锌氨改性竹浆纤维的抗菌性及反应条件研究

锌氨改性竹浆纤维的抗菌性及反应条件研究 锌氨改性竹浆纤维的抗菌性及反应条件研 究 应用技术1染整及纺织化学品 Dyeing&Finishing&TextileChemicalswwwfexleadercomcn 锌氨改性竹浆纤维的抗菌性及反应条件研究 ResearchonAntibacterialActivityandReactionConditionsof BambooPulpFabricsModifiedbyZincLiquor 文l秦中悦陈宇岳 五过一定浓度的锌氨溶液处理竹浆纤维,形成锌氨改性竹浆纤维,使之具有抗菌功 能. 了反应时间,浓度,旦研究浴比等反应条件对锌离子结合量与织物力学性能的影响. 结 果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,竹浆纤维经锌氨溶液处理后,形成的锌氨改性竹浆纤维具有良好的抗菌性, 并且 表现出一定的耐水洗t眭;锌离子结合量与反应时间,浓度,浴比有一定的关系;锌氨 改性 竹浆纤维织物的力学性能无明显改变. Thebamboopulpfabricwasendowedwithantibacterialactivityviabeentreatedbythezincliquor insomeconcellti'ations.Thequantityofzincc()mbinedandthemechanicalpropertywerestudied bythevarietyoffactorsincludingreactingtimeconcentrationandbathratios.Theresultsshowed thatthebamboopulpfabrictreatedbyzincliquorholdantibacterialactivityandfastnesstowater. Thequantityofzinccombinedwasrelativetoreactingtime,concentrationandbathratiosinsome extent.Butthemechanicalproperty,almosthadnosignificantchange,keepingtheoriginalle ve1. 竹浆纤维是用化学方法将竹子制成浆粕后纺丝制得, 但竹浆纤维在制作过程中,由于使用碱性处理,使竹纤维原 有的抗菌性基本消失.所以赋予竹浆纤维抗菌性能成为其 功能化开发的重要一环. 一 般纤维的抗菌功能主要由抗菌剂来实现,其中银系 抗菌剂(含有Ag(I),Cu(II),Zn(II)等金属离子)研究应 用的较多.它的抗菌机理可认为是缓释机理:即在抗菌剂 中,释放出来的金属离子能吸附在微生物细胞膜中的蛋白质 之上,与其中的巯基,氨基等官能团发生反应,使微生物的 能量代谢不能进行,从而导致细胞死亡.在银系抗菌剂中, Ag(I)应用的较多,效果较好,抑菌率在99%以上. 除Ag(I)以外,Cu(II)也同样具有很好的抗菌效果, 相对而言,对Zn(1I)或ZnO的研究 其抑菌率在91%以上. 较少,但其无毒无害,具有抗紫外与抗菌双重功效,应用潜 力巨大. 在LinglingZhang等人的研究中,他们成功地配制出 zn0纳米悬浮液,用于大肠杆菌的抗菌试验,取得了良好的 效果.Shu—CaiLi等则通过混合熔融与热压成形工艺,制 作出纳米ZnO/高压聚乙烯复合薄膜,当ZnO的含量大于或 作者简介:秦中悦,男,1965年生,博士,研究方向为纤维功能化改性. 作者单位:苏州大学. 通讯作者:陈宇岳,教授,博士生导师,chenyy@suda.edu.cn. 66 等于0.5%时,对大肠杆菌和金色葡萄球菌可产生极好的抑 制作用,但方法较为复杂. 本文利用锌氨溶液处理竹浆纤维,形成新型的锌氨改 性竹浆纤维,实现竹浆纤维的抗菌性.在实现锌氯改性竹浆 纤维抗菌性的基本上,通过改变反应条件,分析它们对锌 离子结合量与络合平衡的影响,以期为后续的研究提供依 据. 1实验部分 1.1实验材料 g/m,厚度为0.39mm, 竹浆纤维织物:其密度为156 色泽为白色(浙江省安吉谭竹庄竹纤维有限公司);硫酸 锌,氢氧t匕纳,氨水,皆分析纯试剂. 1.2仪器设备 BS224s电子天平(0.0001g);HD500型水浴振荡 器;101A一2型鼓风l干燥箱;ICP—AES电感耦合等离子体 发射光谱仪(Varian,美国),测定锌氨溶液处理竹浆纤维 后的锌含量;S一570扫描电镜(Hitachi,日本),观察锌氨溶 液处理竹浆纤维后的形貌特征. 1.3制备试样 1.3.1制备试样 (1)配制锌氨离子溶液.