抗菌纖維的加工方法
抗菌纖維的加工方法
纖維或紡織品經(jīng)抗菌防臭處理后可以發(fā)揮兩方面的作用：一是保護使用紡織品的人，如果抗菌紡織品能殺滅金黃色葡萄球菌、趾間白癬菌、大腸桿菌、紅色毛癬菌等細菌和真菌，則能預(yù)防傳染性疾病的傳播；防止內(nèi)衣褲和襪子產(chǎn)生惡臭；防止襪子上腳癬菌繁殖；防止嬰兒因尿布發(fā)生紅斑；提高老人和病人的免疫能力；而且可以在醫(yī)院內(nèi)預(yù)防交叉感染。二是防止纖維受損，由于具有殺滅黑曲霉菌、青霉菌等各種霉菌，可以防止纖維材料變色、脆損以及紡織品在貯藏時發(fā)生霉變。
目前較為成熟且已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的抗菌纖維有兩大類：一是以含納米級銀沸石抗菌材料的合成纖維為代表的無機抗菌系抗菌纖維，這類纖維對人體安全無害、耐久性好。二是以耐高溫有機抗菌劑通過共混紡絲方式開發(fā)的抗菌纖維。這類抗菌纖維采用對人體安全無害的有機抗菌劑，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、霉菌和癬菌具有廣譜的抗菌效果，抗菌率高、耐久性好。
抗菌纖維的制造方法主要有以下幾種：
1、共混紡絲法
抗菌纖維的制造方法很多，如對化學(xué)纖維的高分子結(jié)構(gòu)進行化學(xué)接枝或改性，也可通過物理方法使抗菌劑混入到纖維內(nèi)部，或者利用復(fù)合紡絲技術(shù)等，其中以共混方式應(yīng)用較多，即在合成纖維紡絲階段，將抗菌劑混入聚合物中進行紡絲。抗菌劑混入纖維中的操作可以在高聚物聚合階段、聚合結(jié)束后、聚合物熔融噴絲之前加入，人造絲、腈綸等纖維濕法紡絲時也可在紡絲原液中混入。在熔融紡絲時混入的抗菌劑要求具有較高的耐熱性和安全性。該法的最大優(yōu)點是工藝簡便、成本低廉，并且因為溶出量少而使用安全，但要求使用高效抗菌劑，缺點是抗菌劑用量少時效果較差；抗菌劑用量多時影響纖維的紡絲性能。
共混紡絲法是將抗菌劑和分散劑等助劑與纖維基體樹脂混合，通過熔融紡絲生產(chǎn)抗菌纖維。采用該法，抗菌劑要經(jīng)過與基體樹脂熔融混合、紡絲、拉伸等工序，要求抗菌劑耐溫性能好，粒徑足夠小。
在紡絲過程中，將抗菌劑摻加到聚合物中混合紡絲，對于濕紡而言，即將合適的整理劑經(jīng)有機溶劑溶解后加入到紡絲原料中。而熔紡則是將整理劑制成抗菌母粒，再與原料共混后熔融紡絲，此類抗菌劑要求耐高溫，且對于聚合物有良好的分散性和相容性。
早期的用于化纖共混紡絲的抗菌劑一般均為含金屬離子的復(fù)合物，其中有不少抗菌劑含重金屬離子，近年來，隨著人們環(huán)保意識的增強，重金屬離子對人體的生態(tài)毒性問題已逐漸被重視起來，抗菌效果好但毒性較大的含重金屬離子的抗菌劑已被逐漸淘汰，取而代之的是含有金屬離子的復(fù)合物，目前所用的是對人體無害的金屬氧化物、鹽或在負載物及金屬化合物上的活性金屬離子，如含Ag沸石、Zn、Cu復(fù)合物或TiO 2等。這種抗菌劑有廣譜抗菌效果，對人體無害，而且熱穩(wěn)定性好，有利于共混紡絲。據(jù)報道通過這種方法制得的抗菌纖維的抗菌率僅達70%-80%，抗菌效果不夠理想。1995年以來，研制成功了Jlsun(R)永久性抗菌纖維，它對人體無害、與纖維用高分子材料相容性好、具有廣譜的抗菌效果、經(jīng)數(shù)十次標(biāo)準方式洗滌后仍可保持90%以上的抗菌率，而且纖維特性與常規(guī)纖維基本相同，使永久性抗菌纖維的研究和生產(chǎn)達到了一個新的水平。
