季鏻鹽改性聚丙烯腈纖維及其抗菌性能與機理研究.pdf

1、生活中有害微生物群體不僅引起人和動物致病，甚至危及生命，還導致各種材料分解、變質(zhì)、腐敗。紡織品是微生物的優(yōu)良寄居地，更是疾病的傳播源。開發(fā)具有抗菌性能的紡織品不僅能避免其因微生物侵蝕而劣化，而且能有效阻止病原菌的傳播，減少疾病發(fā)生。傳統(tǒng)的紡織品抗菌處理方法是后整理法，該方法雖然簡便易行，但整理后紡織品的抗菌耐久性不佳。隨著化學纖維的迅速發(fā)展，人們逐漸開始把紡織品抗菌處理的視角轉(zhuǎn)向纖維改性以獲取持久抗菌效果的紡織品。
　　抗菌纖維改

2、性是采用物理法或化學法把能夠抑制微生物繁殖的抗菌劑引入纖維的表面及內(nèi)部，且不易脫落，并能在纖維內(nèi)部平衡擴散，維持纖維持久的抗菌效果。目前使用的有天然抗菌劑、無機抗菌劑、有機抗菌劑三大類。天然抗菌劑耐熱性較差，藥效持續(xù)時間短;無機抗菌劑價格昂貴且有抗菌遲效性，其使用場合及條件受限;有機抗菌劑雖然毒性較天然和無機抗菌劑高，耐熱性差，但其抗菌效力最強，抗菌譜廣。本研究選擇一種新型、低毒的有機抗菌劑“季鱗鹽”作為改性劑，選擇市面廣泛采用的聚丙烯

3、腈纖維作為基體纖維，通過將含不同烷基鏈長度的季鱗鹽抗菌官能團引入到聚丙烯腈纖維結(jié)構(gòu)中，合成了一系列新型抗菌纖維——季鱗鹽改性聚丙烯腈纖維，研究其抗菌活性，并探討了抗菌纖維的抗菌機理。論文的具體研究結(jié)果如下:
　　一、季鱗鹽改性聚丙烯腈抗菌纖維的合成。首先，利用化學改性法對聚丙烯腈纖維進行預處理，使纖維大分子鏈上大量存在的氰基（-CN）轉(zhuǎn)化為羧酸鈉(-COONa)反應基團;然后，采用離子交換法將含不同烷基鏈長度的季鱗陽離子交換至聚丙

4、烯腈纖維結(jié)構(gòu)中，制得一系列新型的季鱗鹽改性抗菌纖維即MTBP-PANF(C1)、ETBP-PANF(C2)、HTBP-PANF(C6)、OTBP-PANF(C8)和DTBP-PANF(C12)。研究發(fā)現(xiàn)NaOH濃度是-CN轉(zhuǎn)化-COONa的關(guān)鍵;反應時間和溫度對季鱗陽離子與纖維Na離子的交換影響不大，酸性或堿性條件不利于離子交換反應，季鱗鹽濃度及烷基鏈長的增加使季鱗陽離子更容易引入到纖維結(jié)構(gòu)中。
　　二、季鱗鹽改性聚丙烯腈抗菌纖維

5、的表征分析。通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、熱重分析(TGA)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)等手段，對季鱗鹽改性前后的纖維結(jié)構(gòu)、形貌進行系統(tǒng)的表征。結(jié)果表明:季鱗官能團成功地引入在纖維的大分子鏈中，改性后纖維表面溝壑數(shù)增加，但均勻分布于纖維表面，纖維的整體結(jié)構(gòu)沒有遭受破壞，不影響其機械性能，在230℃前，季鱗鹽改性纖維具有良好的熱穩(wěn)定性，72h內(nèi)季鱗

6、陽離子從纖維中的溢出非常少，且溢出量與季鱗鹽的烷基鏈長度呈反比。初步推斷季鱗鹽的烷基鏈越長，改性纖維抗菌能力越好越持久。
　　三、季鱗鹽改性聚丙烯腈纖維的抗菌防霉性能分析。采用改良振蕩燒瓶測試法，測試季鱗鹽改性纖維對大腸桿菌（Escherichia coli）、綠膿桿菌（Pseudomonasaeruginosa）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、白色念珠菌（Canidiaalbicans）的抗菌活性

7、，結(jié)果顯示:季鱗鹽改性纖維均具有良好的抗菌性能，并在不同時間獲得抗菌能力，季鱗鹽烷基鏈越長，纖維獲得抗菌性能所需時間越短;最長鏈改性纖維DTBP-PANF(C12)在15min即能殺死所有的致病菌，且抗菌活性不受環(huán)境pH的影響，洗滌50次后仍具有良好的抗菌性能。參照JLSZ2911防霉試驗標準，測試季鱗鹽改性纖維對黑曲霉（Aspergillus niger）、黃曲霉（Aspergillus flavus）、黃青霉（Penicillium

8、 Chrysogenum）、橘綠木霉（Trichodermacitrinoviride）和里氏木霉（Trichoderma reesei）的混合霉菌的防霉性能，結(jié)果表明:所有季鱗鹽改性纖維均不適合霉菌生長，防霉效果與烷基鏈長度成正比，屬于0級防霉材料。通過抗菌防霉實驗，證明季鱗鹽的改性能提高聚丙烯腈纖維的抗菌防霉能力，并獲得一種抗菌防霉能力優(yōu)異的改性纖維“DTBP-PANF”。
　　四、季鱗鹽改性聚丙烯腈纖維的抗菌機理分析。通過采

9、用烴類化合物吸附法(BATH)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、考馬斯亮藍法(Bradford)、流式細胞術(shù)(FCM)、電子顯微鏡（SEM和TEM）、聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)等手段對季鱗鹽改性纖維作用前后細菌的細胞壁、細胞膜、酶系統(tǒng)及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)觀察和生化分析，提出了季鱗鹽改性纖維的抗菌機理:改性纖維首先通過靜電引力等作用力將細菌吸附到纖維表面，然后季鱗官能團再發(fā)揮抗菌作用，通過增加細菌表面疏水性、破壞細