纳米ZnO处理桑蚕丝织物的抗菌抗紫外性能研究样本.doc

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纳米ZnO处理桑蚕丝织物的抗菌抗紫外性能研究作者简介: 程友刚,男,1982年10月生,硕士研究生,助教,主要从事纤维功能化改性研究。

程友刚
( 盐城纺织职业技术学院 江苏 盐城 224005)
摘 要:为了改进蚕丝纤维的性能, 提高真丝制品的附加值, 采用平均粒径为53.16nm左右的纳米ZnO分散液对桑蚕丝织物进行, 并测试其抗菌性能和抗紫外性能, 结果表明, 整理后的桑蚕丝织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有优异的抑菌作用, 同时对紫外线有很好的屏蔽效果。
关键词: 纳米ZnO; 桑蚕丝织物; 抗菌性; 抗紫外
中图分类号: TS14 文献标识码: A

改进真丝纤维的性能, 提高附加值, 有效地对真丝纤维材料进行改性, 赋予普通真丝纤维的功能性, 促进真丝纤维向其它消费领域渗透, 是当前丝绸研究的重要方向[1]。利用无机纳米材料对纺织品进行整理, 改进其功能已成为当前纺织科学研究的热点[2,3]。纳米ZnO是一种重要的无机功能材料, 在电子、 橡胶、 涂料、 印染、 医药和化工等许多行业都有重要的应用, 纳米ZnO具有优异的紫外屏蔽、 红外吸收和光催化性能, 将其应用在纺织品上, 可赋子织物抗菌、 自清洁和紫外防护等多种功能[4-5]。本文利用纳米ZnO分散液对真丝进行整理, 研究了整理后真丝织物的抗菌、 抗紫外性能。

1 实验部分
1.1 材料
桑蚕丝电力纺( 市售) ; 纳米ZnO粉体( 南京海泰纳米材料有限公司) ; 特定纳米分散剂及偶联剂( 南京曙光化工集团有限公司) ; 氢氧化钠( 上海锦源精细化工厂, AR) ; 大肠杆菌( E.coli) , 金黄色葡萄球菌( S.aureus) (苏州大学生命科学学院提供)。
1.2 纳米ZnO分散液的配制
称取一定量的纳米ZnO粉体, 加一定体积的去离子水, 搅拌5min, 然后滴加分散剂及偶联剂, 于40℃水浴中高速搅拌10min, 再超声10~15min, 得到纳米ZnO分散液。
1.3 织物整理工艺
将试样放入40℃纳米ZnO分散整理液中( 浴比1: 60) , 浸渍振荡一定时间, 然后二浸二轧, 轧余率70%, 80℃预烘5min, 160℃焙烘3min, 超声波洗涤后晾干。
1.4 测试方法
1.4.1 粒径表征测试
用HPPS 5001激光粒度仪测试纳米ZnO分散液中粒子的粒径及分布情况。
1.4.2 纳米微粒形貌观察
用TecnaiG220型透射电镜观察纳米微粒形貌。测试条件: 加速电压200kV, 点分辨率0.24nm, 线分辨率0.14nm。
1.4.3 抗菌性能测试
将灭过菌的营养琼脂倾倒入培养皿中, 5min-10min后待琼脂冷凝成半干的状态, 取1×106cfu/ml～5×106cfu/ml的菌悬液1ml置于琼脂上, 用刮刀涂均匀, 然后用镊子直径为5mm的圆形织物试样贴在琼脂上, 再将培养皿倒置放入生化培养箱36℃恒温培养48h后, 用游标卡尺测量抑菌圈直径。根据FZ/T 73023- 抗菌标准, 抑菌圈直径大于7mm方可判定织物样品有抗菌作用。
1.4.4 抗紫外性能测试
用UV-1000F紫外透过分析仪( 美国Labsphere公司) 测试织物的紫外透过率及UPF值。

2 结果与讨论
2.1 偶联剂KH-570交联机理
硅烷偶联剂水解生成的硅醇与在水溶液体系中的羟基反应, 生成硅氧负离子, 随后硅氧负离子对另一个硅烷偶联剂中的硅进行亲核进攻, 生成二聚体, 当体系中存在其它极性物质( 如:纳米ZnO) 时, 硅氧负离子会进攻极性物质中带有部分正电荷的原子:

图1 硅烷偶联剂作用机理

图2 接枝在ZnO表面的KH-570结构
—R基是一类非水解的、 可与有机高分子结合的的基团, 它特殊的C=C双键可与真丝纤维上的A—CH2—OH、 A—CH2—COOH、 A—CH2—NH2等基团发生Michael加成反应, 从而使纳米ZnO经过KH-570与真丝形成牢固的化学交联 。
2.2 分散液中纳米ZnO粒子的粒径分布

图3 纳米ZnO粒径分布
由图3可知, 经过分散处理的纳米ZnO分散液体系中纳米ZnO平均粒径为53.16nm, 且低于100nm的粒子占体系的98％, 说明纳米ZnO在处理液中取得了很好的分散结果。
2.3 纳米形貌TEM测试
a
b

图4 纳米ZnO TEM 照片:(a)未分散; (b)改性分散后
图4为未改性分散和改性分散后的纳米ZnO 形貌特征。由图知, 未进行分散的纳米ZnO团聚现象很明显, 而经分散的纳米ZnO呈规则的多边形, 分散良好, 且粒径低于100nm。
2.3 织物抗菌性能测试
表1不同条件处理织物的抑菌圈直径 单位: mm)

