抗菌防臭和除臭纤维

抗菌防臭和除臭纤维

应091-4 刘敏（200921506220）

摘要旨在介绍抗菌防臭、除臭纺织品的基本概念及机理、纳米无机抗菌防臭、除臭剂及其作用机理还有抗菌防臭除臭纤维和纺织品的制备与性能。

关键词纳米无机抗菌防臭除臭机理制备

前言人类生存环境中存在各种各样的细菌和霉菌，常见的包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、黄曲霉菌和白色念珠菌等，另有一些是对人体汗液等代谢物起作用而滋生繁殖的“臭味菌”。表皮葡萄球菌和棒状菌常见于内衣、内裤，导致外衣裤异味的菌类一般是杆菌孢子和少量表皮葡萄球菌。在高温高湿的环境下，这些微生物在衣物上大量繁殖时，纤维容易受到其酸性或者碱性代谢物的作用而发生降解、变色，并生成挥发性恶臭物质，如醋酸、氨气等，还容易引发人体某些皮肤病，因此，抗菌和防臭历来是息息相关的。为满足人们对纺织品卫生功能的高要求，纤维制品的抗菌防臭、除臭加工也就显得非常必要了。

（一）抗菌防臭、除臭纺织品的基本概念及机理

纺织品实际上上是一种多孔材料，容易吸附气相、液相和固相物质。在穿用过程中容易沾上汗液、皮脂等人体分泌的物质，也容易吸附环境中的。所以，纺织品是微生物繁殖和传递过程中的重要载体和营养源。而纺织品因受到微生物的酸性或者碱性代谢产物的作用会降解、变色，微生物能分解汗液中的糖分、脂肪酸和皮屑等物质，生成了不饱和脂肪酸和氨等有臭味的物质，产生异味。随着科学技术的进步，为了适应人们的需要，各种功能性纺织品应运而生。

抗菌防臭纺织品是在纺织品使用状态下，通过抑制微生物的繁殖，从而抑制

微生物产生异味，达到避免纤维制品变质，从而保持卫生状态的效果。

根据不同的抗菌剂，纺织品的抗菌机理有：①使细菌内的各种代谢酶失活，从而杀死细菌；②与细胞内的蛋白酶发生化学变化，破坏其机能；③阻断细菌DNA 的合成，从而抑制细菌的生长；④破坏细胞内的能量释放体系；⑤破坏蛋白质结构，产生代谢障碍；⑥通过静电场的吸附作用，使抗菌剂分子渗入细胞内部，使其破裂，内容物泄露而杀死细菌。

纺织品的抗菌除臭是通过纺织品抑制微生物在纤维上的繁殖而抑制恶臭的产生，主要是吸附除臭，如用碳纤维和无机吸附剂等吸附臭气达到除臭的目的。

（二）纳米无机抗菌防臭剂及其作用机理

抗菌防臭剂是指能抑制细菌繁殖，破坏其生存环境，且能持续发挥作用的药剂。抗菌防臭剂可分为有机和无机两大类。由于无机抗菌剂有抗菌成分和载体的毒性很小，对人体和环境安全可靠以及热稳定性好、抗菌效果持久的特点，所以在抗菌防臭纤维中得到广泛的应用。

根据杀菌机理的不同，按无机抗菌剂的类别及其在纤维中的应用，可以分为接触抗菌型和光催化型两类。

（1）接触抗菌型无机抗菌防臭剂

元素、元素的离子及其官能团的接触型抗菌剂，即第一类无机抗菌剂，如Ag 、Cu 、Zn 、S 、As 、Ag +、Cu 2+等。大量研究表明，Ag 及其离子是最有效的纺织品无机抗菌防臭剂。据报道，银离子毒性很小，并且在人体内难以积存。银的抗菌作用与自身的化合价态有关，其抗菌作用能力随化合价的降低而减弱，即Ag 3+>Ag 2+>Ag +。高价态的银还原势极高，能使其周围的空间产生原子氧，具有抗菌作用。Ag +强烈吸引细菌体内酶蛋白分子中的—SH 、—NH 2 、

—COOH 等基团，并与之反应，使以此为必需基因的酶丧失活性，致使细菌死亡。

其机理为：+++→+H A SA g SA g S H S H ———

—酶酶g ，当菌体被灭杀之后，Ag +又游离出来，

与其它细菌接触，进行新一轮的灭菌过程，周而复始。

银系抗菌剂一般不直接用于纤维品或纺织品中，而是采用吸附或者离子交换的方法将金属银或者银离子固定在炭黑或沸石等材料中，然后将这些复合材料用作纺丝或是纺织品后整理中。近年来，将银作为有效活性种固定在二氧化钛微粒

上，可形成胶体状抗菌剂，其平均粒径为5nm。由于粒径很小，所以抗菌效果很好。

（2）光催化型无机抗菌防臭剂

光催化抗菌剂，即第二类无机抗菌剂，如纳米二氧化钛、纳米二氧化硅和纳米氧化锌等。光催化抗菌剂能够消灭和消除细菌及其残骸，同时还能分解细菌分泌的毒素，而传统的银抗菌剂就无法消除残骸和毒素。当粒径达到纳米尺寸时，二氧化钛等半导体材料具有很强的光催化能力。在光照的作用下，它们会产生大量的活性氧自由基，这些自由基非常活泼，有极强的化学活性，能与细菌及其分泌的毒素等有机物反应，从而起到细菌、残骸和毒素的杀灭和消除作用。

（三）纳米无机除臭剂及其作用机理

人体皮肤产生的体臭，是由汗腺产生的发汗物和由脂腺分泌出的中性脂肪等形成的，它们被滋生在皮肤上的细菌作为营养质而分解，产生低级脂肪酸等，并和汗液中的氨混合后产生恶臭，如长时间穿鞋产生的脚臭。

