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甲殼素纖維抗菌織物的染整工藝山東濰坊二印紡織印染有限公司 (261006) 董瑛 李傳梅 韓楊原載；浙江印染信息與技術(shù)2003/7-8 摘要 對甲殼素纖維及其與棉和滌棉混紡織物進(jìn)行了試驗(yàn)和大車試生產(chǎn)，就甲殼素纖維及其含量、印染加工對抗菌效果的影響等因素進(jìn)行了研究試驗(yàn)和大試表明，含一定量甲殼素纖維的棉和滌棉混紡印染產(chǎn)品具有明顯的抗菌效果，但效果不同。 關(guān)鍵詞 染整 甲殼素 抗微生物性 機(jī)織物1 引言 目前，世界上所采用的甲殼素纖維和殼聚糖纖維生產(chǎn)方法大致有交聯(lián)法(利用交聯(lián)劑使殼聚糖與棉纖維結(jié)合制成)、混入法(即Chitopoly法，將甲殼素、殼聚糖進(jìn)行微細(xì)粉末化后混入一般纖維制成)、涂層法(將一般纖維在殼聚糖溶液中浸漬后再脫永、干燥制成)、克萊比昂法(Crabyon法，將人造纖維與殼聚糖共同利用溶解酶以7:3的比例混合制成)、濕法紡絲法(將甲殼素或殼聚糖溶解在溶劑中配成紡絲原液噴絲，于凝固浴中處理而制成)。 嚴(yán)格地講，甲殼素纖維和殼聚糖纖維是有區(qū)別的。本文采用的是國產(chǎn)殼聚糖纖維，但考慮到人們的習(xí)慣稱呼，仍沿用甲殼素纖維的叫法。 我國對甲殼素的研究始于1954年，并于20世紀(jì)50年代開展了甲殼素纖維和殼聚糖纖維的工業(yè)化試生產(chǎn)1。目前日本、韓國和中國等少數(shù)國家已實(shí)現(xiàn)了甲殼素和殼聚糖纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。2 甲殼素纖維織物的抗菌基本原理 甲殼素屬于碳永化合物中的多糖(圖1)。甲殼素結(jié)構(gòu)式中糖基中的N-乙?；幻撊?5%以上時，則成為甲殼素的最重要的衍生物殼聚糖2(圖2)，化學(xué)名稱為1-4-二胺基-2-脫氧-D-葡聚糖。 圖1甲殼素的結(jié)構(gòu)式 圖2殼聚糖的結(jié)構(gòu)式 甲殼素纖維中，其殼聚糖成分具有抗菌作用。殼聚糖對細(xì)菌和霉菌的抗菌作用原理為:殼聚糖帶的陽離子與構(gòu)成微生物細(xì)胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂質(zhì)陰離子發(fā)生離子結(jié)合，束縛了微生物的自由度，阻礙其發(fā)育。殼聚糖還被分解成低分子，滲透到微生物細(xì)胞壁內(nèi)，阻礙遺傳因子從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移，從而阻止了微生物的發(fā)育。對細(xì)菌中的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的最小生育阻止?jié)舛葹?0-2Omg/kg，對灰霉菌、斑點(diǎn)病菌的最小生育阻止?jié)舛葹閘0mg/kg,均顯示出極高的抗菌性3。3 甲殼素和殼聚糖纖維的性質(zhì) 甲殼素和殼聚糖纖維呈白色或灰白色半透明狀，無味、無臭、無毒性，殼聚糖纖維略帶珍珠光澤，其物理指標(biāo)見表1。 表1甲殼素和殼聚糖纖維物理指標(biāo)纖維纖度tex強(qiáng)度cN/dtex伸長%干強(qiáng)濕強(qiáng)干伸濕伸甲殼素纖維0.17-0.440.97-2.200.35-0.974-83-6殼聚糖纖維0.17-0.440.97-2.730.35-1.238-146-12 因分子中含有活潑的羥基和氨基，在一定條件下，甲殼素和殼聚糖都能發(fā)生水解、烷基化、酚基化、羧甲基化、磺化、硝化、鹵化、氧化、還原、縮合和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，從而生成不同性質(zhì)的衍生物，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。 由于甲殼素大分子內(nèi)具有穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，大分子間存在強(qiáng)氫鍵作用，使它的溶解性能較差，不溶于水、稀酸、稀堿和一般的有機(jī)溶劑。殼聚糖分子中由于大量氨基的存在，使其溶解性能大大優(yōu)于甲殼素，能溶于稀酸中。