以共混紡改性方法制取完全符合安全性要求的永久性抗菌纖維，為后續(xù)各種抗菌紡織品的開發(fā)提供了十分廣闊的空間。對一些醫(yī)院專用衛(wèi)生材料以及各種衛(wèi)生用品來說，不僅使用方便，而且可以不必再經(jīng)過各種繁雜的消毒程序，哪怕是貯存一段時間后再使用，也不會被細菌所沾污，從經(jīng)濟上看，綜合費用更低。具有永久抗菌效果的安全型抗菌纖維及生產(chǎn)工藝的出現(xiàn)，為抗菌紡織品的發(fā)展開辟了一個全新的天地。隨著人們衛(wèi)生和環(huán)保意識的增強及生活質(zhì)量的提高，人們不僅對具有抗菌防臭功效的紡織品的需求量大大增強，而且對安全性和耐久性提出了更高的要求，而永久性抗菌纖維正是滿足了高效、廣譜、安全、耐久和適用性廣的要求�？梢灶A(yù)計，這種高技術(shù)含量的新型抗菌纖維產(chǎn)品必將獲得更大的發(fā)展。
目前常見的共混抗菌纖維有以下幾種：
（1）抗菌細旦丙綸絲
其加工工藝分為抗菌母粒配置、紡絲及牽伸加彈三步法進行生產(chǎn)：
抗菌母粒制造：由于抗菌粉體的加入，加大了紡制丙綸細旦絲的難度，因此母粒的制造是很重要的工藝環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)解決了粉體與丙綸載體偶聯(lián)和均勻分散技術(shù)。如以特種沸石SiO2/Al2O3為載體，并與抗菌的Ag+、Cu2+、Zn2+ 等重金屬離子反應(yīng)，使金屬離子均勻吸附到粉體里，選用適當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑和分散劑一起加入高速混合機內(nèi)，在一定的溫度條件下，高速混煉一定時間制成丙綸用抗菌粉體，再將粉體與一定比例的聚丙烯料混合，通過雙螺桿擠出機的擠出、成形、切粒，即為抗菌母粒。在納米粉體的纖維應(yīng)用中，母粒化技術(shù)尤為重要，解決了這一問題，便使納米粉體在細旦長絲紡絲領(lǐng)域的應(yīng)用得以實現(xiàn)。
此外，要是抗菌聚丙烯切片具有高速紡絲的可紡性能，必須考慮分子量及其分布、熔融指數(shù)、母粒載體等技術(shù)指標(biāo)，并調(diào)整到合適的加工工藝。
（2）無機抗菌聚酯纖維
無機抗菌聚酯纖維是通過共混法生產(chǎn)的另一種抗菌纖維。生產(chǎn)聚酯抗菌纖維的方法是首先制成納米層狀銀系抗菌劑或含銀無機沸石AgION含量較高的抗菌母粒，在紡絲時加入一定比例的抗菌母粒，通過共混紡絲手段，制成聚酯抗菌纖維或抗菌中空纖維。生產(chǎn)過程包括切片干燥工藝、紡絲牽伸工藝等工序。生產(chǎn)這類纖維的有美國KOSA公司、北京潔爾爽公司、江蘇儀化公司、日本可樂麗公司、德國特雷維拉公司。
（3）JLSUN(R)抗菌纖維
1997年，將多年來所發(fā)明的耐高溫抗菌整理技術(shù)成功地應(yīng)用于合成纖維，開發(fā)出了抗菌丙綸長絲、抗菌滌綸短纖維等系列抗菌纖維及母粒。其中，細旦和超細旦抗菌丙綸長絲不僅具有優(yōu)異的疏水導(dǎo)濕性、快干性、抗污性、保濕性、比重輕和手感柔軟等特點，而且具有廣譜持久的抗菌性能。
