壳聚糖整理棉织物的抗菌性能研究

顾振宇 王春梅 周光华 刘广贤

（1.南通大学，江苏南通，226019；2.江苏汇鸿国际集团中天控股有限公司，江苏南京，210000）

棉织物具有良好的吸湿性和透气性，一直受到消费者的喜爱［1］。但棉织物也给微生物提供了适宜的生长环境；棉织物上易滋生细菌、产生霉斑和霉变，对人体健康造成危害［2］。随着时代和科技的发展与进步，人们对纺织品追求的不仅仅是舒适和时尚，纺织品的安全性也愈发受到重视。

壳聚糖是天然抗菌剂中极具代表性的一类抗菌剂，对大多数细菌有着良好的抑制作用，属于绿色环保的生物抗菌材料，在纺织、医疗和环保领域都有广泛的应用［3］。壳聚糖与纤维素分子有着相似的结构，可以通过氢键或分子间作用力与棉纤维产生共结晶，使其牢牢地附着在织物表面，从而能够达到长期抑菌的目的［4］。其抗菌机理是壳聚糖中带正电的氨基与细菌带负电细胞膜相互作用，从而破坏细胞膜的完整性，使细菌无法正常活动［5］。但是壳聚糖难溶于水和有机溶剂，只有在酸性条件下才能溶解，极大地限制了其应用范围［6］。壳聚糖抗菌剂SA-50DS溶解性较好，本研究采用正交试验优化了对棉织物的抗菌整理工艺，研究整理后织物的性能。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

选用的织物规格为C 14.6×14.6 524×283平纹织物。

药品有壳聚糖抗菌剂SA-50DS（工业级），牛肉浸膏、鱼粉蛋白胨、琼脂粉（生物试剂），磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、无水乙醇（分析纯）。

仪器有HH-S11-1型电热恒温水浴锅、JJ12BF型电子天平、JCS-31002B型电子天平、PB1型横式压染机、R-3型自动定型烘干机、YXQ-LS-50A型立式压力蒸汽灭菌锅、SW-CJ-1D型单人净化工作台、DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱、YG（B）026H-250型强力仪、WSB-3A型数字白度计、GYRWASH415型水洗/干洗色牢度机、NICOLET iS10型红外光谱分析仪、EM-30Plus+型扫描电镜和OCA15EC型光学接触角测量仪。

1.2 抗菌整理方法

配置的整理液经二浸二轧（壳聚糖抗菌剂SA-50DS质 量 浓 度20 g/L～120 g/L，轧 余 率100%左右）、预烘（100℃，3 min）、焙烘（110℃～130℃，2 min～4 min），完成整理。

1.3 测试方法

抑菌率参照GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能评价 第3部分：振荡法》测试，测试菌种为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。

耐水洗性按照GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能评价 第3部分：振荡法》中的耐洗色牢度试验机洗涤法进行试样洗涤。水洗条件：水温40℃，洗涤剂质量分数0.2%，150 mL溶液，钢珠10粒，洗涤时间45 min。洗涤后取出试样，在（40±3）℃和100 mL的水中清洗两次，每次1 min。重复此程序，每洗1次相当于5次家庭洗涤。

白度参照GB/T 17644—2008《纺织纤维白度色度试验方法》，将织物折叠8层，用WSB-3A型数字白度计测定织物不同部位的白度，测量4次取平均值。

断裂强力参照GB/T 3923.1—2013《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）》，测定织物经向断裂强力。

亲水性采用OCA15EC型光学接触角测量仪，测试去离子水在整理织物表面的接触角。

采用EM-30 Plus+型扫描电镜对整理前后织物表面形貌进行观察，电镜放大倍数2 000倍。

将织物剪碎，采用NICOLET iS10型红外光谱分析仪，使用KBr压片法测织物红外光谱。

2 结果与讨论

2.1 抗菌整理工艺的优化

2.1.1 抗菌剂质量浓度对整理织物抑菌率的影响

按照1.2抗菌整理方法，焙烘温度130℃，焙烘时间3 min，改变壳聚糖抗菌剂SA-50DS的质量浓度，测得整理织物的抑菌率结果见图1。

图1 抗菌剂质量浓度对织物抑菌率的影响

由图1可知，随着壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度的增加，整理织物的抑菌率也随之增加。这是由于随着壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度增加，固着到织物上的抗菌剂增多，故整理织物的抗菌性能越好。当壳聚糖抗菌剂SA-50DS的质量浓度达到60 g/L时，整理织物的抑菌率接近100%。