4 織物 據(jù)有關(guān)資料介紹，若紡織品中的甲殼素纖維含量為0.5%，對金黃色葡萄球菌即有抑菌效果;甲殼素纖維含量在2%以上時，抑菌效果接近100%。為此，我們有針對性地選擇了棉和滌棉織物。4.1 甲殼素纖維棉混紡織物 棉99%/甲殼素纖維1% 14.514.5 535283 119cm平布；棉97.5%/甲殼素纖維2.5% 14.514.5 535283 119cm平布。4.2 甲殼素纖維滌棉混紡織物 滌64.35%/棉34.65%/甲殼素纖維1% 14.514.5 433299 119cm府綢、滌63.2/棉34.3%/甲殼素纖維2.5% 14.514.5 433299 119cm府綢。5 工藝條件的確定 甲殼素纖維混紡織物的染整加工，關(guān)鍵是研究其在正常染整加工過程中物理和化學(xué)性質(zhì)變化，保證其有效含量和生物活性的穩(wěn)定，從而確定合理的工藝條件。為此，本文對100%甲殼素纖維和甲殼素纖維混紡織物進(jìn)行了試驗(yàn)。5.1 水質(zhì)的影響鑒于甲殼素纖維生物活性的敏感性以及甲殼素纖維的溶解性，用純甲殼素纖維進(jìn)行水質(zhì)影響試驗(yàn)。將甲殼素纖維分別在室溫條件下置于軟水、半軟水和硬木中3Omin，烘干后稱重并觀察。結(jié)果表明(表2)，甲殼素纖維在軟水和硬水中均能發(fā)生不同程度的溶解，失重率約為0.4%-0.46%;甲殼素纖維在硬水中的失重率最低，僅為0.4%，這可能是由于離子吸附所致，纖維的外觀和手感也隨著軟硬水的不同而有所變化。 表2 水質(zhì)對甲殼素纖維的影響軟水半軟水硬水失重率%4.54.60.4顏色變化黃微黃不黃手感好稍好差5.2 燒堿對甲殼素纖維影響 在窒溫條件下，用220g/l燒堿對甲殼素纖維松弛浸泡處理3min，永洗烘干后纖維手感稍硬，顏色微黃，失重率達(dá)3.1%;處理5min后，纖維開始發(fā)粘;處理2Omin后纖維間粘結(jié)，水洗烘干后手感特硬，顏色變微黃色，纖維失重率25%。在室溫條件下，用150g/L濃度的燒堿對甲殼素纖維處理lOmin，纖維手感變硬，顏色變黃，失重率達(dá)3.25%。由此可見，甲殼素纖維可用220 g/L燒堿在窒溫條件下進(jìn)行處理，時間不宜太長。5.3 雙氧水對甲殼素纖維的影晌 用不同濃度的雙氧水(H2O2 2-14 g/L)，在90或l00條件下對甲殼素纖維織物松弛浸泡處理30min后，失重率達(dá)13.8%-16%;而用低濃度H2O2處理時，纖維無異常發(fā)生，失重率僅為1.9%，顏色由白色變?yōu)槲ⅫS(表3)。由此證明，甲殼素纖維織物可以進(jìn)行輕氧漂處理，但應(yīng)嚴(yán)格掌握雙氧水濃度。 表3 甲殼素纖維雙氧水試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)條件現(xiàn)象重量保留%手感顏色H2O2 2g/L pH=l1，1lO30min無異常98.1硬微黃H2O2 10g/L pH=lI，9030min纖維發(fā)脆87.2硬微黃H2O2 14g/L pH=I1，l0030min脆斷纖維84特硬黃5.4 甲殼素纖維煮練試驗(yàn) 在平幅煮練工藝條件下:NaOH 30 g/L，穩(wěn)定劑6 g/L，煮練劑3 g/L，1003Omin，對甲殼素纖維進(jìn)行松弛處理。發(fā)現(xiàn)處理后的纖維無發(fā)粘或脆損現(xiàn)象，失重較少，手感柔軟，色澤基本無變化。說明正常的平幅煮練工藝適用于甲殼素纖維織物。表4 甲殼素纖維煮練試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)條件現(xiàn)象重量保留手感顏色H2O2 g/LpHmin2101411111110090100303030無異常98.9%軟無明顯變化5.5 冷軋堆工藝試驗(yàn) 將甲殼素纖維浸軋一定濃度的NaOH、H2O2溶液，然后在室溫條件下堆置24h，水洗、烘干后，纖維手感較好，無明顯失重和異?，F(xiàn)象發(fā)生。5.6 焙烘工藝試驗(yàn) 將甲殼素纖維在200焙烘2min后，纖維失重率僅1%，無脆損，無異常變化。試驗(yàn)證明，甲殼素纖維能夠適應(yīng)焙烘處理。6 生產(chǎn)工藝的確定 在進(jìn)行一系列工藝試驗(yàn)后，根據(jù)本企業(yè)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備和甲殼素纖維棉及滌棉混紡織物的工藝適應(yīng)性，有針對性地選擇了幾種不同的工藝路線進(jìn)行大車試生產(chǎn)，確定了可行的工藝路線和工藝條件。