石墨烯纖維及其織物抑菌性的研究

石墨烯纖維及其織物抑菌性的研究

石墨烯是一種只有一層原子厚度的二維碳納米。它是由石墨材料分離而成的。21世紀(jì)的三大碳材料。2004年,英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫1.實(shí)驗(yàn)材料1.1石墨烯纖維在織物上的狀態(tài)本實(shí)驗(yàn)采用石墨烯改性滌綸短纖維和石墨烯改性粘膠短纖維,石墨烯的含量在0.285%~2%,100%棉纖維、滌綸纖維、粘膠纖維、石墨烯功能織物(再生纖維素纖維95%,氨綸5%,石墨烯含量在0.285%~2%)。其中棉纖維、滌綸纖維和粘膠纖維均采用標(biāo)準(zhǔn)貼襯用織物。滌綸短纖維在顯微鏡下縱切面的狀態(tài)為表面平滑,有的有小黑點(diǎn)或有細(xì)微條紋或有溝槽,如圖2所示,石墨烯滌綸短纖維明顯能夠看出石墨烯纖維在滌綸短纖維中的狀態(tài),呈明顯的黑色,如圖3所示。普通粘膠短纖維的縱切面的狀態(tài)為:表面平滑,有清晰的條紋,添加了石墨烯的粘膠短纖維依然能夠看到清晰的條紋,同時也能清楚的看到石墨烯在粘膠短纖維中的存在狀態(tài),如圖4和圖5所示。1.2測試試劑各種培養(yǎng)基,均購自北京陸橋技術(shù)股份公司,PBS(磷酸鹽)緩沖液由本室配制。1.3大菌種的生長金黃色葡萄球菌(ATCC6538),大腸桿菌(8099),白色念珠菌(ATCC10231)。菌種來自于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。2實(shí)驗(yàn)原理和方法2.1菌液抑菌率的測定。對于試樣抑菌率,是測定菌液抑菌率將試樣和對照樣(100%棉織物)分別裝入一定濃度的試驗(yàn)菌液的三角燒瓶中,在規(guī)定的溫度下振蕩一定時間,測定三角燒瓶內(nèi)菌液在振蕩前及振蕩一定時間后的活菌濃度,計(jì)算抑菌率,以此評價試樣的抗菌效果。2.2細(xì)胞器(1)儀器和設(shè)備SPX-250B-Z生化培養(yǎng)箱,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;Hfsafe-1200LC生物安全柜,上海力申科學(xué)儀器有限公司;HYQ-60恒溫生物搖床,武漢匯誠生物科技有限公司;ES-315壓力蒸汽滅菌器,TOMY日本。(2)抑菌性能評價以100%棉纖維作為空白,依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20944.3-2009《紡織品抗菌性能的評價第3部分:振蕩法》進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對不同石墨烯含量的石墨烯改性滌綸短纖維和改性粘膠短纖維及其混紡織物進(jìn)行抑菌性能實(shí)驗(yàn)。3.試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1抑菌率測定(1)石墨烯改性滌綸短纖維洗前抑菌性能評價采用不同石墨烯含量的滌綸短纖維,通過實(shí)驗(yàn)對比石墨烯的含量對纖維抑菌性能的影響。1#樣品為滌綸纖維,2#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量0.1%,3#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量0.5%,4#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量1%,5#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量2%。通過對比1#~5#樣品與對照樣(100%棉纖維)振蕩18h后的活菌數(shù),計(jì)算1#~5#樣品的抑菌率。結(jié)果表明,石墨烯改性滌綸短纖維具有很好的抑菌性能,并且其抑菌效果隨著石墨烯的含量增加而不斷增強(qiáng)。通過表1可以看出,石墨烯的加入改善了滌綸纖維的增強(qiáng)了石墨烯纖維的抑菌性能,并且石墨烯含量的增加有利于增強(qiáng)滌綸纖維的抑菌性。