由于纖維的生產(chǎn)特點，一般有機抗菌劑不能很好地應(yīng)用于抗菌纖維的生產(chǎn)中，但有些有機抗菌劑具有很好的高溫穩(wěn)定性，可以用于生產(chǎn)抗菌纖維。如JLSUN(R)耐高溫抗菌劑SCJ，其主要抗菌成分是帶有吡卟酰胺結(jié)構(gòu)的氯苯咪唑類化合物。它作用于細菌的細胞膜，使細胞膜缺損，通透性增加，細胞內(nèi)容物外漏；也可阻礙細菌蛋白質(zhì)的合成，造成菌體內(nèi)和蛋白體的耗盡，從而導(dǎo)致細菌死亡。SCJ所帶有的抗菌基團還選擇性地作用于真菌細胞膜的麥角固醇，使細胞膜通透性改變，導(dǎo)致細菌內(nèi)的重要物質(zhì)流失，而使真菌死亡。
JLSUN(R)系列抗菌產(chǎn)品的生產(chǎn)采用共混技術(shù)路線。首先將北京潔爾爽公司生產(chǎn)的SCJ耐高溫抗菌劑與切片載體共混制成抗菌母粒，以一定比例抗菌母粒與高聚物共混熔紡制得各類抗菌纖維。該類產(chǎn)品具有持久的抗菌效果，經(jīng)檢測JLSUN(R)抗菌纖維產(chǎn)品具有廣譜抗菌、抗菌效果持久，對皮膚無毒無刺激，對人體安全等特點。JLSUN(R)抗菌纖維的白度及各項機械物理性能與相應(yīng)常規(guī)纖維無異，適用性廣。目前已開發(fā)生產(chǎn)的JLSUN(R)抗菌纖維系列產(chǎn)品包括：滌綸（長絲、短纖）、丙綸（長絲、短纖）、錦綸（長絲、加彈絲）等。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于內(nèi)衣褲、襪子、無菌手術(shù)衣、手術(shù)帽、抗菌服、鞋襯（墊）、地毯、婦女衛(wèi)生保健用品、床上用品、空調(diào)器過濾網(wǎng)及其他過濾材料。
JLSUN(R)抗菌錦丙復(fù)合纖維是由錦綸、丙綸復(fù)合而成，在染色加工高溫洗滌過程中，復(fù)合纖維變成單根纖維，單纖細度為0.4d。該產(chǎn)品可以高效地殺滅金黃色葡萄球菌、淋球菌（國內(nèi)流行株）、鏈球菌、肺炎球菌、腦膜炎球菌、大腸桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌、肺炎桿菌、綠膿桿菌、枯草桿菌、蠟狀芽孢桿菌、白色念珠菌、絮狀表皮癬菌、石膏樣毛癬菌、紅色毛癬菌、青霉菌、黑曲霉菌等有害菌。由于該產(chǎn)品是超細纖維，并具有親水（錦綸）、疏水（丙綸）結(jié)構(gòu)，因此由此纖維織成紡織品，具有明顯的芯吸效應(yīng)和吸汗速干、濕爽透氣的作用，并且手感非常柔軟，織物的光澤優(yōu)雅。該產(chǎn)品是生產(chǎn)高檔涼爽T恤、針織內(nèi)衣的首選材料。
在商業(yè)銷售中，有人將JLSUN(R)抗菌劑稱為“抗菌功能團”，并采用“分子組裝技術(shù)”，在部分樹脂（的分子鏈）中組裝上“抗菌功能團”，使這部分樹脂自身就成為抗菌樹脂。
Jlsun（R）抗菌防臭丙綸、滌綸纖維具有良好的安全性、廣譜高效的抗菌性、優(yōu)異的耐洗滌性、卓越的加工性能和優(yōu)良的力學(xué)性能，并且具有良好的纖維外觀和手感。