6.1 甲殼素纖維棉織物生產(chǎn)工藝流程燒毛冷軋堆（NaOH 40g/l,煮煉劑5g/l, H2O2,穩(wěn)定劑，24h）平幅水洗(NaOH 2O g/l,助練劑3 g/l，汽蒸102 3O分鐘，H2O21 g/l，穩(wěn)定劑3 g/l，汽蒸94 3O分鐘，pH=l1) 絲光(NaOH 220g/l) 活性染料軋染拉幅 漂白產(chǎn)品 前處理棉增白拉幅(增白劑2 g/l)6.2 甲殼素纖維滌棉織物生產(chǎn)工藝流程 燒毛平幅退煮漂(NaOH 18-20 g/l，助練劑5 g/l，l00，40min; H2O2，穩(wěn)定劑，pH=l0-11，l00，40min) 定形(200-2lO) 絲光(NaO 210-220 g/l分散/還原軋染柔軟拉幅7 結(jié)果與討論 7.1 甲殼素纖維棉織物和滌棉織物的抗菌效果 經(jīng)過大車生產(chǎn)證明，甲殼素纖維含量25%的棉織物和滌棉混紡織物的染色和漂白產(chǎn)品均具有明顯的抗菌效果(表5、6)，且因?yàn)檫@種抗菌效果來自于甲殼素纖維，故其具有耐久性。甲殼素纖維棉織物和滌棉混紡織物對大腸桿菌的平均抑菌率分別為92.86%和93.27%，對金黃色葡萄球菌的平均抑菌率分別為99.92%和98.23%。由此可見，甲殼素纖維棉織物與甲殼素纖維滌棉混紡織物的抗菌效果基本相同。甲殼素纖維混紡織物對金黃葡萄球菌的抗菌效果好于對大腸桿菌的。 表5 甲殼素纖維織物對大腸桿菌的抗菌效果序號平均抑菌率%5min20min191.9194.27293.1893.36391.7393.18491.3691.45注:抗菌實(shí)驗(yàn)方法GBl5979-1995一次性衛(wèi)生用品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（下同）實(shí)驗(yàn)菌液濃度(cfu/ml)2.2104，檢測溫度20，相對濕度56%。1#為活性染料染色的甲殼素纖維棉織物；2#為分散/還原軋染甲殼素纖維滌棉織物；3#為分散/活性軋染甲殼素纖維滌棉織物；4#為漂白甲殼素纖維棉織物。 表6甲殼素纖維織物對金黃葡萄球菌的抗菌效果序號平均抑菌率%5min20min1100.00100.00295.8196.45399.03100.00498.0699.84 注: 實(shí)驗(yàn)菌液濃度(cfu/ml)2.0104，檢測溫度20，相對濕度56%?？椢镄蛱柾?。7.1 甲殼素纖維含量對抗菌效果的影響 對甲殼素纖維含量為1%的棉織物和滌棉混紡織物的抗菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(表7、8)，甲殼素纖維在織物中的含量是決定抗菌效果的主要因素。當(dāng)其含量為1%時，混紡織物對金黃色葡萄球菌有抗菌效果，對大腸桿菌則無抗菌效果。表7甲殼素纖維織物對大腸桿菌的抗菌效果序號平均抑菌率%5min20min127.2730.00223.6437.78325.4525.56431.2131.48526.6726.67注: 實(shí)驗(yàn)菌液濃度(cfu/ml)3.3104，檢測溫度18，相對濕度56%。1#為甲殼素纖維棉織物煮煉后半成品樣;2#為甲殼素纖維棉織物漂白后半成品樣;3#為甲殼素纖維棉織物絲光后半成品樣;4#和5#為甲殼素纖維棉織物活性染科焙固法染色樣。 表8 甲殼素纖維織物對金黃葡萄球菌的抗菌效果序號平均抑菌率%5min20min197.0097.5221.2298.53363.6673.85496.4199.62597.4099.55 注: 實(shí)驗(yàn)菌液濃度(cfu/ml)1.3104，檢測溫度18，相對濕度56%;織物序號同表7。7.3 印染加工對甲殼素纖維抗菌效果的影響 印染加工過程對甲殼素纖維混紡織物的抗菌效果有一定影響，這可通過各半成品的抗菌效果測試數(shù)據(jù)(見表7、8)看出，其中絲光后半成品的抗菌效果最差，這與絲光過程的強(qiáng)堿處理有關(guān)。甲殼素纖維混紡織物適用于活性染料、分散，活性、分散，還原等染色處理;也可用雙氧水處理生產(chǎn)理想的漂白產(chǎn)品。8 結(jié)論 甲殼素纖維是一種綠色環(huán)保纖維，其織物具有若干優(yōu)秀的服用性能和保健性能，是一種新興的抗菌紡織品，值得推廣應(yīng)用。當(dāng)其在混