称取一定摩尔的ZnSO和2 倍于ZnSO的NaOH分别溶于去离子水中,再将两者混合于 纺织导报ChinaTextileLeader.2011No2 应用技术1染整及纺织化学品Dyeing&Finishing&TextileChemicals 烧杯之中,即产生呈乳白色Cu(OH)沉淀;然后进行真空抽 滤,在溶液抽净后,用去离子水洗涤沉淀数次,得到纯净的 Zn(OH):;再将Zn(OH)沉淀用氨水(1:3左右)溶解,待 沉淀完全溶解后,此时pH值在12左右,溶液呈现白色,得 到锌氨溶液. (2)锌氨溶液处理竹浆纤维.将竹浆纤维试样浸入锌 氨溶液中,并不断振动搅拌,经一定的反应时间后取出;用 清水洗涤干净;然后在100?下烘干30min,最终形成新 型的功能化纤维一锌氨改性竹浆纤维,颜色与原样一 致,呈白色(图1). a)处理前(b)处理后 图1锌氨溶液处理前后的竹浆纤维对比 】.3.2反应条件 上述实验工艺设定3个反应条件,即浓度,时间及浴 比. (1)反应时间:反应时间分别定在1,2,5,7,l0和20 min;锌氨溶液取O.O5M;在常温下处理;取浴比1:30;烘 干温度100?,烘干30min. (2)处理浓度:铜氨离子浓度分别设定在0.05,0.1, O.15和O.2M,在常温下处理;浴比1:30;处理时间15 min;烘干温度100?,烘干30min. (3)处置浴比.浴比分别取在1:15,l:30,1:45, 1:60;在常温下处理;铜氦离子浓度采用0.05M;处理时间 ,烘干30min. 10rain;烘干温度100? 1.4锌离子含量测定 将50mg锌氨改性竹浆纤维织物用10mL浓硝酸 (65%)溶解,再用去离子水稀释10倍.将得到的溶液用 电感耦合等离子体原子发射光谱仪测量其在Zn波段(313.9 nm)上的值,在此基础上计算织物上锌离子的含量. 1,5抗菌性能 将0.1M锌氨离子处理过的竹浆纤维样品用于测试抗 菌性.参照FZ/T730232006抗菌针织品))中附录D,以 振荡法测定织物的抗菌性能.所用菌种为金黄色葡萄球菌, WWWtexleader.corn.cn 试样的抗菌性能示以图片对比,并以抑菌率表示试样的抗 菌性能,按下式计算:抑菌效率(%)=100×(A—B)/A.式 中,A为未处理竹浆纤维上的活菌数;B为处理后的活 菌数. 1.6水洗牢度测试 参照FZ/T73023—2006抗菌针织品中附录C的简 化洗涤方法,用5g/L 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 合成洗涤剂(标准方法要求2g/ L)进行洗涤;浴比取1:30;水温(40-t-3)?;投入试样后, 洗涤30min;然后,在常温下用自来水清洗干净后,计为洗 涤1次,总计洗涤8次,240rain.然后测定锌离子含量. 1.7力学性能测试 YG026B电子织物强力机,在T一25?,RH=65% 的标准环境下测试.测试方法采用GB/T3923.1—1997((纺 织品织物拉伸性能》(第1部分:断裂强力和断裂伸长率 的测定条样法). 2结果与分析 2.1抗菌性 锌氨改性竹浆纤维的抗菌效果见图2(稀释100倍), 图2是金黄色葡萄球菌处理前后的对比.可以明显看出, 竹浆纤维在处理前有大量的菌落存在,所以说它是没有抗 菌性的;在这里,活菌t2A=38000.但经过锌氦溶液处理 后,菌落数大幅下降,活菌数日一3000;表明锌氨竹浆纤维 具有很好的抗菌性,其抑菌率为92.1%. a)处理前的竹浆纤维(b)处理后的竹浆纤维 图2金黄色葡萄球菌处理前后变化图 2.2形态结构 竹浆纤维经锌氨溶液处理后,其纵向的形态结构变化 如图3所示(锌氨离子浓度0.15M,放大倍数为5000).从 图3可以看出,在竹浆纤维原样中,纤维表观光滑,原纤纵 向排列,相互之间构成凹槽;经过锌氦溶液处理后,在纤维 的表面及凹槽之处,有大量的白色微粒附着在上面,它们是 锌氨离子或氧化锌,用以实现抗菌或其它功能. 纺织导报ChinaTextileLeader2011No.2 WWWtexleadercomcn (aJ处理前(b)处理后 图3竹浆纤维改性前后形态结构 2.3水洗牢度 通过水洗牢度实验,了解锌离子的附着能力.锌氨竹浆 纤维中锌离子含量与洗涤时间的关系如图4所示,从图4 可以看出,随着洗涤时间的增加,洗涤曲线呈下降走势,这 表明锌离子的含量逐渐降低,一定量的锌离子被洗出来.但 经洗涤90min后,其含量基本达到稳定,经240min的洗涤 后,锌离子的含量稳定在0.15%,0.20%,表明锌离子与纤 维素有一定的结合能力(物理与化学);具备应用前提. 图4洗涤时间与锌离子含量的关系 2.4锌离子含量及其影响因素 2.4.1反应时间 用0.1M的锌氨溶液处理竹浆纤维织物,作用时间与 纤维织物中Zn(II)含量的关系如图5所示.从曲线可以看 出,在起始的2rain内,结合量迅速达到0.62%,增幅很大, 表明锌氨离子与纤维素络合反应迅速,生成速度远大于离 解速度;从第2min:~1]第10rain,结合量达到最大,可增幅 放缓,表明反应已达到络合平衡;到第20min,结合量反而 下降,没有维系在平衡水平.