一、金屬和金屬鹽抗菌劑
以游離態(tài)或以化合物形式的許多金屬在很低的濃度下,對(duì)微生物就有毒性。它們用結(jié)合胞內(nèi)的蛋白質(zhì)使微生物失活而加以殺死。金屬銅、鋅和鈷作為紡織物有效的抗菌劑,銀已在普通紡織物和繃帶中得到最為廣泛的應(yīng)用,銀對(duì)E.Coli菌的最低抑菌濃度(MIC值)為0.05~0.1mg/L。但已有一些研究者指出某些菌種對(duì)銀有耐藥性。
對(duì)于合成纖維,銀粒子可以在擠壓成形前或用靜電紡絲形成納米纖維前加入聚合物中。在使用時(shí)銀會(huì)擴(kuò)散至纖維表面并在水分存在下形成銀離子。銀的釋放速率受到纖維的化學(xué)、物理性能和纖維中銀數(shù)量的影響,逐漸釋放能延長(zhǎng)殺生物劑的活性時(shí)間。除了直接攙入外,銀納米粒子還以膠體溶液的形式浸軋?jiān)诳椢锷线_(dá)到耐久的整理。銀粒子也能直接被Seacell Active海藻纖維素纖維所吸收。
天然纖維用金屬處理只能在整理階段進(jìn)行,已經(jīng)想出多種方法來提高攝取量和耐久性。例如棉用琥珀酸酐進(jìn)行預(yù)處理,它作為金屬離子的配位體以提高隨后的吸附金屬離子的量,達(dá)到十分有效的抗菌活性;在羊毛等蛋白質(zhì)纖維中,天冬氨酰和谷氨酰殘基的游離羧基被認(rèn)為是金屬離子最合適的結(jié)合位置,用能增加結(jié)合位置數(shù)量的丹寧酸或者用對(duì)金屬離子具有螯合能力的EDTA二酐作預(yù)處理,能進(jìn)一步提高這種結(jié)合容量,但這些處理方法由于技術(shù)和環(huán)境問題等原因還沒有在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用。
以工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)金屬抗菌紡織物特別是銀抗菌紡織物技術(shù),近來已有突破,克服了成本、環(huán)境等難題,目前已大量用于商品抗菌合成纖維和紗線的生產(chǎn)。例如湯姆森研究集團(tuán)制造的Ultra\|Fresh和Silpure產(chǎn)品,銀以超細(xì)金屬粒子的形式在整理階段加入首先用于滌綸織物。米利金公司開發(fā)了一種銀基抗菌劑Alpha San,它是一種含銀的磷酸鋯基陶瓷離子交換樹脂,在合成纖維擠壓過程中加入。目前Alpha San被多家公司用于生產(chǎn)抗菌紡織物,如O Mara公司的抗菌滌綸Micro-Fresh和尼綸紗線Sole-Fresh;Sinterama公司的滌綸紗線Guard\|Yarn。AgION技術(shù)是應(yīng)用離子交換機(jī)理生產(chǎn)銀基抗菌紡織物。在這個(gè)生產(chǎn)過程中,銀離子制成多面的沸石載體,然后加入聚合物或涂層中。在細(xì)菌能夠生長(zhǎng)的條件中,沸石中的銀離子與存在于環(huán)境水分中的鈉離子進(jìn)行交換以抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。另外,由Trevira公司生產(chǎn)的生物活性滌綸纖維Bioactive,也是將銀加入到纖維中。最近,Nanohorigon公司將銀納米粒子(Smart Silver)用織物和服裝的染色設(shè)備以工業(yè)化規(guī)模對(duì)羊毛進(jìn)行抗菌整理,處理后羊毛原有的性能包括手感和染色性能都沒有改變。
二、聚亞己基縮雙胍