根据臭味的来源不同，采用的去臭方法也不同。常见的有5种：

（1）感觉消臭法：主要是用强的芳香物质掩盖臭气或者用微级无臭的中和剂与臭气混合，使人感觉不到臭味。

（2）化学消臭法：是使恶臭分子和特定物质发生化学反应生成无臭物质这种消臭反应机理涉及到氧化、还原、分解、中和、加成、缩合及离子交换反应等。（3）物理除臭法：利用特定物质对恶臭分子进行吸附。常用的吸附剂有活性炭、硅胶、沸石等多孔物质和一些盐类。

（4）生物催化除臭法：通过利用某些微生物的生物功能来消除恶臭近年来出现的人工消臭法是以与生物酶类似的化学反应机理来分解臭气物质它是简单有效的处理方法。适用于醛、硫化氢、硫醇等多种恶臭物质。

（5）光催化除臭法：由纳米二氧化钛或者纳米氧化锌等除臭剂受到阳光或者紫外线的照射而分解出来的自由基与多种有机物反应从而消除恶臭。

与胶体状无机抗菌防臭剂将银固定在二氧化钛上不同，除臭剂是将锌或铜代替银固定在氧化钛胶体上的胶体水溶液。粒子的形态为纤维状，平均粒径为5nm。该类除臭剂的除臭作用机理主要是通过纳米材料的光催化机理完成的。将活性炭等吸附剂用铜系或锌系除臭剂胶体处理，就可以利用活性炭等吸附剂的快速吸附

反应将臭体物质迅速吸附，再利用纳米粒子的光催化反应将臭体物质彻底消除，这样就可以达到快速且长期高效的除臭效果。

纳米TiO2在阳光下尤其在紫外线照射下，能自行分解出自由移动的带负电的电子（e-）和带正电的穴（h+），形成空穴―电子对。吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O2-，而空穴则将吸附TiO2表面的-OH和H2O，所生成的氧原子和羟基自由基有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物反应（氧化），同时能与细菌内的有机物反应生成CO2和H2O，从而在短时间内就能杀死细菌，消除恶臭和油污。例如。日本可乐丽公司开发的一种名为shineUp的新型光学除臭纤维就是在纤维内加入了纳米TiO2，通过化学附着反应和光触媒反应达到双重消臭效果。

（四）抗菌防臭与除臭纤维和纺织品的制备及性能

抗菌防臭与除臭纤维和纺织品的制备方法大致分为后处理法和原丝改良法两大类。

1、后处理法

后处理法是将抗菌防臭与除臭剂胶体溶液通过浸渍或者浸轧的方法固定在纤维及纺织品中，然后在一定的温度下烘干制成的。在应用过程中，依靠抗菌防臭与除臭剂溶出而达到抗菌防臭的作用。有机抗菌防臭与除臭纤维和纺织品的制备一般采用后处理法。

2、原丝改良法

采用后处理法制备的纤维和纺织品中，由于溶出的抗菌防臭和除臭剂可能对人体存在安全隐患以及持久性问题，因而存在许多缺点。所以近年来，原丝改良法开始得到应用，该方法分为共混法和复合纺丝法两类。

（1）共混法

纤维中掺加消臭剂，即将消臭剂掺入纺丝液中，经纺丝制取消臭纤维。无机消臭剂多采用共混纺丝法。消臭剂要制成微粉状，同时还要添加助剂，使消臭剂微粉与基材兼容并分散均匀。为最大限度地发挥消臭功能，并使纤维能保留原有性能，可采用复合纺丝技术，例如河南纺织研究院采用YZ型无机抗菌剂成功研制出以混合纺丝法生产的抗菌涤纶纤维，用该纤维制成的鞋垫对脚臭、脚气具有明显的效果。

（2）复合纺丝法

复合消臭纤维，包括功能复合和结构复合。功能复合指在纤维中掺加消臭剂的同时，还加入抗菌剂、吸湿剂、阻燃剂等功能物质。结构复合是指构成纤维形态有芯鞘、并列、镶嵌、海岛结构等多种复合形式。例如13本Kuraray公司推出一种具有永久除臭功能的面料。这种面料用“ShineUp”涤纶／锦纶双组分纤维制成。纤维芯是普通涤纶，鞘是含有光除臭剂的锦纶。它通过化学中和、光催化作用。呈现复合的和持久的消臭功效。

结语

纳米是人类非常陌生的领域，有大量的未知需要去发现、探索，充满了原始创新的机会，是新技术发展的源头。纳米科技已经不能归属到传统的学科领域里，人们必须重新审视、探索、创立新的理论。可持续发展是人类生存的唯一选择，纳米科技在推动产品高性能、微型化、环境友好，节约能源、资源，促进生态环境改善方面起到关键性作用。纳米科技所蕴含的巨大发展潜力和广阔市场前景也吸引了各国的关注。科技的发展都是为了更好的服务生活，而纳米无机抗菌防臭剂和除臭剂在纤维中的使用对人们的生活具有实实在在的影响。

中国科学院白春礼院士指出：纳米科技的重要意义首先将促使人类认知的革命，同时将引发新的工业革命，从而对我国的社会、经济及国家安全产生重要影响。纳米材料的出现也促使传统产业焕发青春，染料、涂料、建材、纺织等行业均因纳米材料的应用和改性，使性能有很大的提高，大大拓宽了市场。

通过纳米纳米材料与纳米技术的学习，让我了解到现在科技发展的前沿。同时课堂上老师讲的故事也让我更为深刻的体会到了学习的重要性。

参考文献

《纳米科技》杨志伊主编

《纳米材料及应用技术》许并社等编著