抗菌面料及生产方法
阅读说明：本技术 抗菌面料及生产方法 (Antibacterial fabric and production method thereof ) 是由 郭江涛 王文洁 郭保栓 郭江源 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了抗菌面料及生产方法,所述抗菌面料的生产方法包括以下步骤：先将面料在预处理液中进行预整理,再将得到的预整理面料进行抗菌整理；所述抗菌整理液由以下原料制备而成：10-20wt％抗菌剂、2-5wt％偶联剂、1-4wt％原硅酸钠、余量为水。本发明提供的一种抗菌面料及生产方法,工艺简单,生产能耗低,绿色环保,而且制备的抗菌面料抗菌范围广,稳定性高,亲肤性好,经过多次洗涤后仍能具有较好的抗菌效果。(The invention discloses an antibacterial fabric and a production method thereof, wherein the production method of the antibacterial fabric comprises the following steps: firstly, pre-finishing the fabric in a pretreatment solution, and then performing antibacterial finishing on the obtained pre-finished fabric; the antibacterial finishing liquid is prepared from the following raw materials: 10-20 wt% of antibacterial agent, 2-5 wt% of coupling agent, 1-4 wt% of sodium orthosilicate and the balance of water. The antibacterial fabric and the production method provided by the invention have the advantages of simple process, low production energy consumption, environmental friendliness, wide antibacterial range, high stability and good skin-friendly property, and the prepared antibacterial fabric still has a good antibacterial effect after being washed for many times.)
技术领域
本发明涉及面料
技术领域
，具体涉及抗菌面料及生产方法。背景技术
随着经济的发展，生产力水平的不断提高，人们对服装面料的需求已从早期遮寒蔽体的工具发展为穿着舒适且具有附加功能的功能性面料。
细菌，作为一类适应能力强、繁殖能力强、种类繁多的微生物，广泛分布在人们的生活环境中，尤其是有害致病菌，通过与人体直接或间接接触，导致伤口感染或病情加剧，从而严重威胁人类健康。
普通面料对于细菌或真菌没有抑制作用，同时由于其表面具有疏松的结构以及多孔式的物理形状，极易吸附沾染微生物，加之人体表面适宜的温湿度、氧气及充足的营养物质等，使得面料亦成为微生物繁殖的载体，而且这些微生物还会损伤面料，导致面料的色泽、强度、触感等特性受到严重影响。为了保护面料不被微生物损伤，保护人体健康，开发具有抗菌效果的功能性面料具有重要意义。目前为止，抗菌面料的生产方法大致分为三种：直接纤维化、纤维复合层、面料后整理加工。其中，面料后整理加工中采用浸轧、浸渍等方法对面料进行抗菌处理，工艺成熟稳定、操作简单易行、适用性广、对整理剂要求不高，同时在整理过程中可以通过添加一些功能化整理剂，生产出具有多功能的面料，更好地满足消费者的不同需求。
中国发明专利201811359226.5公开了抗菌面料及其生产工艺，采用由水性聚氨酯乳液、改性碳纳米管、表面活性剂、聚丙烯酸钠、偶联剂、抗菌剂和水制备的整理液对面料进行整理，其中抗菌剂为壳聚糖双胍盐酸盐、十二烷基胍醋酸盐中的至少一种，制备的抗菌面料对金黄色葡萄球菌具有一定的抑制效果，但是对真菌无任何抑制作用，抗菌性能单一。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了抗菌面料及生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：将面料浸入抗菌整理液中，其中面料与抗菌整理液的浴比为1g：(8-15)mL，浸渍温度为40-60℃，浸渍时间为60-90min，取出，轧液，轧余率为60-70％，在100-130℃下干燥4-8h，得到抗菌面料。
