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新型纳米银胶体溶液的制备及在棉织物抗菌整理中的应用

来源:印染在线 发布时间:2015年03月16日

 

近年来,随着科技进步和生活水平的提高,抗菌功能纺织品逐渐引起了国内外纺织界的关注。抗菌纺织品的开发通常有二种方法,即原液纺丝法和后整理法。原液纺丝法主要适用于合成纤维,不能用于棉、麻、丝、毛等天然纤维的抗菌加工,天然纤维的抗菌加工主要采用后整理法。在纺织品的抗菌整理中,无机抗菌剂因具有优良的广谱抗菌性能而被广泛应用,特别是银系抗菌剂极强的杀菌和抑制病原体的能力,以及良好的耐久性,在无机抗菌剂中已占主导地位[1]

国内外纳米银抗菌纺织品的开发重点主要集中在二个方面,一是纳米银的制备,二是纳米银整理技术。在纳米银粉体、纳米银胶体溶液的制备及其应用于纺织品整理的过程中,普遍存在以下问题:(1)在纳米银的制取过程中往往要选择合适的还原剂使银离子还原为纳米银;(2)纳米银分散体系的制备方法复杂,稳定性差,往往要加入合适的稳定剂、分散剂,即便如此,纳米银的团聚仍很难控制;(3)在纺织品后整理过程中,需选择合适的交联剂、粘合剂,使纳米银抗菌剂固着在纺织品上,但这些交联剂、粘合剂的应用会影响织物手感和透气性;(4)纳米银因与纺织品没有亲合力,存在耐洗性问题。

基于以上原因,迫切需要寻求一种简易的纳米银分散体系的制备方法,并且能方便地应用于纺织品的抗菌整理,在获得耐久抗菌性能的同时,不影响纺织品本身的性能指标,特别是天然纺织品的优异性能。

超支化聚合物因其独特的准球形分子结构和丰富的端基,表现出高溶解度、低粘度、高反应活性等许多线型聚合物所不具有的特殊性能,这些性能使超支化聚合物在聚合物共混、涂料、薄膜、高分子液晶、药物释放体系等许多方面显示出诱人的应用前景[2,3]。但超支化聚合物在纺织加工中的应用还鲜有报道。本文以自制的端氨基超支化聚合物(HBP-NH2)(图1)为原料与硝酸银一步法制备纳米银胶体溶液并直接应用于棉织物的抗菌整理过程,对纳米银胶体溶液的形成、纳米银的抗菌性能、整理后棉织物的抗菌性能等进行表征和测试,以获得一种简易、有效的纳米银功能纺织品加工方法。

1 HBP-NH2的结构示意图

1实验部分

1.1原材料

端氨基超支化聚合物(HBP-NH2)(实验室自制[4]);AgNO3,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;织物:纯棉漂白布(120g/m2),中国华芳集团提供;大肠杆菌(E.coli),金黄色葡萄球菌(S.aureus)(苏州大学生命科学学院提供)。

1.2试验方法

1.2.1纳米银胶体溶液的制备方法

参见笔者申请的发明专利[5]

1.2.2纳米银胶体溶液棉织物抗菌整理工艺

参见笔者申请的发明专利[6]中的一步法(浸渍法)。

1.2.3纳米银胶体溶液的表征

采用HPPS 5001激光粒径仪(Malvern,英国)测定纳米银胶体溶液中纳米银的粒径分布;采用Tecnai G220透射电镜(FEI,美国)观察纳米银的形态;采用UV-3010紫外可见分光光度仪(Shimadzu,日本)测定纳米银胶体溶液的紫外吸收性能。

1.2.4纳米银胶体溶液的抗菌性能测试

一是纳米银胶体溶液的抗菌动力学测试,分别配制含有3ug/ml的纳米银和不含纳米银的S.aureusE.coli.菌悬液各30 ml,在37℃的振荡器中密封振荡培养,每隔30min取样,用751MC型紫外可见分光光度计(上海分析仪器,中国)在546nm处测量菌悬液的吸光度,试验时间为24h。二是测试不同浓度纳米银溶液的抗菌性能,分别配制含有1-5ug/ml纳米银的S.aureusE.coli.菌悬液各30 ml,在37℃的振荡器中密封振荡培养,6h后测量菌悬液的吸光度。

1.2.4纳米银整理棉织物的抗菌性能测试

按照FZ/T 73023-2006(中国)标准,采用振荡烧瓶法对纳米银整理棉织物样品进行抗菌性能测试。采用AATCC Test Method 61-1996标准,对纳米银整理棉织物进行51020次模拟水洗,测定水洗后棉织物的抗菌性能。

1.2.5纳米银整理棉织物的白度、纳米银含量、形态和价态分析

采用WSD-5型全自动白度仪(上海金圣科学仪器有限公司,中国)测定抗菌棉织物白度;采用S-570扫描电镜(Hitachi,日本)观察抗菌棉织物表面纳米银的形貌特征;采用ICP-AES电感耦合等离子体发射光谱仪(Varian,美国)测定抗菌棉织物中纳米银的含量;采用X-射线光电子能谱(XPS)(Kratos,英国)测定抗菌棉织物表面纳米银的含量和价态。

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2结果与讨论

2.1纳米银胶体溶液的制备

按照专利[5]介绍的方法,制备了淡黄色纳米银胶体溶液,并分别采用紫外可见分光光度仪、激光粒径仪和透射电镜表征纳米银的形成、粒径分布和形态。

2为纳米银胶体溶液的紫外可见光谱,从图中可以看出,当端氨基超支化聚合物(HBP-NH2)和硝酸银刚混合时,只在298 nm处出现了端氨基超支化聚合物(HBP-NH2)的特征吸收峰,但当两者混合24 h后,408 nm处出现了典型的纳米银特征吸收峰[7],证明了纳米银的形成。采用激光粒径仪测定纳米银胶体溶液中纳米银的粒径分布(图3),结果表明获得的纳米银胶体溶液中纳米银的粒径分布范围较窄,纳米银平均粒径在5-30 nm左右。图4是纳米银透射电镜的照片,其结果与图2和图3是一致的。

2纳米银胶体溶液的紫外可见光谱

3纳米银溶液中纳米银的粒径分布

4纳米银的TEM

端氨基超支化合物(HBP-NH2)和硝酸银混合一步法制备纳米银胶体溶液的可能机理是:HBP-NH2分子中含有极其丰富的氨基、亚胺基,在溶液中对银离子具有很强的络合能力;同时HBP-NH2本身具有一定的还原能力,能将络合的银离子逐渐还原成单质银;得到的单质银颗粒通常是负荷性的,而HBP-NH2具有聚阳离子特征,能够吸附在银颗粒的表面,阻止单质银颗粒的相互碰撞而不断增长粒径,从而形成稳定的纳米银胶体溶液。

2.2纳米银胶体溶液的抗菌性能

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