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院等多家權(quán)威衛(wèi)生單位測試和臨床應(yīng)用證明：抗菌織物具有明顯的抗菌、消炎、除臭、防霉、止癢、收斂作用，可以完全殺滅接觸織物的金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、淋球菌（國內(nèi)流行株）、淋球菌（國際標(biāo)準耐藥株）、鏈球菌、肺炎球菌、腦膜炎球菌、大腸桿菌、痢疾桿菌、傷寒桿菌、肺炎桿菌、綠膿桿菌、枯草桿菌、蠟狀芽孢桿菌、白色念珠菌、絮狀表皮癬菌、石膏樣毛癬菌等有害菌，洗滌100次后抑菌率仍達99.95%以上，對黑曲霉、黃曲霉、桔青梅霉、綠色木霉、球毛殼霉、等都有0～1級的防菌效果（GB/T2423.16-1999）。對皮膚無刺激、無過敏反應(yīng)，對人體無毒，能有效的預(yù)防沙眼、結(jié)膜炎、淋病、陰道炎、宮頸炎、盆腔炎、前列腺炎、呼吸器官感染等疾病的傳染，對防治腳癬、股癬、濕疹、汗臭、腳臭、皮膚瘙癢等有顯著效果。
（4）防螨、抗菌多功能纖維
塵螨以人的皮屑為食，其身體大小在300微米左右，其糞便在10-40微米之間，這些塵螨及排泄物所含的誘發(fā)哮喘、皮炎或鼻炎的致過敏物質(zhì)。通過采用SCJ-998高效防螨抗菌劑添加到腈綸紡絲原液中，紡絲得到防螨、抗菌纖維。其防螨抗菌性能經(jīng)國家有關(guān)權(quán)威機構(gòu)檢測認為具有優(yōu)良的防螨、抗菌性能，其中塵螨驅(qū)避率達到99%，抗菌率達到99.9%，對皮膚無過敏、無刺激性。防螨抗菌腈綸纖維的用途適用于所有類型的紡織品以及混紡織物，包括服裝、床上用品、床墊襯里、枕心、被芯、地毯、玩具、空氣過濾網(wǎng)等制品。
國外類似的產(chǎn)品有，英國Acordis公司的Amicor抗菌纖維，它采用內(nèi)置式設(shè)計，如同在纖維內(nèi)部有個抗菌倉庫，通過濃度梯度的作用原理，抗菌劑源源不斷地溶到纖維表面，此類抗菌纖維制成紡織品可以經(jīng)受反復(fù)洗滌而不降低其抗菌性能�？咕鷦┦菑V泛用于牙膏和瀨水中的抗菌劑，對人體無害，是一種抑制有害細菌繁殖的藥劑，對人體安全性高。目前已開發(fā)三大系列抗菌紗線：抗菌型、抗真菌型和抗螨蟲型。
愛爾蘭Wrllmqn公司也在市場上推出了Fillwell Wellcare系列耐久填充纖維。這種纖維對軟裝飾品上的細菌與塵螨有控制繁殖有作用，主要是在生產(chǎn)過程中把添加劑加到纖維中，所以它所生產(chǎn)的裝飾品在整個壽命期間都有抗菌、抗螨作用，主要用于床上用品。由于抗菌防螨劑是被永久固定到纖維上去的，因此當(dāng)與微生物相接觸時它就會生效。在24小時內(nèi)細菌減少99%，在4個星期期間，塵螨總數(shù)下降99%，洗滌50次后仍能保持充分的功效。其它性能不受添加劑的影響，如保暖、舒適性等。
（5）抗菌腈綸和錦綸
該加工方法，例如在合成纖維制造階段，用離子鍵將銀等金屬固著在沸石骨架上，再將抗菌劑加入到聚丙烯腈或聚酰胺等聚合體中混煉紡絲，使抗菌劑微分散在纖維內(nèi)部和表面，這樣纖維本身就會含有抗菌劑。這種方法是通過纖維表面上的抗菌劑和部分溶出的抗菌劑顯示出抗菌作用。[33]代表商品如日本鐘紡合纖公司的“Biosafe”，福助的“Nonsemll”,雷納溫的“通勤快足”以及帝人的“Taizikon”等。
2、復(fù)合紡絲法
