纺织技术 | 抗菌功能性纤维的技术进展与应用（上）

功能性纤维除了具备传统纤维的物理性能外，还具有一种或多种特殊功能，如吸湿、保暖、抗菌和抗静电等。功能性纤维的技术特点涉及高分子材料的合成、反应、结构及聚集态，以及纤维成形过程中的物理加工和高次结构的控制。通过采用新的工艺技术和后加工技术，功能性纤维能够达到很高的感性化和高功能化的要求。随着社会和生产技术的发展，物质产品日益丰富多样，人们开始追求更加舒适和美好的生活。特别是前几年新冠疫情的爆发，使广大人民受到了一次关于防病菌、病毒传染的教育，提高了预防病菌、病毒传播和保护身体健康的意识。

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抗菌纺织材料的研究现状

目前制备抗菌纺织品的原材料主要分为天然抗菌剂、无机抗菌剂和有机抗菌剂以及复合抗菌剂。

1.1 天然抗菌剂

目前比较常见的天然抗菌剂主要是动植物的提取物，如壳聚糖、鱼精蛋白、甲壳素、植物中药，最具代表性的是由几丁质经脱乙酰作用得到的壳聚糖材料。因材料环保、安全等优势，天然抗菌剂及其复合材料的研究和使用引起广泛关注。

丁湘菲等采用双氧水、蛋白酶对羊毛纤维进行前处理，再利用植物中药连翘、山豆根、石榴皮提取物以及桉叶精油微胶囊构成的组合物，对羊毛纤维进行抗菌、防蛀、芳香改性处理，水洗25次后，对蚊虫的驱避率依然能达到60.80%。未水洗以及水洗20次后，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率分别达到96.50%、99.12%、79.35%和93.42%、91.53%和76.43%。Yan等人[3]采用静电自组装法将壳聚糖季铵盐（HACC）与MXene纳米片结合，成功制备了一种具有微呼吸监测和快速光热抗菌能力的香樟树皮微观结构，可穿戴多功能智能防护棉织物。

1.2 无机抗菌剂

无机抗菌剂中最具代表性的是金属抗菌剂，其中银离子和铜离子应用最为广泛。银离子可以有效抑制微生物（革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌和霉菌）的生长和繁殖，具有优异的抗菌效果；而铜离子的毒性较低，与银离子相比，铜离子对生长具有更显著的抑制作用，并且铜离子能通过新陈代谢排出体外，比银离子更为安全。2010年中科院上海应用物理研究所胡文兵等人发现石墨烯、氧化石墨烯可以有效抑制大肠杆菌的生长，且毒性很小，更适合与人体皮肤直接接触，可通过整理制备石墨烯、氧化石墨烯的抗菌织物。

1.3 有机抗菌剂

在众多类型的纺织品抗菌剂中，有机硅季铵盐抗菌剂是综合性能较理想的抗菌剂，具备良好的吸水吸汗性和柔软性。Ren等[8]通过LBL技术使用季铵化卤胺硅氧烷共聚物（PCQS）和植酸（PA）对棉织物进行抗菌/阻燃改性，其改性棉织物具备优良的抗菌和阻燃性能，可以在短时间内灭活106 CFU左右的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，极限氧指数达到28.5%，离火自熄，无阴燃、续燃现象，损毁炭长为7.9 cm，能顺利通过垂直燃烧试验。此外，Ren等[9]在聚甲基硅氧烷上引入海因结构，结合二氧化硅颗粒制备抗菌/拒水多功能棉织物，杀菌率可达99%以上，接触角达到130º，且耐水洗性能良好。

1.4 复合抗菌剂

复合抗菌剂通过两种或两种以上抗菌材料的协同作用提高抗菌效果。例如，于文等[4]基于静电纺丝技术，构建了纳米复合体系，GO与AgNPs在复合体系中发挥协同抗菌作用，赋予材料高效抗菌性能，制备出了高效抗菌GO-PEI-Ag复合材料。赵兵等发明了一种MXene和Ag NPs协同的抗菌棉织物专利，Ag NPs可以通过共价结合均匀负载在MXene纳米片表面，形成MXene-Ag NPs抗菌复合材料。

