趙妍 顧莉琴 顧利霞
（東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海市延安西路1882號(hào) 200051）
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本文采用了一種新型的載銀納米氧化鋅抗菌劑[1]，通過皮芯復(fù)合紡絲法賦予了PET纖維良好的抗菌性能。這種抗菌劑是將銀在納米級(jí)氧化鋅結(jié)晶過程中用特殊工藝加入到氧化鋅晶格當(dāng)中。因此這種抗菌劑不僅可以提高復(fù)合抗菌劑的抗菌能力，同時(shí)也可以解決銀離子的易變色性，而且還不需要光源照射就能產(chǎn)生抗菌效果。該種抗菌劑為白色粉末狀，我們采用分散劑T-氨丙基三乙氧基硅烷（KH560）處理了抗菌劑，使其均勻地分散在PET熔體中，制得PET母粒，再在紡絲過程中通過雙螺桿擠出機(jī)加入到PET皮層中，制得了抗菌劑含量為1%的抗菌PET纖維。
結(jié)果與討論
1. 改性PET纖維抗菌性能及載銀納米氧化鋅的抗菌機(jī)理
表一為我們制備的抗菌PET纖維經(jīng)廣東微生物檢測(cè)中心檢驗(yàn)的抗菌結(jié)果，改性后的PET纖維對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均在99%以上。
我們對(duì)載銀納米氧化鋅抗菌機(jī)理進(jìn)行初步分析得到以下結(jié)果[2]：
納米氧化鋅具備特殊的表面效應(yīng)和高氧化活性，能在水分和空氣存在的體系中，自行分解出自由移動(dòng)的電子（e-),留下帶正電的空穴（h+)。產(chǎn)生的帶正電的空穴具有很強(qiáng)的氧化作用，能夠高效殺滅和清除細(xì)菌及其殘骸，同時(shí)還能分解細(xì)菌分泌的毒素。而且，ZnO是一種內(nèi)部載流子可調(diào)的半導(dǎo)體針狀纖維，其晶格中的活性原子氧可破壞絕大多數(shù)細(xì)菌的生物活性和代謝繁殖功能。另外，鋅離子、銀離子也起到抗菌作用，其反應(yīng)式如下：
（蛋白質(zhì)、核酸）- SH + Zn2+ →（蛋白質(zhì)、核酸）- SZnS –(蛋白質(zhì)、核酸) + 2H+
（蛋白質(zhì)、核酸）- SH + Ag+ →（蛋白質(zhì)、核酸）- SAg + H+
2. 抗菌PET纖維的結(jié)構(gòu)與性能
表二為不同紡絲方法制備的抗菌PET纖維強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。其中，普通型抗菌PET纖維即是將抗菌母粒直接混入纖維中而非復(fù)合紡絲法，抗菌劑濃度也為1%。由圖中得出：改性后的抗菌PET纖維的強(qiáng)度較純PET纖維來說均有所下降，這是由于納米粒子的引入使材料產(chǎn)生了應(yīng)力集中點(diǎn)，因此斷裂強(qiáng)度有所下降。但是皮芯復(fù)合抗菌PET纖維的強(qiáng)度較普通型抗菌PET纖維下降得少，說明復(fù)合紡絲法較普通紡來說對(duì)纖維的力學(xué)性能影響得更小一些，另外復(fù)合紡絲法僅在纖維皮層混有抗菌劑，在相同濃度情況下，復(fù)合紡絲法降低了抗菌劑用量，因此更經(jīng)濟(jì)更有效。
利用X-衍射，我們發(fā)現(xiàn)改性后纖維的結(jié)晶度比純PET纖維的結(jié)晶度有所下降。這一點(diǎn)可以通過原子力顯微鏡照片得到驗(yàn)證（如下圖所示）：
其中，A，B為純PET纖維原子力顯微鏡的高度圖及相位圖；C，D為改性后纖維原子力顯微鏡的高度圖及相位圖。相位圖變化反映了材料的軟硬度，對(duì)于高聚物來說，反映了材料的結(jié)晶度。從兩張相位圖來看，純PET纖維相位圖起伏較大，說明其結(jié)晶度較大，而且從高度圖上也能得出此結(jié)論。改性后纖維的結(jié)晶度有所下降是由于氧化鋅的引入破壞了PET大分子鏈的規(guī)整性，增大了分子鏈間的距離，從而導(dǎo)致了結(jié)晶度的下降。
通過掃描電鏡觀察了改性后纖維的表面形態(tài)（如圖2所示），從圖中可以看出：在纖維表面分布有突出的載銀氧化鋅。因此，當(dāng)有細(xì)菌和病毒接觸到纖維表面時(shí)， 這些納米氧化鋅就起到有效的殺菌作用。
參考文獻(xiàn)
[1] Zuowan Zhou, Longsheng Chu, Wenming Tang, Lixia Gu. Studies on the antistatic mechanism of tetrapod-shaped Zinc Oxide whisker. Journal of Electrostatics. 2003,57:347-354.
[2] 楚瓏晟，周祚萬(wàn)，段曉飛，唐倫亮. ZnOw/納米復(fù)合抗菌劑的研制. 材料導(dǎo)報(bào). 2003,17(6):84-85
致 謝: 本工作得到國(guó)家863項(xiàng)目（2003AA33X020）資助