利用復(fù)合紡絲技術(shù)也可以開發(fā)抗菌產(chǎn)品。復(fù)合紡絲法是利用含有抗菌成分的纖維與其他纖維或者不含抗菌成分的纖維復(fù)合紡絲，制成并列型、芯鞘型、鑲嵌型、中空多心型等結(jié)構(gòu)的抗菌纖維。將抗菌纖維摻加到纖維的皮層、或使其成為并列型復(fù)合纖維中的一個并列組分，尤其是對于前者而言，抗菌劑可以只摻加到皮層，不僅可以節(jié)省原料，而且還有利于保持纖維的基本性能。該方法是抗菌合成纖維的發(fā)展方向。采用該法制成的抗菌纖維由于同樣要經(jīng)過熔融、紡絲的過程，因此對其和共混紡絲法有共同的要求。
這種產(chǎn)品的代表之一，就是日本帝人公司開發(fā)的“利帕爾泰”雙組分抗菌消臭PET纖維，該纖維為并列型結(jié)構(gòu)，主要采用抗菌劑和消臭劑兩種添加劑復(fù)合紡絲而成，具有極好的抗菌防臭效果。
另一種著名的皮芯結(jié)構(gòu)的抗菌纖維是美國Foss公司的Foss fiber。Foss fiber中的雙組分纖維為特殊設(shè)計，使AgION只在皮中，對有害細菌接觸面最優(yōu)化。實驗表明，AgION能消滅99.99%的傳染性和引起臭味的細菌。該纖維即使在極其嚴酷生產(chǎn)條件下，含解沸石也非常穩(wěn)定。可耐800℃高溫，PH在3-10時具有穩(wěn)定性。含AgION的Foss fiber還可添加其他添加劑或與其他纖維混紡，形成具有阻燃、防紫外線、防導(dǎo)電、防污和導(dǎo)濕性等性能。
3、化學(xué)接枝改性法
通過對纖維表面進行改性處理，進而通過配位化學(xué)鍵或其他類型的化學(xué)鍵結(jié)合具有抗菌作用的基團使纖維具有抗菌性能的一種加工方法。即利用化學(xué)改性技術(shù)。
接枝法化學(xué)改性制備抗菌纖維要求纖維表面存在可以與抗菌基團結(jié)合的作用部位。將抗菌整理劑的基因接枝到纖維表面的反應(yīng)基上，對于不具備反應(yīng)基的物質(zhì)，要引入反應(yīng)基，使纖維具有化學(xué)改性的條件。其典型的代表為纖維硫化銅復(fù)合體。在銅氨纖維的制造過程中控制脫銅，使銅化合物在纖維中分散并經(jīng)硫化處理。還有如日本的殘毛染色公司的“桑達綸SS-N” ，即以含銅的物質(zhì)作為抗菌整理劑，采用染色的方法，使銅離子和尼綸纖維上的氨基結(jié)合，在纖維的表面上形成牢固的硫化銅覆蓋層，使纖維同時具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、耐久的抗菌性和使用的安全性。
化學(xué)接枝法制備抗菌纖維一般分兩步進行：第一步，對纖維進行表面處理，經(jīng)過處理使纖維的表面產(chǎn)生可與抗菌基團化合物進行接枝的作用點。目前對纖維表面處理的常用方法為化學(xué)溶劑處理法和輻射法。第二步，將帶有抗菌基團的化合物與經(jīng)過處理后的纖維結(jié)合，得到抗菌纖維。
4、天然抗菌化學(xué)纖維
（1）甲殼素纖維和殼聚糖纖維
甲殼素或殼聚糖在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌梢匀芙猓襞渲贸梢欢舛�、一定粘度的溶液就具有較好的紡絲強度，因此可以通過濕法或干法紡絲，制成長絲或短纖維。甲殼素或殼聚糖纖維屬于粘膠纖維。甲殼素纖維紡織品具有很強的抑菌能力，檢測表明它對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄菌）和革蘭氏陰性菌（大腸桿菌），霉菌（白色念珠菌）等有很強的抑制能力，抑菌能力分別達到100%、70.43%和50.11%。