马志鹏等在对比研究中发现氯化银和卤胺化合物有较好的协同抗菌作用，制备出的改性棉织物抗菌性能优异、紫外稳定性较好。王硕峰等在自主研发的“金属纳米粉体（MPNP）宏量制备技术”基础上，制备出核壳结构纳米铜粉，研究其抗菌性能，开发出高效的纳米铜液体抗菌剂，纳米铜添加量在千万分之一的量级上，成本低、安全、抗菌性能强，同时将纳米铜粉附着于纤维表面，开发出耐洗、无毒、高抗菌纺织品的生产工艺。彭勇刚等采用氧化石墨烯和壳聚糖作为抗菌成分，通过溶液浸泡法制备了抗菌织物，发现其抗菌率大于98%，且具有良好的耐水洗性。复合抗菌剂通过多种抗菌材料的协同作用是未来发展的趋势。

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抗菌纤维与抗菌功能性纺织品

抗菌纤维是指由于纤维自身结构或含有的化学物质而具有抑菌或杀菌功能性作用的纤维，抗菌纤维既有天然的抗菌纤维材料，也有经人工制成的抗菌纤维材料。抗菌功能纺织品是一种能够有效抑制或杀灭微生物，有卫生保健功能的新型纺织材料，不仅可有效防止疾病传播和感染，也可极大地降低公共环境的交叉感染风险。目前抗菌功能性纺织品分为防护型与日常用两种应用类型，根据生产和装备方式有4种开发途径。

2.1 采用具有抗菌功能天然纤维开发的抗菌纺织品

麻类纤维如亚麻和汉麻（又称大麻）因具有优良的吸湿透湿性能、天然抗菌防臭、抗静电及抗紫外线功能，在纺织品和服装中被广泛使用。由于其穿着透气凉爽且不粘皮肤，深受消费者喜爱。特别是受前几年新冠疫情的影响，近年来人们对麻类纤维的抗菌性能更加重视，使用范围进一步扩大。目前使用最多的是亚麻纤维和汉麻纤维。通过纺织技术人员们的不断努力，麻类纤维的可纺性不断提高，麻纤维混纺纱中麻的使用比例已经能够达到了50%以上，抗菌抑菌效果显著。

浙江华祥纺织公司多年从事亚麻纺纱的生产，推出了含亚麻成分的系列混纺纱线，如与涤纶、棉或粘胶纤维混纺，其中亚麻纤维的比例可以超过50%。浙江海盐与舟山地区还有两家专门生产进口亚麻的工厂，生产的细特纯亚麻纱线，其抗菌功能更为显著。

汉麻是国内自主开发的新品种，它是麻类纤维中最柔软的一种。武汉一家汉麻纺织公司开发了汉麻与棉55/45混纺9.8tex纱，用于制作保健内衣、袜子、毛巾、衬衣及装饰用布等多种产品，因其显著的抗菌效果受到高度评价。浙江绍兴“吉麻良丝”公司也用汉麻混纺纱线开发了军用服饰、民用儿童服装以及多种家纺与装饰用品（包括地毯、窗帘、床上四件套）和汽车坐垫等汉麻制品，在市场上获得了一致好评。

浙江雅戈尔服饰公司是国内知名的服装生产企业，近年来也开始重视汉麻的优良性能，从种植汉麻纤维原料开始，进行一条龙开发多种汉麻系列服饰，包括西服、T恤、休闲服装等。据该公司领导介绍，用汉麻纤维制成的服饰具备五个功能特性：

