無(wú)機(jī)抗菌劑闡述，它的效果怎么樣

前言

人們周?chē)沫h(huán)境大量存在的病毒、細(xì)菌、真菌等微生物,可直接導(dǎo)致很多疾病的產(chǎn)生和傳染,微生物對(duì)人類(lèi)健康造成的隱患和威脅是不容忽視的。1996年發(fā)生在日本的致病性大腸桿菌157食物中毒事件,2003年世界部分地區(qū)流行的非典型肺炎(SARS),2009年發(fā)生的甲流等都曾一度引起全世界的恐慌。紡織服裝是人們抵御微生物感染的屏障之一,研究有效的抗菌劑和開(kāi)發(fā)具有抗菌功能的紡織服裝,是當(dāng)今紡織科學(xué)發(fā)展的重要方向之一。 

根據(jù)抗菌成分不同,可把抗菌劑分為天然抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和無(wú)機(jī)抗菌劑三大類(lèi)。

天然抗菌劑有來(lái)源于蝦、蟹殼的脫乙酰甲殼質(zhì),也有中草藥、銀杏、江南竹、日芥子等的萃取液。由于受原料來(lái)源數(shù)量和加工條件的限制,難以實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。

有機(jī)抗菌劑是指以有機(jī)酸類(lèi)、酚類(lèi)、季銨鹽類(lèi)、苯并咪唑類(lèi)等有機(jī)物為抗菌物質(zhì)的抗菌劑,但其抗菌周期短、安全性和化學(xué)穩(wěn)定性差,易產(chǎn)生微生物耐藥性,尤其耐熱性差(< 200 ℃)是其最大弱點(diǎn),導(dǎo)致它的應(yīng)用范圍受限。 

進(jìn)入20世紀(jì)80年代,以日本為代表的部分發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始大力發(fā)展無(wú)機(jī)抗菌材料,并將研究成果廣泛應(yīng)用于家電、廚衛(wèi)、日化、通訊、紡織等行業(yè),使抗菌材料進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的階段。無(wú)機(jī)抗菌材料具有無(wú)毒、廣譜抗菌、抗菌時(shí)效長(zhǎng)、不產(chǎn)生耐藥性等特點(diǎn),特別是其突出的耐熱性(> 600 ℃),成功克服了有機(jī)抗菌劑的缺點(diǎn)。無(wú)機(jī)抗菌劑及其應(yīng)用的研究、開(kāi)發(fā)已成為抗菌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),也為具有抗菌功能紡織服裝的研究開(kāi)辟了一條新途徑。 

無(wú)機(jī)抗菌劑的分類(lèi)

無(wú)機(jī)系抗菌劑是通過(guò)將無(wú)機(jī)抗菌成分與載體結(jié)合而制得。一種是將Ag、Cu、Zn等具有殺菌效果的金屬離子負(fù)載在無(wú)機(jī)載體上而制成的金屬離子型抗菌劑;另一種是利用陶瓷本身的特性,如以TiO2為中心的氧化物光催化系和氧化物陶瓷本身具有的催化活性(含天然礦石、貝殼等)而實(shí)現(xiàn)抗菌的無(wú)機(jī)系抗菌劑。 

金屬離子型抗菌劑：

金屬離子型抗菌劑是將具有抗菌功能的金屬離子負(fù)載到各種無(wú)機(jī)的或人工合成的礦物載體上,使用時(shí)載體緩釋抗菌離子或活性氧化組分,使制品具有抗菌效果。其殺菌主要是通過(guò)金屬離子與細(xì)菌蛋白結(jié)合,破壞細(xì)菌正常的新陳代謝從而抑制其生長(zhǎng)繁殖。同時(shí)在細(xì)菌死亡后,金屬離子會(huì)從細(xì)菌體內(nèi)溶出,可起到重復(fù)殺菌的作用。具有抗菌性能的金屬離子有Ag、Cu、Zn、Co、Ni、Fe、Al、Sn、Mn、Ba、Mg等離子,但從安全性和抗菌性綜合考慮常用的是Ag、Cu、Zn。金屬離子型抗菌材料可用載體很多,但要求載體具有多孔、比表面積大、吸附性能好、無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定并不破壞抗菌成分和具有持久等緩釋性能。 