在保持殼聚糖纖維優(yōu)異功能性的基礎(chǔ)上，為了進一步提高殼聚糖纖維的品質(zhì)指標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，各國競相研制了甲殼素、殼聚糖纖維和其它纖維共混紡工藝。其中物理共混紡絲法就是其中最常見的方法之一。將殼聚糖和甲殼素粉碎到一定程度后均勻分散在粘膠、腈綸、維綸等紡絲漿液中，通過紡絲過程使纖維中含有一定含量的甲殼素和殼聚糖，因此產(chǎn)品具有殼聚糖良好的抗菌性能。
殼聚糖和甲殼素粘膠抗菌纖維目前已經(jīng)有規(guī)模生產(chǎn)。在國際上粘膠纖維的新型產(chǎn)品也已進入到了高檔服裝面料的行列，而殼聚糖和甲殼素的加入還可以使纖維具有低刺激性、高保濕性、柔軟性、抑菌等優(yōu)點。
富士紡公司的Chitogreen是將天然纖維抗菌成分甲殼素加入纖維中，并以獨特的制法提高精度之后使其具有制菌效果。Chitogreen可以破壞細菌的細胞膜，但不會進入人體的皮膚細胞。刺激性低，即使敏感肌膚的人也可以放心使用。由于成分固定，具有超越的洗滌持久性。適合應(yīng)用于醫(yī)院的制服、床單、浴巾等需要反復(fù)洗滌的物品。除抗菌性久外，還具有優(yōu)越的吸濕性和柔軟觸感，富士紡公司已將其應(yīng)用擴大內(nèi)外衣及窗簾等產(chǎn)品。
（2）竹纖維
中醫(yī)認為竹的葉、茹、瀝、簧、筍、精、節(jié)霜皆可療疾。竹葉有清熱、除煩、利尿之功；竹茹有清熱、化痰、除煩止嘔之效；竹簧能瀉熱、化痰、涼心定驚；竹瀝則用于清熱、化痰。竹子自身具有抗菌性，使其在生長過程中無蟲蛀、無腐爛。有資料介紹，在竹纖維的生產(chǎn)過程中，采用高科技工藝處理，使抗菌物質(zhì)不被破壞，讓其始終結(jié)合在纖維素大分子上。竹纖維織物經(jīng)反復(fù)洗滌、日曬，也不會失去抗菌作用。經(jīng)測試，竹纖維產(chǎn)品24小時的抗菌率達71%，證明了細菌等有害微生物在竹纖維制品中不僅不能長時間生存，而且還會在短時間內(nèi)減少，甚至消失。但在筆者的實驗中發(fā)現(xiàn)，竹纖維的抑菌率達不到60%。筆者認為這是由于竹纖維的生產(chǎn)過程與粘膠纖維類似，其原先具有的抗菌物質(zhì)在強堿或磺化過程中被破壞，從而造成竹纖維的抗菌性遠低于天然竹。
5、純天然纖維
大麻纖維是一種天然抗菌纖維。大麻纖維獨具抗霉殺菌的功效，大麻紡織品在未經(jīng)任何藥物處理且水洗后，按定性抑菌法測試的結(jié)果表明，它對金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌、白色念珠菌等都有不同程度的抑菌效果。民間用大麻繩扎香腸、納底鞋、密封罐頭等既結(jié)實又不腐爛�；谶@種防霉、防臭、防腐功能，大麻紡織品還可作食品包裝、衛(wèi)生材料、鞋襪、繩索等。在全世界都在崇尚綠色、環(huán)保概念的今天，有著悠久歷史的大麻再一次進入人類的視野。大麻纖維因其天然抑菌、清涼柔軟、防靜電、耐熱等獨有的優(yōu)良特性在服裝加工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。
此外，苧麻、亞麻、羅布麻，它們同樣具有天然的抗菌、抑菌功能。
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