（1）抗菌抑菌功能：汉麻本身就是一种天然抗菌纤维。

（2）优良的吸湿排汗功能：麻纤维具有良好的毛细管效应，穿着舒适。

（3）抗静电功能：汉麻纤维分子结构稳定，产生静电的可能性极低。

（4）抗紫外线功能：麻纤维能有效阻挡紫外线。

（5）耐热功能：麻类纤维在370度高温下仍不变色。

这些优良特性使得麻类纤维产品应用领域不断拓展，成为抗菌与阻隔病菌的理想选择。

另外，竹子中含有一种名为“蒽醌化合物”的成分，具有天然的抑菌、防螨、防臭、防虫功能。竹纤维有两种制作方法：一种是物理方法加工而成的竹原纤维，另一种是采用化学方法加工而成的竹浆纤维。无论是哪种方法制成的竹纤维，抑菌率都在90%以上。化学竹纤维又可分为竹浆纤维和竹炭纤维。

竹浆纤维是将竹片制成浆后，再用湿法纺丝制成纤维；而竹炭纤维则是选用纳米级竹香炭微粉，经过特殊工艺加入粘胶纺丝液中，再经近似常规纺丝工艺纺织出的纤维产品。江苏南通双弘纺织公司采用白竹炭和咖啡碳等抗菌纤维纯纺或与粘胶纤维混纺，使纺制成的纱线具有抗菌防臭特性，已在内衣和床上用品中使用，表现出巨大应用潜力。

2.2 用金属抗菌材料制成的新型抗菌抑菌功能性纺织品

金属如铜、银、锌等，天然具备抗菌特性。通过纳米技术，将这些金属制成微小颗粒，并与纤维原料混合，再经过熔融纺丝过程，就能生产出具有抗菌功能的化学纤维。

青岛新维纺织开发有限公司利用纳米级银离子与涤纶共混纺丝，制造了具有抗菌和吸湿排汗功能的涤纶纤维。试验数据显示，只要混用30%以上的这种纤维，就能使混纺纱中的金色葡萄菌、大肠杆菌和白色念珠菌的清除率达到99%以上。目前，这种含银离子的涤纶纤维已广泛应用于内衣、T恤及床上用品等产品中。

浙江春江轻纺集团公司也开发出了含有纳米级铜离子的涤纶抗菌纤维。检测结果显示，由这种纤维制成的涤粘混纺纱和织物对大肠杆菌、金色葡萄菌及白色念珠菌的抑菌率超过97%，显示出强大的抗菌效果。

福建永荣锦江股份公司则采用了表面负载银纳米颗粒的介孔二氧化钛作为抗病毒母粒，添加到锦纶6的生产中。当添加量达到4%时，所生产的锦纶6FDY长丝的抗菌活性率高达99.97%，同时保持了良好的物理性能。与其他合纤维相比，锦纶6回潮率较高，容易成为病菌生长的环境，因此开发具有抗菌功能的锦纶6FDY丝对于抑制病菌活性具有重要意义。

从这些实例可以看出，利用纳米技术将银、铜、锌等金属抗菌材料制成纳米级颗粒，并通过共混技术融入纺丝液中，是制造抗菌纤维的有效方法，也是市场上的一个重要趋势。

2.3 对棉纤维采用改性改良方法使其具有抗菌除臭的功能

棉纤维上的羟基可以通过氧化和醚化反应，获得止血和高吸湿等特性。与酶、肽、多糖、脂类物质反应后，棉纤维表面可产生催化活性和负载小分子的能力。进一步改性处理后，棉纤维还可以具备抗菌、去杂、除臭、促愈等多种生物活性。

棉花是我国纺织生产的重要原料。长期以来，纺织品生产中超过90%的原料是棉花。但随着科技进步和化学纤维的发展，现在许多纺织品已开始使用各种化学纤维替代棉花，尽管如此，棉花的使用比例仍保持在60%以上。这主要得益于棉花优良的吸湿性和染色性，使得制成的服饰色彩鲜艳且贴身舒适。

