗菌效果,同时安全性高,效力持久[5]。纳米级银的抗菌性能远远大于传统的银系杀菌剂。在无机抗菌剂中占主导地位。

涤纶长丝作为化学纤维中消费量最多的产品，始终是新型材料研制和开发的主角。具有断裂强度高、耐磨性好、易洗快干等优良性能[6]。因此进一步对纳米银抗菌涤纶的研究和开发，减少病菌对人类的侵害具有积极的意义。

本文分别用电子单纱强力仪、毛羽测试仪、抱合力机以及扫描电镜测试分析银离子抗菌涤纶长丝的显微结构和机械性能，用振荡法测试其对大肠杆菌的抑菌效果，为抗菌纺织品的研发提供重要的理论依据。

1 实验

1.1 材料、药品及仪器

1.1.1 材料

银离子抗菌涤纶长丝(晋大纳米科技有限公司， 75D)、大肠杆菌(陕西省微生物研究所)、纯棉针织坯布。

1.1.2 药品

牛肉膏(北京奥博星生物技术有限责任公司)，蛋白胨(北京奥博星生物技术有限责任公司)，琼脂粉(北京奥博星生物技术有限责任公司)，无水磷酸氢二钠(Na2HPO4，天津市科密欧化学试剂有限公司，分析纯)，磷酸二氢钾(KH2PO4，天津市百世化工有限公司，分析纯)，氢氧化钠(NaOH，天津市天力化学试剂有限公司，分析纯)。

1.1.3 仪器

YG020A型电子单纱强力仪(南通三思机电科技有限公司)，YG172A型纱线毛羽测试仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司),Y731D型抱合力机(南通三思机电科技有限公司)，KYKY-2800B型扫描电子显微镜(北京中科科仪公司)，SW-CJ-1FD型单人单面净化工作台(上海天呈实验企业制造有限公司)，DSX-280B手提式压力蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂)，GX-65B干燥灭菌箱，(天津市泰斯特仪器有限公司)，GZX-150BS-Ⅲ光照培养箱(上海新苗医疗器械制造有限公司)，TS-1102C 振荡器(上海天呈实验企业制造有限公司)。

1.2 机械性能测试

1.2.1 强力

使用 YG020A 型电子单纱强力仪进行测试。测试条件: 预加张力(0.5±0.1)cN/tex，上下夹头隔距50cm，拉伸速度50cm /min，测试次数30次。

1.2.2 毛羽

采用YG172A型纱线毛羽测试仪进行测试。试验次数5次/1管，用6管不同的抗菌涤纶长丝作为试样，片段长度10m，测试速度30m/min，温度20℃，相对湿度45%。

1.2.3 耐磨性

采用Y731D型抱合力机进行测试。测试次数5次。

1.3 SEM

将预处理过的两种纱线分别用导电胶粘在水平方向上的试样台上，用于观察试样的纵向形态，再用哈氏切片法切取纱线的横截面粘在试样台的斜面方向上，用于观察试样的横截面。扫描电镜的加速电压为20kV，测试前用真空镀膜法对样品进行喷金处理。

1.4 抗菌性能

按照抗菌测试标准FZ/T 73023-2006《抗菌针织品 附录D 抗菌织物测试方法》中的振荡法对样品进行测试[7-8]。

从第2代的试管斜面上取一接种环细菌在平皿的营养琼脂培养基上划线，37℃培养24h即制成细菌悬液；

从已制备的细菌悬液中吸取1mL，加入到装有9mL的营养肉汤中，混合均匀后再吸取1mL加入到另一支装有9mL的营养肉汤中，充分混合后再吸取1mL加入到另一支装有9mL 0.03mol/L PBS中，混匀后吸取5mL，加入到45mL装有PBS中，即制成接种悬液；

准备3份0.75g的测试样和一份标准空白样。在蒸汽灭菌器内(103kPa、121℃)灭菌15min，用镊子夹取分别放入装有70mL PBS的三角烧瓶中，一个烧瓶不加试样用于阳性对照，用移液枪往标准空白样和阳性对照烧瓶中各加入5mL接种悬液，混匀后在两个烧瓶中各取1mL放入到装有9mL PBS中，混匀后再吸取1mL移入到另一只装有9mL PBS中，摇匀，再从试管中吸取0.1mL 加入到2个装有营养琼脂培养基平皿作平行样，37℃培养24h，即“0”接触制样；

用移液枪往抗菌织物样的烧瓶中各加入5mL的接种悬液，24℃ 150r/min振荡18h；到规定时间后从每个烧瓶中吸取1mL放入到放入到装有9mL PBS中，用10倍稀释法进行稀释，再从每个稀释度的试管中分别吸取0.1mL放入2个平皿作平行样，37℃培养24h，选择菌落数3～30合适稀释度的平皿计数。

抗菌率计算按式

Y=(Wb- Wc)/ Wb×100%

式中：

Y——抗菌试样的抑菌率(%)；

Wb——标准空白样振荡接触18h后烧瓶内的活菌浓度cfu/mL；

Wc——抗菌涤纶振荡接触18h后烧瓶内的活菌浓度cfu/mL。

有效性判断：对大肠杆菌：Log10Wb-Log10Wa≥1.0(Wa——标准空白样“0”接触时间烧瓶内的活菌浓度)，且阳性对照和标准空白样活菌浓度相近说明实验菌种活性较强，实验有效。