表明随着反应时间的延长,不 利于锌氨离子的稳定性络合. & 整 Te 及 xtil 纺 eC 织 h 化 em 学 ica 品 lsDyeingFinishingTextileChemicalsj应用技术&&j……n'. 图5反应时间与锌离子结合量关系 基于上述分析,得出锌氨离子与竹浆纤维在反应10min 左右达到较大结合量,反应时间取10,15rain左右为宜. 2.4.2反应浓度 分别采用锌氨溶液的浓度为0,0.05,0.I,0.15和O.2 M,处理竹浆纤维,经测定,其对应的锌离子含量分别为0, 0.55%,1.45%,1.58%和2.31%,可以看出,随着浓度的增 加,其结合量增多. 2.4.3反应浴比 锌氨溶液(0.05M)的浴比分别为l:15,1:30,1:45和 1:60,对竹浆纤维进行处理,经测定,其对应的锌离子含量 分别为0.49%,0.55%,0.57%和0.54%,可以看出,浴比在 l:15时锌离子含量相对较小(0.49%);以后随着浴比的增 加,其含量基本不变(0.55%左右).浴比取1:30即可. 2.5力学性能 2.5.1浓度变量 锌氨溶液在不同的处理浓度下(0,0.05,0.1,0.15和 0.2M),竹浆纤维织物的力学性能变化如图6所示.从图6 图6竹浆纤维织物的力学性能变化 纺织导报ChinaTextileLeader.2011No.2 应用技术染整及纺织化学品 Dyeing&Finishing&TextileChemicalswwwlexleadercomcffl 的对比中得出,经不同浓度处理的织物的断裂强力与断裂 伸长率变化不大,维系在原样的水平. 2.5.2浴比变量 在不同浴比处置的情况下,织物中的浴比与力学性能 变化如表l所示.表明织物的断裂强力(经向与纬向)也基 本上维持在原样的水平上;断裂伸长率在经向与纬向上略有 下降,但幅度很小. 处理浴比 O l:15 1:3O 1:45 l:60 表1不同浴比下的力学性能指标 断裂强力(N)断裂伸长率(% 经向 350.O 342.0 3255 3418 3416 纬向 】720 l70.2 1935 1770 169.0 经向 323 31.1 292 302 31】 纬向 179 145 15.2 15.7 167 基于反应浓度与浴比对力学性能影响不明显,说明竹 浆纤维在锌氦溶液改性处理后,其内部结构并未发生明显 变化,锌氦溶液对竹浆纤维没有明显的溶解作用. 3结论 (1)竹浆纤维没有抗菌性,通过锌氨溶液处理,形成 锌氨改性竹浆纤维,对金黄色葡萄球菌产生了很好的抗菌 . 性,抑菌率为92.1% (2)锌氨改性竹浆纤维拥有一定的耐水洗性. (3)锌氨溶液处理竹浆纤维在10min左右,即达到络 合平衡,结合量最大,处理时间增加,结合量反而下降;反 应浓度与浴比对力学性能影响不大.嬲 70 参考文献 [1]ZbongyueQin,YuyueChen,PengZhang,eta1.Structureand PropertiesofCu(II1ComplexBambooPulpFabrics[J[.Journalof AppliedPolymerScience,2010,l17(3):1843—1850. [2】YangZ,XuS,MaX,eta1.CharacterizationandAcetylation BehaviorofBambooPulp[J].WoodSciTechnol,2008,42(8):621 — 632. 【3]王越平,高绪珊.天然竹纤维与竹浆粘胶纤维的结构性能比较[J].中 国麻业,2006,28(2):97—100. 【4]詹怀宁,李志强,蔡再生.纤维化学与物理【M].北京:科学技术出版 社,2005. [5】MaryG,BajpaiSK,ChandN.Copper(II)IonsandCopper Nanoparticles—loadedChemicallyModifiedCottonCelluloseFibers withFairAntibacterialProperties[J].JournalofAppliedPolymer Science2009,l13(2):757—766. [6]LinglingZhang,YunhongJiang,YulongDing,eta1.Investigation intotheAntibacterialBehaviourofSuspensionsofZnONanoparticles (ZnOnanofnids)『J].JournalofNanoparticleResearch,2007(9): 479-489. 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