根據(jù)載體材料的種類(lèi),金屬離子型抗菌劑可分為以下幾種類(lèi)型。 

沸石型抗菌劑：

沸石是一種具有鋁硅酸鈉晶體結(jié)構(gòu)的多孔網(wǎng)狀天然或人工合成礦物材料,常用作抗菌劑載體的A型沸石可由鋁酸鈉、硅酸鈉溶液在 90 ～ 100 ℃下水熱合成或由高嶺土類(lèi)礦物經(jīng)煅燒、堿溶、晶化反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成,孔徑 3 ～ 5 ?。沸石型抗菌劑的制備是在沸石水懸浮溶液中加入AgNO3、CuSO4或ZnCl2水溶液,使抗菌金屬離子同沸石發(fā)生離子交換作用,將沸石晶體結(jié)構(gòu)中的鈉鈣置換為抗菌金屬離子,經(jīng)過(guò)濾、水洗、干燥、燒結(jié)而成。內(nèi)田真志利等研究人員用離子交換方法制得載銀 2.5% 的沸石抗菌劑,抗菌試驗(yàn)表明,它對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最小抑制濃度分別為 62.5 μg/mL 和 125 μg/mL。 

磷酸鹽型抗菌劑：

包括磷酸鈦鹽抗菌材料和磷酸鋯鹽抗菌材料。常用磷酸鹽型抗菌劑的制備是將磷酸鋯、羥基磷灰石、鈦酸鉀和硅酸鈣等的水系懸浮液在酸性介質(zhì)中和AgNO3、ZnCl2溶液混合,控制一定的攪拌速度,在溫度 40 ～ 50 ℃下反應(yīng) 4 ～ 5 h,利用離子的相互交換作用或分子間力把抗菌金屬離子結(jié)合到載體晶體結(jié)構(gòu)中,后經(jīng)過(guò)濾、干燥和高溫煅燒得成品。目前國(guó)際市場(chǎng)上比較成熟的商品為日本東亞合成公司的Novaron? 和美國(guó)Sangegroup公司的APACIAER? 產(chǎn)品。 

膨潤(rùn)土抗菌劑：

膨潤(rùn)土為典型的層狀粘土,其層間的陽(yáng)離子易被交換。通過(guò)陽(yáng)離子交換可將銀離子引入其層間,使用過(guò)程中通過(guò)緩釋銀離子而具有抗菌作用。山田善市等研究人員采用銀的銨絡(luò)合鹽對(duì)膨潤(rùn)土中的堿金屬離子進(jìn)行交換,制得了性能優(yōu)良的抗菌劑。 

蒙脫石抗菌劑：

蒙脫石抗菌劑,基于蒙脫石的納米層狀結(jié)構(gòu)及可離子交換的特性,人們通過(guò)對(duì)微米或亞微米級(jí)的蒙脫石微粉進(jìn)行銀離子交換從而獲得在納米尺度上金屬與非金屬?gòu)?fù)合的載銀納米復(fù)合抗菌材料,具有良好的抗菌效果。 

硅膠抗菌劑：

利用硅膠的多孔性吸附絡(luò)合物Nap[Agq(S2O3)],并利用溶膠――凝膠法在其表面形成SiO2層而制得具有熱穩(wěn)定性和抗菌持久性的抗菌劑,也可通過(guò)將硅膠表面形成薄層的沸石結(jié)構(gòu),而后用含銀離子的溶液處理,賦予其抗菌性能。這種抗菌劑不但具有廣譜抗菌性,而且耐酸堿能力強(qiáng)。但使用較長(zhǎng)時(shí)間后,硅膠的表面會(huì)吸附其他物質(zhì)而影響銀離子的緩釋。楊瀟等研究人員利用PHMB對(duì)多孔硅膠進(jìn)行處理,試制出新型抗菌貓砂,通過(guò)抗菌實(shí)驗(yàn)證明,此種硅膠類(lèi)抗菌劑具有良好的殺菌效果。 

