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浅谈抗菌非织造材料的研究与开发
作者:贾耀芳 梁小荣 曦和    来源:Ringer
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非织布机械展厅
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非织造产业是一门综合了纺织、化工、造纸、高分子、生物、电子、机械等多学科技术的新兴产业,产品广泛应用在工业、农业、卫生、环境保护、服装鞋帽等国民经济的各个领域。由于非织造材料产品本身独特的结构和性能,解决了传统纺织品在医疗卫生、工业清洁、过滤、土工、环保等多个应用领域的不足。随着人们生活水平的提高和对卫生健康意识的增强,特别是近年来各类流行病毒的肆虐,市场对抗菌非织造材料需求迅速提高,对非织造材料的抗菌性能也提出了更高的要求,开发具有良好抗菌、抑菌性能的非织造材料已成为当前非织布领域的热点之一。

微生物即细菌、真菌、酵母等,他们无处不在,大部分微生物对人类是有益的,但是致病微生物的危害必须引起警惕。非织造材料经常在潮湿、腐败等恶劣的环境下使用,非常容易引起微生物的繁殖,进而破坏非织造材料的使用性能和引起一系列的不良后果;另外非织造材料也大量用作卫生材料、敷料、消毒棉、消毒湿巾等,这些材料于人体皮肤和伤口等接触,也非常容易引起皮肤过敏、感染等严重后果。为防止这些问题的发生,必须对非织造材料进行抗菌处理,即通过一定的方式在纤维内或其表面引入抗菌剂,以达到抑制细菌滋生或繁殖的目的,使产品具有良好的抗菌性和使用性能。本文就当前抗菌非织造材料常用抗菌剂种类、机理及工艺技术等方面加以介绍。

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非织造材料常用抗菌剂及抗菌机理

抗菌整理最早于2O世纪30年代在美国率先应用于军用纺织品方面,50年代开始大范围应用,经过不断地研究总结,安全、环保、高效广谱、耐久性成为抗菌材料研究发展的方向。通常情况下,抗菌处理包括杀菌和抑菌两方面的作用,但大多数情况下是通过抑制微生物的生长来达到抗菌的目的。

1.常用抗菌剂

抗菌剂按组成主要分为无机型、有机型和天然抗菌材料提取物三大类。

目前抗菌非织造材料使用量最大的为有机型抗菌剂,最常见的有双胍类、单胍类、异噻唑啉酮类、有机硅季铵盐类、季铵盐类和酚类等。无机型抗菌剂应用较多的有银、铜、锌、镁等金属的化合物和氧化物。具有抗菌元素的植物、藻类、甲壳质等天然材料的提取物作为抗菌材料一直以来都受到人们的关注,也是人们最早用作抗菌材料的来源之一,是一类非常有前途的抗菌材料。近年来纳米型、复合型无机抗菌剂的研究也取得了较大的突破,其在广谱性、环保性方面得到了较大的改善和提高。

2.常用抗菌剂抗菌机理

抗菌材料的抗菌过程包含许多复杂的过程,不同类型的抗菌剂在抗菌过程中会与微生物产生不同的作用,主要包含以下几种抗菌机理:

1) 干扰细菌细胞壁的合成
2) 损伤细菌细胞膜
3) 影响细菌蛋白质的合成
4) 抑制细菌核酸的合成
5) 破坏细胞的电子传递系统

非织造材料抗菌整理方法

目前,抗菌非织造布的制备方法主要有后整理法、切片混合纺丝法、抗菌纤维生产法、抗菌材料直接纺丝法、直接纺丝与后整理相结合等等。

1.后整理法

后整理法是非织造材料进行抗菌处理方法当中采用最多工艺方法,是指在非织造布的制造或后处理工艺中配制抗菌助剂,然后通过浸渍、浸轧、喷洒或涂层处理的方式进行施加,根据产品性能要求选择合适的工艺方法,有的需要烘干有的不需要烘干。根据工艺的不同,抗菌剂与非织造材料的结合方式有渗透至纤维内部、包覆于纤维表面、吸附等方式进入非织造材料,使非织造材料获得抗菌性能。

抗菌后整理工艺不需要烘干的典型产品是消毒湿巾,该系列产品大多采用双胍类、单胍类、银系、季铵盐、酚类抗菌剂等,根据性能要求需要按一定配方配制为抗菌水溶液,材料经浸轧后直接包装。典型的产品有PHMB(聚六盐酸亚甲基双胍)、PHMG(聚六盐酸亚甲基胍)、国产醋酸洗必泰、苯扎氯铵、戊二醛等抗菌剂。