进一步地，抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：(25-35)mL在40-60℃的预处理液中浸渍40-60min，然后在温度为90-105℃、压力5-8MPa下浸轧处理3-8min，随后在45-60℃下干燥8-15min，然后按照浴比为1g：(25-35)mL浸入65-80℃水中保温25-40min，取出，轧液，轧余率为60-70％，在75-90℃干燥6-10h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：(8-15)mL，浸渍温度为40-60℃，浸渍时间为60-90min，取出，轧液，轧余率为60-70％，在100-130℃下干燥4-8h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝7.5-9且浓度为3-6g/L的预整理剂水溶液。
所述预整理剂为硬脂基磷酸酯甜菜碱、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵、木质素磺酸盐中的任意一种。
优选的，所述预整理剂为3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵。
将织物先与预处理液中的碱反应，形成中间产物-碱纤维素，然后在进行阳离子化处理时，中间产物能够与阳离子剂之间形成强烈的相互作用，这可能是由于棉纤维晶体结构中丰富的羟基基团被阳离子剂接枝取代后，具有降低氢带密度以部分破坏结晶棉纤维结构的能力，从而提高织物的反应性，为织物提供有效且持久的抗菌整理打下基础。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：10-20wt％抗菌剂、2-5wt％偶联剂、1-4wt％原硅酸钠、余量为水。
所述偶联剂为3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
所述抗菌剂为银纳米粒子、银纳米粒子复合物中的一种。
所述银纳米粒子的制备方法如下：将4-8重量份硝酸银和5-10重量份柠檬酸钠加入95-110重量份水中，在90-110℃下以1200-1800rpm的转速搅拌18-25min，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子。
进一步地，所述银纳米粒子的制备方法如下：将4-8重量份硝酸银和3-6重量份还原剂加入95-110重量份水中，在室温下以800-1200rpm的转速搅拌15-30min，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子。
银纳米粒子，具有超高的比表面积和稳定的表面物化性能，可以通过结合和破坏细胞壁、细胞内膜和核膜、毒害呼吸酶和使细菌遗传物质变性，以多靶点作用模式有效抑制细菌生长。现有技术中银纳米粒子的合成方法简单且通用，但是由于其合成过程中使用有毒化学物质，并且对生物体显示出不利的影响。银纳米粒子具有广谱抗菌性，对大多数致病细菌菌株的生长具有良好的控制作用，但是对于真菌无抑制作用，人体皮肤覆盖全身，与环境接触会产生大部分伤害，也极易遭受真菌感染。
酮康唑是一种具有咪唑结构的水不溶性抗真菌药物，常用于治疗浅表真菌感染。β-环糊精具有疏水腔和亲水表面，可以控制化合物的释放，常用于药物释放，其主要是通过封装不溶于水或部分溶于水的材料来实现。因此，将酮康唑包裹在β-环糊精的疏水腔内以提高酮康唑溶解度，从而提高抗真菌特性。
因此，为了生产具有抗真菌和抗菌特性、细胞毒性低、药物释放速率低、耐洗性好等特点的面料，故本发明将抗真菌药物捕获到β-环糊精疏水腔中，得到改性β-环糊精。
优选的，所述抗菌剂为银纳米粒子复合物。
所述银纳米粒子复合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将48-55重量份酮康唑和100-115重量份β-环糊精加到95-110重量份水中，在室温下以1000-1500rpm的转速搅拌60-80h，过滤，收集滤液，即为改性β-环糊精溶液；
S2、将4-8重量份硝酸银和3-6重量份还原剂加入到步骤S1得到的全部改性β-环糊精溶液中，在室温下以800-1200rpm的转速搅拌15-30min，然后加入0.05-0.2mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调节至9-11，并在85-100℃下以800-1200rpm的转速搅拌反应2-5h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子复合物。
所述还原剂为仙人掌提取物、生姜提取物、芦荟提取物、葡萄籽提取物中的一种或多种。
优选的，所述还原剂为仙人掌提取物和芦荟提取物的混合物，其中仙人掌提取物和芦荟提取物的质量比为(1-3)：(2-5)。
采用植物提取物作为还原剂，是由于植物提取物中含有丰富的生物活性化合物，如类黄酮、萜类化合物、单宁、酚类和醇类，这些生物化合物中的酚羟基具有弱的还原性，可以将银离子还原为零价银，从而引发银纳米粒子的形成，同时由于银离子与生物化合物组分之间的电化学电位差存在，促使生成的银纳米粒子具有较高的分散稳定性。
步骤S2中，先将部分银离子用植物提取物还原为银纳米粒子，再将溶液pH调至碱性，一方面是将溶液中未反应的植物提取物发生电离氧化态提高，能够有效包裹在银纳米粒子周围而进一步提高银纳米粒子的分散稳定性；另一方面在碱性环境中，β-环糊精可作为还原剂，以β-环糊精-O-Na+存在，由于在水溶液中银的电负性高于钠，所以溶液中多余的Ag+会取代Na+，生成β-环糊精-O-Ag，同时银纳米粒子的生成会堵塞β-环糊精的腔体，减少了酮康唑的释放途径，进而延长酮康唑的释放时间，提高抗真菌及抗菌性能。