2光催化型抗菌劑 

光催化系抗菌劑中主要以TiO2為代表。TiO2受光(波長(zhǎng)小于 400 nm)照射時(shí)即產(chǎn)生電子空穴對(duì),電子使氧分子還原,生成超氧陰離子,而空穴使水分子羥基化,變?yōu)榛钚匝醴N(?OH)。這類(lèi)抗菌材料活性高、熱穩(wěn)定性好、抗菌持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格低、對(duì)人類(lèi)無(wú)害,目前成為最受關(guān)注的一種光催化型抗菌劑。制備方法是在TiO2中摻入銀離子等金屬離子,從而實(shí)現(xiàn)了在無(wú)光照射時(shí)也有抗菌功能而在光照時(shí)既可以抗菌也有光催化作用的新型抗菌劑。劉雪峰等研究人員以納米銳鈦礦型TiO2粉體和硝酸鈰為原料,采用浸漬法制備了鈰負(fù)載納米二氧化抗菌劑,其對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽胞桿菌混合液的抑菌圈大小分別為 13.20 、15.11 和 16.17 mm。 

無(wú)機(jī)抗菌劑在紡織上的應(yīng)用

無(wú)機(jī)抗菌劑在紡織印染中的使用方法：

無(wú)機(jī)抗菌劑用在紡織上應(yīng)用方法主要有兩種:即原纖維加工法和后處理加工法。其中以原纖維加工法最多,70%左右的抗菌纖維采用原纖維加工法。后處理加工法簡(jiǎn)單易行, 所占比例近年來(lái)上升很快。 

原纖維加工法又稱抗菌纖維法,是對(duì)化學(xué)纖維的高分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)接枝或共混改性,也可通過(guò)物理方法使抗菌劑滲入到纖維內(nèi)較深的部位,或者利用復(fù)合紡絲技術(shù)等。這是一種先制備抗菌纖維再進(jìn)行紡紗制備抗菌紡織品的方法,其中共混改性方式應(yīng)用較多?？咕鷦┗烊肜w維中的操作可以在高聚物聚合階段或聚合結(jié)束后或聚合物熔融噴絲之前加入。由于抗菌劑已混入纖維內(nèi)部,所以用該法制得的抗菌纖維耐洗性好,抗菌持久,但由于抗菌劑被包覆在高分子中使其抗菌效率降低。 

后處理加工法是在紡織品印染、整理過(guò)程中,采用浸漬、浸軋、涂層或噴涂等方法將抗菌劑施加在纖維表面,并使之固著在紡織品上而具有抗菌效果的一種方法。從機(jī)理上看,抗菌纖維的后處理可分為 4 種。 

(1)用反應(yīng)性樹(shù)脂將抗菌劑熱固定于纖維表面; 

(2)抗菌劑吸附于纖維表面; 

(3)纖維表面的官能團(tuán)與抗菌劑進(jìn)行反應(yīng)而接枝固定; 

(4)成膜法,即在柔軟劑、整理劑中添加,如利用金屬及其化合物微細(xì)粉體與具有較好粘合和成膜特性的柔軟劑共用。 

近來(lái)納米新技術(shù)的發(fā)展,使得金屬及其化合物粉體能發(fā)揮出更好的抗菌效果。采用共混、復(fù)合、分散技術(shù)是生產(chǎn)抗菌纖維的新技術(shù)。日本鐘紡公司開(kāi)發(fā)出一種以普通纖維為芯,抗菌沸石聚合物為鞘的芯鞘纖維,可以很好地抑制微生物的繁殖。此外,利用微膠囊技術(shù)也可以很好地?cái)U(kuò)展無(wú)機(jī)抗菌劑在紡織上的應(yīng)用范圍。 