2 结果与讨论

2.1 抗菌涤纶长丝的断裂强力和伸长的测试结果见表1。

表1 抗菌涤纶长丝的断裂强力和伸长测试数据

平均断裂强力=

平均伸长率=

银离子抗菌涤纶比普通涤纶断裂强力稍有增大，这可能是由于加入纳米级银后，长丝中纤维的摩擦力增加，导致强力增大。

2.2 毛羽

表2 纱线毛羽测试数据

毛羽是评价纱线质量的一个重要指标，它影响织物外观、手感、织造及服用性能，影响织物的起毛起球性和耐磨性能，直接影响机织物外观的光洁、平整、滑爽。从表2可以看出1mm以内的毛羽占大多数，毛羽越长所占的比例就越小。毛羽越长，越容易缠结，对纱线的可织造性危害越大，尤其是长度大于2mm的毛羽更易缠结，所以必须控制长毛羽。 CV值条干均匀度的好坏是棉纱等级的重要标准之一，减少条干不匀，对后工序减少断头，染色时的色差，织物表面的成色有很大的影响，它随着毛羽的减小而减小，数值越小条干均匀度越好,纱线的性能也越好。

2.3 耐磨性

抗菌涤纶长丝的耐磨性能测试结果:

(1)999+999+999+999+999+41

(2)999+999+999+999+999+822

(3)999+999+999+999+999+520

(4)999+999+999+999+999+745

(5)999+999+999+999+999+801

织物在使用过程中，由于使用场合不同，会受到各种不同外界因素的作用，衣着用织物经常与周围所接触的物体相互摩擦，在洗涤时受到搓揉和水、温度、皂液等的作用，逐渐降低使用价值，以致最后损坏。虽然在使用的过程中损坏的原因很多，但实践表明磨损是损坏的主要原因之一。由上数据可得知，抗菌涤纶长丝具有很高的耐磨性，仅次于耐磨性最好的锦纶。抗菌涤纶长丝的耐磨性五次测试结果都显示在999次以上，足以证明在加入银离子以后并没有对原涤纶的耐磨性产生影响，也不会对后期织造工艺以及服用性能产生影响。

2.4 SEM分析

图1为银离子抗菌涤纶在扫描电镜下放大15000倍的纵、横向形态。

(a)放大15000倍纱线的纵向形态 (b)放大15000倍纱线的横向截面

图1 银离子抗菌涤纶纵、横向形态的SEM照片

银离子抗菌涤纶横截面呈圆形,随机分布有微小的颗粒。纵向表面,普通涤纶纤维很光滑，而纳米银抗菌涤纶纤维表面有微小的颗粒，分布均匀。且纳米级银对涤纶具有很好的吸附性，这是因为纳米银粒径小，比表面积大，表面能高，有利于纳米银在纤维表面吸附和固着。

2.5 抗菌性分析

2.5.1 “0”接触平皿

空白1 空白2 阳性1 阳性2

2.5.2 定时振荡平皿(稀释倍数为105)

抗菌涤纶平行一 抗菌涤纶平行二

抗菌涤纶平行三

标准空白 阳性对照

表3 银离子抗菌涤纶对大肠杆菌的抑菌率测试数据

由表3计算的银离子抗菌涤纶的抑菌率Y=94.91%，已达到GB/T 20944.3—2008中关于大肠杆菌抗菌率70%的规定，说明银离子抗菌涤纶的抑菌率很强，且Log10Wb-Log10Wa=4.38≥1.0，阳性对照样和标准空白样中的活菌浓度相近，实验判定为有效。

3 结论

(1)银离子抗菌涤纶比普通涤纶断裂强力大，这可能是由于加入纳米级银后，纤维中摩擦力增加，导致强力增大。并且相比于普通涤纶，抗菌涤纶一样具有毛羽少，耐磨性好的特点，适合于做纺织面料。

(2)由SEM观察得银离子抗菌涤纶的表面有许多分布均匀的纳米银颗粒，使其具有很好的抗菌性。

(3)用振荡法测得银离子抗菌涤纶的抑菌率达到Y=94.91%，具有很强的抗菌性，适合于做功能性纺织面料。

[1] 张玉清， 王宁， 张元明. 纳米银抗菌涤纶纱线强伸性能的研究[J]. 棉纺织技术， 2015， 43(10)： 34-36.

[2] 宋圆， 许祖勋， 张创， 等. 纳米材料在纺织领域的最新研究进展[J]. 材料导报， 2012， 26(19)： 6-9.

[3] 刘梅城， 洪杰， 周桂平, 等. 银系纤维及其抗菌性能的研究进展[J]. 现代纺织技术， 2014， 61(4)： 61-64.

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[7] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. FZ/T 73023-2006 抗菌针织品[S]. 北京： 中国标准出版社， 2006.

[8] 中国国家标准化管理委会员. GB/T 20944.3-2008 纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法[S]. 北京： 中国标准出版社, 2008.

2016-06-19

陕西省产业用纺织品协同创新中心科研资助项目(2015ZX-19)，2016年度中国纺织工业联合会科技指导性项目(2016040)

童星(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织工程。

郭晓玲(1964-)，女，教授，硕士生导师。

TS101

A

1008-5580(2016)04-0060-05