标准空白样
桑蚕丝织物
非纳米纳米ZnO处理桑蚕丝织物
纳米纳米ZnO处理桑蚕丝织物
对大肠杆菌
0
﹤7
8.0
8.5
对金黄色葡萄球菌
0
﹤7
8.4
9.2
注: 标准空白样为FZ/T 73023- 抗菌标准中测试基准样
由表1可知,标准参照样的抑菌圈直径为0mm, 经非纳米ZnO分散液处理的桑蚕丝织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有一定抑菌作用, 抑菌圈直径分别为8.0mm, 8.4mm, 由图3知经纳米ZnO分散液处理后织物对两种菌的抑菌圈非常清晰且直径分别达到8.5mm, 9.2mm, 可见整理后的织物对这两种菌有很好的抑菌作用。另外, 整理后的织物对金黄色葡萄球菌的抑菌作用大于对大肠杆菌, 这可能是因为金黄色葡萄球菌是属于革兰氏阳性菌, 其pI为2-3, 大肠杆菌是属于革兰氏阴性菌其pI为4-5[6-7],故在近中性或弱碱性环境( 营养琼脂NA PH值为7.4) 中, 细菌均带负电荷, 尤以革兰氏阳性菌所带负电荷更多。而纳米ZnO表面是带正电荷的, 它容易将带负电荷较多的金黄色葡萄球菌吸附到其表面, 从而达到更好的抑菌效果。
2.3 处理织物的抗紫外性能
紫外线按照其辐射波长的不同, 能够划分成 UVA( 波长为 315～400 nm) 、 UVB( 波长为 280～315nm) 、 UVC( 波长在 280nm 以下) 三个波段, 能量最高的UVC能够被距地面 10～50km 处的臭氧层吸收, 不能到达地面, 故本文选取波长280～450nm的UVA,UVB为研究对象。

图5 不同条件处理织物的紫外透过率
表2整理前后丝织物的紫外线防护性能
样品
平均TUVA
平均TUVB
UPF值
处理前桑蚕丝织物
34.4%
25.5%
6.2
非纳米ZnO处理丝织物
15.4%
10.3%
10.1
纳米ZnO处理丝织物
5.3%
4.3%
24.6
注: T为紫外光线在织物上的透过率
由图5和表1可看出,与整理前相比, 整理后的丝织物在整个紫外波段的透过率都大幅下降, 特别是经纳米ZnO处理的织物效果更为明显, 这是因为当ZnO颗粒粒径小于100nm时, 其禁带宽度增加到大约在 4.5eV(相当于大部分紫外光的能量), 特别能够很好的吸收 280-350nm 范围内的紫外线[8]。另外, 织物的UPF值处理后也有很大的提高, 表明真丝织物经纳米ZnO处理后赋予了很好的抗紫外效果。

3 结论
3.1 成功制备了纳米氧化锌整理液其粒径低于100nm的占98％, 平均粒径达到51.3nm,分散良好。
3.2 经纳米ZnO分散液整理的桑蚕丝织物对和金黄色葡萄球菌均有很好的抑菌作用, 其中对大肠杆菌抑菌圈直径为8.0mm, 对金黄色葡萄球菌为8.4mm, 且对金黄色葡萄球菌有更好的抑菌效果。
3.3 整理后的桑丝织物在UVA,UVB波段透射率大幅度下降, UPF值也有很大提高, 说明经纳米ZnO分散液整理的桑蚕丝织物具有了很好的抗紫外性能。

参考文献:
[1] 陈宇岳.丝绸纤维技术的研究进展及未来发展趋势[J].苏南科技开发, ,9(2):9-11
[2] Y.H.Lu, H.Lin, Y.Y.Chen. Structure and performance of Bombyx mori silk Modified with Nano-TiO2 and Chitosan[J]. Fibers and Polymers, , 8(1): 1-6
[3] Havancsak K. nanotechnology at present and its promise for the future[J]. Materrial Science Forum, ,85-93
[4] 王津,周丽玲,傅政.纳米ZnO/PP复合材料性能研究[J].青岛科技大学学报, ,24(6):507-510
[5] 赵晓娣等.纳米ZnO在抗菌拒水拒油整理方面的应用研究[J].染整技术, ,27(1):13-15
[6] 曲敏丽, 姜万超.纳米氧化锌抗菌机理探讨[J].印染助剂, ,(21): 45-46
[7] 姜万超.纳米氧化锌的制备、 改性及其在纺织品品上的抗菌应用研究[D]. 东华大学硕士论文:82-83
[8] 林艳红等.ZnO纳米粒子结构对光电量子限域特性的影响[J].高等学校化学学报, ,24(11):2077-2079

The Antibacterial Performance and the Anti-UV Radiation of B.mori silk Treated with Nano-ZnO
Cheng Yougang
(Yancheng Textile Vocational Technology College, Yancheng, Jiangsu 224005, China)
Abstract: For improving the B.mori silk performance and enhancing the silk product attachment value, the B.mori silk was treated with nano-ZnO dispersion of the particles average size was about 53.16nm. The antibacterial and anti-UV performances of treated silk fabric were tested. The results show that the treated silk fabric has good antibacterial performance against the staphylococcus aureus and bacillus coli, and the anti-UV radiation performance enhanced distinctly.
Key words: nano-ZnO; B.mori silk fabric; antibacterial performance; anti-UV radiation