無(wú)機(jī)抗菌劑在服裝中的應(yīng)用：

將抗菌纖維織成布后,所得的抗菌布料主要用于醫(yī)療衛(wèi)生和服裝。使用抗菌布料制成的手術(shù)服和醫(yī)用繃帶,可大大減少醫(yī)院的細(xì)菌濃度。用抗菌布料制成的服裝,不僅可以保護(hù)使用者,預(yù)防傳染疾病,并且可以保護(hù)衣物本身免受有害菌種的侵害,可防止衣物在儲(chǔ)藏時(shí)發(fā)霉、變色。用抗菌布料制成的內(nèi)衣褲、鞋襪及尿布,可防止內(nèi)衣褲和襪子產(chǎn)生惡臭,防止襪子上的腳癬菌繁殖,防止嬰兒因接觸尿布而產(chǎn)生紅斑,提高老人和病人的免疫能力。用抗菌纖維制成的抗菌無(wú)紡布廣泛用于各種一次性材料,如無(wú)菌手術(shù)衣、手術(shù)帽、口罩以及衛(wèi)生包覆材料等。用抗菌短纖增強(qiáng)水泥,不僅可以提高水泥的強(qiáng)度,而且能使混凝土抗菌,能用于公園、病房、動(dòng)物園圍墻等細(xì)菌容易繁殖的公共場(chǎng)所。在汽車(chē)行業(yè),使用抗菌裝飾布,可獲得全新概念的抗菌汽車(chē),用抗菌織物制成過(guò)濾介質(zhì),可使一些物質(zhì)經(jīng)過(guò)濾后細(xì)菌不增加、不繁殖,甚至減少。在空調(diào)家電行業(yè),使用抗菌纖維的無(wú)紡布作為過(guò)濾網(wǎng),可大大降低細(xì)菌的繁殖,減少空調(diào)過(guò)濾網(wǎng)的洗滌次數(shù)。 

無(wú)機(jī)抗菌劑在使用中的缺點(diǎn)：

雖然無(wú)機(jī)抗菌劑有著其他類(lèi)抗菌劑無(wú)法比擬的各種優(yōu)點(diǎn),逐漸成為抗菌劑的主流,但其在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。 

(1)抗菌劑穩(wěn)定性問(wèn)題。無(wú)機(jī)抗菌劑多數(shù)含有銀離子,易轉(zhuǎn)變成棕色的氧化銀或催化還原成黑色單質(zhì)銀,變色不僅降低了其抗菌性,而且還限制其應(yīng)用到白色或淺色面料中去。 

(2)大量使用銀的成本問(wèn)題。銀價(jià)格昂貴,大量使用勢(shì)必造成生產(chǎn)成本上升。所以,如何以最小的銀用量達(dá)到最佳的效果,并有效控制成本,還需進(jìn)一步研究。 

(3)銀離子使用過(guò)程中的安全性問(wèn)題。包括兩個(gè)方面:一方面,使用含有某些重金屬離子的抗菌劑,在貼身穿著時(shí)有可能會(huì)透過(guò)皮膚進(jìn)入到人體內(nèi)部,由于其與人體的親和力較大,容易在體內(nèi)沉積,是否會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生影響;另一方面,廢棄的抗菌劑中銀成分的溶出,是否會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 

無(wú)機(jī)抗菌整理劑的發(fā)展方向：

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),綠色環(huán)保概念逐漸被人們所接受,促進(jìn)了適應(yīng)環(huán)保要求的抗菌整理劑的發(fā)展,使越來(lái)越多的產(chǎn)品在其加工、應(yīng)用及功能消失后均不會(huì)對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。由于無(wú)機(jī)納米抗菌劑用量少、高效、安全無(wú)毒,因此,開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的無(wú)機(jī)納米抗菌劑,將會(huì)成為綠色抗菌劑的研究熱點(diǎn)。

申明:本文內(nèi)容僅用于學(xué)術(shù)交流。