2.1.2 水洗次数对整理织物抑菌率的影响

为了考察水洗次数对整理织物抑菌率的影响，不同壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度（60 g/L～120 g/L）和水洗次数（10次、20次）对织物抑菌率的影响结果见表1。

表1 织物洗涤后的抑菌率

由表1可知，整理织物水洗后的抑菌率随着抗菌剂质量浓度的增加而增加。壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度60 g/L整理的棉织物经过水洗后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都低于50%，说明其耐洗性能较差。当壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度达到120 g/L时，整理织物经洗涤20次后依旧保持着较高的抑菌率。

2.1.3 正交试验

为了进一步优化整理工艺，选取抗菌剂质量浓度（因素A）、焙烘温度（因素B）、焙烘时间（因素C）3个因素，以整理织物经水洗10次后的抑菌率为评判指标进行L9（33）正交试验。因素水平表见表2，正交试验方案及结果见表3，极差分析见表4和表5。

表2 因素水平表

表3 正交试验方案与测试结果

表4 对大肠杆菌抑菌率的极差分析

表5 对金黄色葡萄球菌抑菌率的极差分析

由表4可知，各因素对整理织物抑菌率的影响顺序为抗菌剂质量浓度＞焙烘时间＞焙烘温度。采用A3B2C2工艺整理织物对大肠杆菌的抑菌率最高，即抗菌剂质量浓度120 g/L、焙烘温度120℃、焙烘时间3 min。由表5可知，各因素对整理织物抑菌率的影响顺序为抗菌剂质量浓度＞焙烘温度＞焙烘时间。采用A2B2C1工艺整理织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率最高，即抗菌剂质量浓度110 g/L、焙烘温度120℃、焙烘时间4 min。

采用上述得出的两种最优方案对棉织物进行整理，测试整理织物断裂强力、白度、接触角和水洗10次后的抑菌率，结果见表6。

表6 不同工艺整理织物的性能对比

由表6可知，方案A3B2C2整理棉织物经水洗10次后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均大于90%，方案A2B2C1整理棉织物经水洗10次后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍达到99.9%；与未整理织物相比，两种工艺整理织物的白度变化不大，接触角增加；方案A3B2C2整理织物的断裂强力变化不大，但方案A2B2C1整理织物的断裂强度有所降低。综合考虑，确定方案A2B2C1为最佳整理工艺，即壳聚糖抗菌剂SA-50DS质量浓度110 g/L、焙烘温度120℃、焙烘时间4 min。

2.2 整理织物的表征

2.2.1 红外光谱

图2为整理织物的红外光谱图。3 340.6 cm-1为O—H和N—H的重叠伸缩振动峰，2 900.4 cm-1为C—H伸缩振动峰，1 651.2 cm-1为酰胺基中NH—CO（Ⅰ）谱带，1 314.7 cm-1为酰胺Ⅲ谱带，1 053.9 cm-1为C—O伸缩振动峰。由此可见，壳聚糖抗菌剂SA-50DS被整理到了棉织物上。

图2 整理织物红外光谱图

2.2.2 表面形态

整理前后棉织物的表面形貌见图3。

图3 织物扫描电镜图（放大2 000倍）

由图3可知，未整理的棉织物纤维表面光滑，经壳聚糖抗菌剂SA-50DS整理后纤维表面有一层物质附着，略显粗糙，表明壳聚糖抗菌剂SA-50DS被整理到了织物上。

3 结论

（1）采用壳聚糖抗菌剂SA-50DS对棉织物进行抗菌整理，当抗菌剂质量浓度在60 g/L以上时，整理织物的抑菌率接近100%。

（2）壳聚糖抗菌剂SA-50DS对棉织物的最佳整理工艺为抗菌剂质量浓度110 g/L，焙烘温度120℃，焙烘时间4 min。最佳工艺整理的织物经皂洗10次后，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍达到99.9%。