聚亞己基縮雙胍(PHMB)是一種雜分散混合物,平均分子量2 500,商品名Vantocil。由于它的低毒、高效和廣譜抗菌性能(MIC=(0.5~10)×10-6),已成功地用作食品工業(yè)殺菌劑和泳池消毒劑,并正在探索用作漱口劑、繃帶用殺菌劑等等。PHMB破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜,其活性隨著聚合度的增加而增加。至今,還很少發(fā)現(xiàn)耐PHMB的細(xì)菌。PHMB由于具陽離子性,通過離子和氫鍵連接到棉織物上。棉織物用化學(xué)整理產(chǎn)生羧基和用活性染料染色引入磺酸基都能增加PHMB的攝取,但很強(qiáng)的離子鍵可能會(huì)降低游離PHMB的釋放,從而降低抗菌效力。對(duì)于耐久整理,PHMB需要用量2%~4%(owf),而對(duì)于一次性應(yīng)用制品則用量為0.25%~0.1%(owf)。PHMB能在室溫和中性pH(8、9)條件下直接浸漬在棉上,或以軋—烘—焙工藝實(shí)施。
為了提高耐久性和克服織物黃變,Payne[6]在其專利中稱,纖維素纖維在PHMB處理后,用一種強(qiáng)有機(jī)酸進(jìn)行后處理。他們還用一種自交聯(lián)樹脂和催化劑,將PHMB移用于合成纖維處理。
Arch化學(xué)公司已經(jīng)開發(fā)了一種特級(jí)PHMBReputex 20用于織物處理,Reputex具有比Vantocil更高的分子量,聚合物中平均含有16個(gè)雙胍單位,這種較長(zhǎng)的聚合物長(zhǎng)度不僅產(chǎn)生較高的殺菌活性,而且每個(gè)分子上形成更多的陽離子位置,可以盡可能強(qiáng)地結(jié)合于織物表面。Reputex用浸漬或軋—烘—焙工藝起初用于棉及其混紡織物,最近則以Purista商品名稱擴(kuò)大用于滌綸和尼綸織物。
三、季銨化合物
季銨化合物,特別是那些含有12~18碳原子長(zhǎng)鏈的季銨化合物,已廣泛地用作消毒劑。在溶液中這類化合物N原子上帶有正電荷,與微生物產(chǎn)生多種作用,包括損傷細(xì)胞膜、使蛋白質(zhì)改性和破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等等。當(dāng)細(xì)菌的細(xì)胞失活時(shí),只要化合物保留在織物上,季銨基仍然完整無損并保持它的抗菌性能。季銨化合物能連接在織物上,主要是由于陽離子的季銨化合物和陰離子的纖維表面之間的離子相互作用。因此,對(duì)于含有羧基和磺酸基的腈綸和陽離子可染滌綸織物,能在接近沸騰的條件下直接吸附季銨化合物。與此相似,羊毛中的谷氨酰和天冬氨酰殘基具有羧基,季銨化合物特別是十六烷基氯化吡啶在未處理的羊毛上約有5%owf的吸附,耐洗性達(dá)到10次。棉織物用4-氨基苯磺酸—氯—三嗪加成化合物處理以增加織物表面的陰離子位置,從而有利于季銨化合物的吸附。上述這些研究中,季銨化合物的吸附受到pH、季銨化合物濃度、溫度和吸附時(shí)間的影響。
Sun等[4]設(shè)想織物在堿性條件下用季銨化合物處理之前首先用酸性染料染色,則染料分子和季銨化合物之間的離子相互作用,足以達(dá)到半耐久性的抗菌整理效果。
Dig等[5]合成了新的季銨化合物N—十二烷基—氨基—甜菜堿-2-巰基乙胺鹽酸鹽(DABM)。DABM能用它的硫羥基與羊毛反應(yīng),即硫羥基或是與亞硫酸氫鈉預(yù)處理羊毛的半胱氨酸—S—磺酸殘基(本特鹽)反應(yīng)或是與羊毛胱氨酸的二硫鍵反應(yīng),形成一個(gè)不對(duì)稱的二硫鍵。這種季銨表面活性劑的共價(jià)連接使羊毛具有抗菌活性。
用季銨化合物作為活性劑制成的一種商品抗菌紡織品BIOGUARD是由AEGIS Environments公司生產(chǎn)的,這種活性劑為3-三甲氧基硅烷丙基二甲基十八烷其氯化銨(AEM5700,以前稱為道康寧5700抗菌劑)對(duì)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的MIC為10~100mg/L。AEM5700制成水溶液,用浸軋、噴射或泡沫整理方法進(jìn)行整理。在烘干時(shí),不揮發(fā)的硅烷與織物形成共價(jià)鍵,得到優(yōu)良的耐洗性。目前,這種化學(xué)品已在棉、滌綸和尼綸織物上得到應(yīng)用。耐這種特殊的季銨化合物有關(guān)細(xì)菌的信息不多。
