随着公众健康意识(如疾病传播、交叉感染、微生物产生的臭气)的增强,抗菌材料的应用越来越多。这些新型抗菌材料目前在运动服、内衣及其它与健康相关的产品中得到很多应用,在医用防护服中的应用尤其值得关注。与此同时,也开发了多种抗菌产品的生产途径,如采用添加微生物不能透过的整块聚合物薄膜或涂层的物理加工方法,该加工过程可以通过控制微孔薄膜的孔径尺寸,以限制病原体和病毒的渗透;也可以通过添加抗菌剂等化学方法,如在基质表面或者内部施加抗菌剂来杀灭或者抑制细菌的生长。
纺织面料通常采用的抗菌剂有抗菌素、银离子、季铵盐,以及N-卤胺盐。含氮-卤键的化合物可作为氧化剂使用,是一种性能优异的抗菌素。创新的4-咪唑啉酮衍生物的抗菌性能也已投入研发。N-卤胺和环胺如噁唑烷酮和咪唑啉酮已用于水的净化以及纺织品的抗菌整理剂。其抗菌机理是N-卤胺中的卤正离子直接转移至细菌细胞中的生物受体。杀死病菌后,化合物经可释放出卤素的试剂处理,如次氯酸盐溶液漂洗后,重新获得杀菌功能。
为了提高抗菌产品的抗菌性能,采用N-卤胺制备了抗菌微孔薄膜。如将2, 5, 5-四乙基-4-咪唑啉酮(TMIO)接枝到微孔聚氨酯薄膜中。以锡(II)为催化剂,将聚氨酯催化生成带六甲撑二异氰酸酯基(HMDI)官能团, TMIO再与HMDI进行反应,得到TMIO改性的聚氨酯薄膜(图4)。再经氯化处理,可得到氯化TMIO改性聚氨酯薄膜。革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌与该薄膜接触处理2 h后大大减少,表明微孔薄膜具有很好的抗菌性能,且透气性能良好。
若在静电纺丝溶液中添加N-卤胺,则可制备抗菌纳米纤维薄膜。N-卤胺通常带有一个或多个亚胺、酰胺或者胺的卤胺键。研究发现,N-卤胺的抗菌能力依次为:亚胺>酰胺>胺。在尼龙6的纺丝原液中,以88%甲酸为溶剂,通过添加不同结构的N-卤胺,制备了系列抗菌材料。N-卤胺可以是带亚胺和酰胺卤胺的氯化5, 5二甲基海因(CDMH),也可以是带酰胺和胺基卤胺的氯化2, 2, 5, 5-四甲基-4-咪唑啉酮(CTMIO),或者是带酰胺卤胺和长链烷基的氯化3-十二烷基-5, 5-二甲基海因(CD-DMH)。这些N-卤胺均匀地分布在纳米纤维薄膜中,纤维尺寸从500 nm到小于100 nm不等。将纳米薄膜接触大肠杆菌或者金黄色葡萄球菌,即使接触时间仅为5~40 min,细菌也可大大减少。其杀菌能力主要取决于N-卤胺的活性和氯含量。在相同的氯含量下, CDMH的杀菌效果最好,时间最短。提高静电纺丝原液中N-卤胺的用量,抗菌速率和效率都提高。在以CDMH和CTMIO为抗菌剂时,试验中观察到有少量的甲酸渗出,而CDDMH则无甲酸渗出。
在静电纺纳米纤维薄膜中添加N-卤胺具有如下优点:由于是在纺丝原液中添加抗菌剂,因此只需一步即可完成,以较低的生产成本即可获得抗菌性能。由于N-卤胺系添加在纤维内部,因此其氯含量高于纤维表面处理工艺,且其抗菌性能持久。
2.2 抗真菌薄膜
人们已经开始意识到室内空气质量对健康的影响。室内空气污染物的来源有多种,包括加热/制冷系统,霉菌等。常见的影响室内空气质量的霉菌有青霉菌、枝孢菌、曲霉菌、链格孢菌和毛霉菌。它们产生的挥发性代谢物会诱发呼吸系统综合症,如哮喘、支气管炎和鼻炎等。在医院,对免疫缺陷的病人,曲霉菌的入侵将会导致致命的感染,曲霉菌孢子会使这些病人产生致命的肺部感染。研究人员发现,服装在孢子的传递和释放中起到非常重要的作用。孢子在服装上的滞留和释放主要取决于纤维的表面形态、含水率,以及织物上暴露的纤维表面积。棉纤维的物理结构可以成为孢子的天然储存设备(见图5)。
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