抗菌后整理工艺需要烘干的情况下,大多采取〔基布→浸轧→烘干→焙烘→卷取→检验→分切→包装〕的工艺流程进行加工。生产中根据产品性能要求,需要合理的选择抗菌整理剂、整理配方和工艺路线进行抗菌整理。后整理法抗菌整理还可以同其他功能性整理一起进行,如亲水、印花、浸胶、染色、增白、涂层等等。目前抗菌后整理工艺常用的抗菌剂有Reputex 20、银系抗菌剂、DC5700、JNS-2000等,该类产品常见的应用有擦拭材料、鞋材、过滤材料、服饰材料、装饰材料等等。

2.切片混合纺丝法

该工艺方法主要是针对熔融纺丝法非织造材料,主要是在聚合物切片纺丝之前,将抗菌母粒与切片充分混合均匀,然后通过熔喷、纺粘、SMS等熔融纺丝非织造工艺技术进行纺丝成布。采用该工艺生产的抗菌非织造材料,抗菌剂均匀的分散于纤维的表面和内部,具有良好的抗菌耐久性,且不影响产品的其他性能。聚丙烯、聚酰胺、聚酯等熔融纺丝法非织造材料均可采用此方法进行抗菌处理。

此种方法要求抗菌剂需满足一定的热稳定性和细度要求,不会与高分子聚合物反应且不影响纺丝工艺。该类抗菌剂主要为无机型抗菌剂,通常情况下需要事先与聚酯材料混合制造为抗菌母粒后方便使用,常用的有银、铜、镁等金属化合物、金属氧化物、陶瓷粉、沸石等。

3.抗菌纤维生产法

该方法主要是采用抗菌纤维或抗菌纤维与其他纤维按适当的比例混合,通过梳理成网、气流成网等成网方式通过针刺、水刺、化学粘合、热粘合等方式加工为非织造抗菌材料。采用此方法生产抗菌非织造材料,工艺简单且易控制,产品质量稳定,抗菌性能持久,不足之处是抗菌效果和成本受纤维原料限制较大。目前市场上常见的抗菌纤维有竹纤维、圣麻纤维、甲壳质纤维、陶瓷纤维、银沸石抗菌纤维、Amicor抗菌纤维、Chitopoly抗菌纤维等。

4.抗菌材料直接纺丝法

该工艺方法是将抗菌材料如竹炭、圣麻、甲壳质等抗菌材料制作为纺丝原液后,通过铜氨法、原液纺丝法等非织造纺丝成布法直接生产非织造材料,目前较为成熟的有铜氨法非织造布。

抗菌剂的选择

由于细菌、真菌、酵母等微生物具有不同的细胞结构,因此抗单一菌种的抗菌整理剂很难具有广谱抗菌作用;一些抗菌剂虽具有广谱性,但是在抵抗不同的菌种上用量有很大的差别,不同的环境下效果差别也很大,因此必须针对产品使用环境和要抑制的菌种进行适当筛选和复配。另外抗菌整理剂必须与纤维牢固结合,对非织造材料的各项性能如风格、光泽、手感等指标无大的影响。

因此选择抗菌整理剂必须充分考虑以下几方面因素。

1) 安全环保性:即标准情况下对皮肤无刺激性、无毒性、不产生致病物质,对生态环境无影响等;
2) 高效广谱性:抗菌范围要宽;
3) 稳定性和配伍性:抗菌剂必须易储存;复配的情况下,必须考虑各助剂间的的配伍性,避免相互影响而降低效果;
4) 对产品风格及性能无破坏性:抗菌整理后对必须充分考虑对产品的手感、外观等其他性能的影响;
5) 耐久性:非织造材料大多是一次性使用,不必考虑抗菌整理的耐洗水性;但一些是在非常恶劣的情况下使用,就需要考虑抗菌剂对温度、湿度等环境的适应性;一些需要水洗的就需要考虑耐水洗性。
6) 工艺条件:由于不同抗菌剂的组成和分子结构不一样,对原材料、工艺条件的适应性也不尽相同。因此选择前应充分考虑工艺条件、使用情况和基布材料等。

抗菌性能的检测

通常情况下抗菌非织造材料会考虑安全性和抗菌效果两方面的测试效果,测试前应根据产品的应用和抗菌剂的抗菌机理选择不同适用范围的检测方法,主要的测试方法如下。

1、安全性

不同的产品应用采用的测试方法有一定的差别,卫生用抗菌产品主要按《一次性使用卫生用品卫生标准(GB15979-2002)》中的相关要求进行测试评价。

2、抗菌效果

有关抗菌非织造材料抗菌性能的测试方法大部分参照了国内外抗菌纺织品相关检测标准,常用的方法有琼脂平皿扩散法、吸收法、振荡法、平板培养法(抗霉菌试验法)、奎因法、浸渍法等等。

小结

随着国民经济的不断发展和人们生活水平及卫生保健意识的增强,抗菌非织造材料产品市场需求和应用将越来越宽,对抗菌性能的要求也将更加严格和多样,研究与开发抗菌非织造布有着十分重要的意义和广阔的市场前景。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/21/2010)
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