(2)石墨烯改性滌綸短纖維洗后抑菌性能評價將4#樣品用純棉織物包裹,參照GB/T20944.3-2008中10.1.1的方法按照浴比1∶30,進(jìn)行洗滌,將石墨烯含量為1%的4#樣品分別測試了洗前、洗滌10次、洗滌20次、洗滌30次、洗滌40次和洗滌50次后樣品的抑菌率,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。通過表2的數(shù)據(jù)可以看出,樣品在洗滌前后的抑菌率沒有較大的波動,經(jīng)過不同的洗滌次數(shù),石墨烯改性滌綸短纖維可以保持較高的抑菌性能。3.2內(nèi)生物質(zhì)石墨烯含量(1)石墨烯改性粘膠短纖維洗前抑菌性能評價本實(shí)驗(yàn)我們采用不同石墨烯含量的粘膠短纖維,依據(jù)GB/T20944.3-2009《紡織品抗菌性能的評價第3部分:振蕩法》,分別測試了樣品1#~5#的抑菌情況見表3。1#樣品為普通粘膠纖維,2#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量0.285%,3#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量0.5%,4#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量1%,5#樣品為生物質(zhì)石墨烯含量2%。通過對比表3數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),石墨烯的加入大大提高了粘膠短纖維的抑菌性能,并且在石墨烯含量為0.285%的情況下,石墨烯改性粘膠短纖維的抑菌性能均已超出國家標(biāo)準(zhǔn),具有優(yōu)良的抑菌性能。隨著石墨烯含量的增加,石墨烯改性粘膠短纖維的抑菌性能不斷增強(qiáng)。(2)石墨烯改性粘膠短纖維洗后抑菌性能評價將5#樣品采用純棉織物包裹,參照GB/T20944.3-2008中10.1.1耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)洗滌方法洗滌,浴比1∶30,分別測試了洗前、洗滌10次、洗滌20次、洗滌30次、洗滌40次和洗滌50次后樣品的抑菌率,其結(jié)果見表4。通過表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得知,經(jīng)過不同洗滌次數(shù)后,石墨烯粘膠短纖維依然有較強(qiáng)的抑菌性能,抑菌性能在洗滌前后沒有較大的波動,可見石墨烯改性粘膠短纖維抑菌性具有持久性。3.3石墨烯的織物(1)石墨烯功能性織物洗前抑菌性能評價以石墨烯改性粘膠短纖維為原料經(jīng)紡紗的得到的功能性織物為樣品,測試石墨烯功能性織物的抑菌性能。采用石墨烯含量為0.285%~2%的石墨烯功能性織物(再生纖維素纖維含量95%,氨綸含量5%),其中1#樣品為不添加石墨烯的織物,2#樣品石墨烯含量為0.285%,3#樣品石墨烯含量為0.5%,4#樣品石墨烯含量為1%,5#樣品石墨烯含量為2%。通過對比表5數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),石墨烯的加入大大提高了織物的抑菌性能,并且在石墨烯含量為0.285%的情況下,石墨烯功能性織物的抑菌性能均已超出國家標(biāo)準(zhǔn),具有優(yōu)良的抑菌性能。隨著石墨烯含量的增加,石墨烯功能性織物的抑菌性能不斷增強(qiáng)。(2)石墨烯功能性織物洗后抑菌性能評價將4#樣品,參照GB/T20944.3-2008中10.1.1耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)洗滌方法洗滌,浴比1∶30,分別測試了洗前、洗滌10次、洗滌20次、洗滌30次、洗滌40次和洗滌50次后樣品的抑菌率,其結(jié)果見表6。通過表6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以得知,經(jīng)過不同洗滌次數(shù)后,石墨烯功能性織物依然有較強(qiáng)的抑菌性能,抑菌性能在洗滌前后沒有較大的波動,可見石墨烯功能性織物抑菌性具有持久性。4石墨烯改性織物的抑菌性能通過以上實(shí)驗(yàn),可以得