然而，随着新型纤维材料的不断出现，如麻类纤维的吸湿快干抗菌功能、涤纶纤维的抗皱易打理特点，相比之下，棉花的一些性能缺陷也逐渐显现出来。例如，虽然棉花吸湿性好，但其干燥速度慢，长时间穿着或在潮湿环境下容易滋生细菌和微生物。为了克服这些缺点，国内许多研究机构对棉纤维进行了改性研究，通过生物大分子嫁接技术，将天然科技因子永久地结合到棉纤维分子键上，使棉纤维发生“蜕变”，开发出了“蜕棉”纤维及IR微元抗菌棉等新品种，使棉纤维具有了抗菌、防霉、抗过敏等新功能。

青岛邦特生态纺织科技有限公司利用专利技术，将薄荷、草珊瑚、板蓝根等具有抗菌功能的植物嫁接到棉纤维中，制成本草改性棉纤维。这种改性棉纤维与精梳棉混纺（30%改性棉+70%精梳棉），经检测显示良好的抗菌效果（对三种主要细菌的抑菌率分别为97.6%、92.5%、85.7%），并能有效吸附和清除异味。日晒和洗涤后，面料对氨气、醋酸、异戊酸的清除率分别达到99%、98%、94%，能够显著消除臭味。

深圳御通科技有限公司开发的IR微元素抗菌棉则采用了复合无机抗菌技术，将有效成分渗透到棉纤维内部并与之紧密结合，破坏细菌细胞膜和细胞壁导致其死亡。据公司测试数据，IR元素抗菌棉纤维制成的产品即使经过100次洗涤，对主要细菌的抑菌率仍高达99%。

通过这些改性改良措施，新型棉纤维的性能已经超过了天然棉纤维。推广应用这些研究成果不仅可以提高棉制品的市场竞争力和附加值，还能拓展棉制品的应用范围。

尽管目前常规棉纤维的改性与改良仍处于起步阶段，但从发展趋势来看，这是重大的技术创新，已经引起了国内外相关部门的高度关注。

2.4 对棉质制品采用后整理方法使其具有抗菌性能

对已制成的棉质制品，采用后整理方法赋予其良好的抗菌性能是一种较方便快捷的方式。这种方法利用含有抗菌组分的溶液或通过纳米技术处理后的具有抗菌功能的金属颗粒（如银、铜），以多种方式使有效的抗菌成分固定在织物上，从而使棉质品具有永久的抗菌性。

江苏阳光集团是国内一家生产高档棉质衬衣的出口企业，他们对产品的免烫和抗菌性能有较高的要求。为了达到这些标准，该企业深入研究了后整理工艺，将纳米技术生产的银离子与免烫树脂结合，开发出一种兼具抗菌和免烫功能的复合整理剂，并应用于高档出口衬衣的后整理中。经过这种处理的棉制衬衣不仅具有优异的抗菌性能，还保持了免烫功能，受到了国外用户的高度好评。根据相关质量检测部门的测试结果，这种经抗菌与免烫整理的高档棉质衬衣对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到99.67%，对大肠杆菌的抑菌率为99.2%。即使经过20次洗涤，衬衣仍能维持较高的抗菌和免烫性能，进一步提升了出口衬衣的品质。

江苏江鸿国际集团与南通大学合作研发了银离子抗菌整理剂，并在纯棉服饰上进行了抗菌整理试验。研究结果表明，用银离子制成的抗菌剂因其广谱抗菌高活性、对皮肤无刺激且不易产生耐药性等优点，成为目前棉织物后整理中使用最广泛的一种抗菌剂。在棉织物上的最佳使用量为40g/L。经抗菌整理后的棉织物，即使经过30次水洗，其抑菌率仍大于90%，证明用纳米技术制成的银离子抗菌剂能够有效提升纯棉织物的抗菌性能。

（未完待续）

作者：杨骞1 杨妮艳2 吴美琴2 章友鹤3 张毅4

（1浙江农业商贸职业学院 2浙江理工大学 3浙江纺织工程学会 4浙江省常山纺织有限责任公司）

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