介孔硅载银抗菌剂的制备及其在棉织物上的应用研究

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自然界中,无论是水、空气、土壤、各种物体的表面、人体的体表以及与外界相通的体腔等均存在着种类繁多、数量庞大的有害微生物(细菌、真菌、病毒等),这严重威胁着人类健康。尽管人们已经发明了抗生素及疫苗等药物和生物制剂,加强了卫生安全防范措施,使得传染病有所控制,但是目前每年传染病的发病率仍占全世界总发病率的第一位。所以,进一步开发研究高效持久的抗菌纺织品显得格外重要。无机抗菌剂是利用锌、银、铜等金属及其离子的杀菌或抑菌作用,将其载入某些特定的载体上制得的。在纵多的金属离子中,银的抗菌效果最好,且对人体的毒性最小;介孔氧化硅因其具有有序的孔道结构,孔径分布均一可控,高的比表面积与孔容,化学稳定性高等优异的特性一直受到了学者的广泛关注,而且合成该种介孔材料的模板简单易得,制造成本低。本课题利用介孔氧化硅及银的这些优点,采用在介孔载体制备过程中掺入银的方法一次合成高效介孔载银抗菌剂Ag/SBA-15,并对其抗菌剂进行表征,然后研究其抗菌性能和缓释性能;通过后整理方法将抗菌剂浸轧到纯棉织物上,测试抗菌棉织物的抗菌性能和耐洗性能,并进一步讨论和研究抗菌整理前后织物的白度、透气、强度等服用性能变化。本课题的主要工作内容及结论如下:1.本研究以P123为模板剂,正硅酸乙酯为硅源,硝酸银为银源,通过一步法制备介孔硅载银抗菌剂Ag/SBA-15。2.采用XRD、TEM、EDS、原子吸收光谱以及N2吸附/脱附等手法对抗菌剂进行表征,探讨了Ag的载入情况以及Ag的加入对介孔孔道的影响,并测定了抗菌剂的载银量及缓释性能。结果如下:(1)小角XRD图谱显示,Ag/SBA-15曲线在2θ=1°左右出现一个强的衍射峰,对应(100)面,在2θ=1.5°左右出现两个较弱的衍射峰,分别对应(110)面和(200)面,说明一步法合成的抗菌剂仍能保持介孔氧化硅良好的六方有序的介孔结构。(2)广角XRD图谱显示,Ag/SBA-15曲线在2θ为38.2o、44.2o、64.4o、77.1o左右出现4个尖锐的衍射峰,分别对应金属Ag的(111)、(200)、(220)和(311)晶面,这表明Ag已经成功负载到介孔硅材料中,并以单质形式存在。(3)TEM结果显示,在Ag/SBA-15的透射电镜图中可观察到明显的介孔孔道,且Ag单质均匀分散在介孔孔道中,其平均直径在5~8nm。(4)N2吸附/脱附测试表明:Ag/SBA-15的物理吸附等温线是Ⅳ型,是典型的介孔固体吸附。(5)EDS、原子吸收光谱等测试也进一步表明,银已成功载入到介孔孔道中,且载银量为14.8%。此外,从缓释曲线可观察到,浸泡10天内释放Ag+速度较快,10天后释放速度开始减慢,100天后累计释放总量达到载银量的30.28%,说明Ag+可以从抗菌材料中缓慢持续释放,使抗菌剂保持良好的抗菌持久性。3.选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行抗菌性能测试,结果表明,介孔载银抗菌剂Ag/SBA-15对大肠杆菌和金色葡萄球菌均有良好的抑菌杀菌效果,其最小抑菌浓度(MIC)均为40μg/mL。4.对介孔载银抗菌剂Ag/SBA-15进行了防变色处理,结果表明,经过防变色处理后,抗菌剂在空气中颜色不会发生明显变化,且不会影响抗菌剂原有的抗菌性能。5.通过优化了分散剂种类和浓度、粘合剂种类和浓度、抗菌剂浓度等,得出一套完整的棉织物抗菌整理工艺。选用浴比为1:10,选用SNF作为分散剂,与抗菌剂的质量比为1:1,选用丙烯酸甲酯作为粘合剂,浓度为30g/L,抗菌剂浓度为200mg/L。整理液配制及棉织物整理步骤如下:将分散剂溶解于去离子水中超声分散1h,然后加入粘合剂,继续超声分散5~10min,接着将棉织物放入配好的整理液中浸泡2min。将浸泡后的织物取出,经过二浸二轧工艺使得抗菌剂粉体能充分附着在棉织物上,然后经过90℃预烘5min,120℃焙烘3min后得到抗菌棉织物。并对抗菌整理后的棉织物进行耐洗性能测试,结果表明,织物洗涤50次后,仍具有良好的抗菌效果。6.将抗菌整理前后,棉织物透气、耐磨、悬垂、拉伸以及折皱回复等服用性能做了测试比较。结果显示,抗菌整理后织物的耐磨性增强,其余性能都略微减弱,但不影响织物的生产应用。以上结果显示,本课题用一步法制得抗菌剂并将其整理到棉织物上后,棉织物具有良好的抗菌性能和耐洗性能,且对织物原有的服用性能不造成影响。该抗菌棉织物可在家纺、医疗、服装等多个领域应用,为抗菌纺织品的产业化生产打下了一定的理论基础并提供了较好的思路和方法。
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