本发明有益之处在于：
1.本发明先将面料进行预处理，不仅可以提高面料的反应性，为面料后续的抗菌整理打下基础，而且预整理剂可通过形成强配位键来提高面料的耐洗性。
2.本发明将治疗真菌感染的药物-酮康唑包裹在β-环糊精腔内，再与银纳米粒子复合，在提高酮康唑溶解度的同时，生成的银纳米粒子阻碍了酮康唑的释放，从而延长了酮康唑的作用时间，使抗菌剂的抗真菌及抗菌性能得以提升。
3.本发明采用植物提取物作为银纳米粒子制备的还原剂，绿色高效，植物提取物不仅能够将银离子还原为零价银，生成银纳米粒子，而且由于银离子与植物提取物的生物化合物组分之间的电化学电位差的存在，还能够促使生成的银纳米粒子具有较高的分散稳定性。
4.本发明提供了一种抗菌面料及生产方法，工艺简单，生产能耗低，绿色环保，而且制备的抗菌面料抗菌范围广，稳定性高，亲肤性好，经过多次洗涤后仍能具有较好的抗菌效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中部分原料的介绍：
实施例中的面料为100％棉面料，克重：220g/m2，货号：CJ170-60603，购于上海昌杰纺织品有限公司。
3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵，CAS号：3327-22-8，含量：99％，购于湖北玖丰隆化工有限公司。
N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，CAS号：120218-28-2，含量：99％，密度：0.92g/cm3，购于武汉诺必果生物科技有限公司。
原硅酸钠，CAS号：13472-30-5，含量：99％，购于济南创通化学有限公司。
酮康唑，CAS号：65277-42-1，购于武汉泽诺生物科技有限公司。
仙人掌提取物，来源于仙人掌科植物仙人掌的根及茎的提取物，含量：60％，购于兰州沃特莱斯生物科技有限公司。
芦荟提取物，来源于百合目百合科植物芦荟的叶，含量：99％，购于西安普瑞斯生物工程有限公司。
β-环糊精，CAS号：7585-39-9，货号：S11010，购于上海源叶生物科技有限公司。
实施例1
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：将面料浸入抗菌整理液中，其中面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子。
所述银纳米粒子的制备方法如下：将5重量份硝酸银和7.5重量份柠檬酸钠加入100重量份水中，在100℃下以1500rpm的转速搅拌20min，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子。
实施例2
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：30mL在50℃的预处理液中浸渍50min，然后在温度为100℃、压力6MPa下浸轧处理5min，随后在50℃下干燥10min，然后按照浴比为1g：30mL浸入70℃水中保温30min，取出，轧液，轧余率为65％，在80℃干燥8h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝8且浓度为5g/L的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子。
所述银纳米粒子的制备方法如下：将5重量份硝酸银和7.5重量份柠檬酸钠加入100重量份水中，在100℃下以1500rpm的转速搅拌20min，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子。
实施例3
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：30mL在50℃的预处理液中浸渍50min，然后在温度为100℃、压力6MPa下浸轧处理5min，随后在50℃下干燥10min，然后按照浴比为1g：30mL浸入70℃水中保温30min，取出，轧液，轧余率为65％，在80℃干燥8h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝8且浓度为5g/L的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子。
所述银纳米粒子的制备方法如下：将5重量份硝酸银和5重量份仙人掌提取物加入100重量份水中，在室温下以1000rpm的转速搅拌20min，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子。
实施例4
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：30mL在50℃的预处理液中浸渍50min，然后在温度为100℃、压力6MPa下浸轧处理5min，随后在50℃下干燥10min，然后按照浴比为1g：30mL浸入70℃水中保温30min，取出，轧液，轧余率为65％，在80℃干燥8h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝8且浓度为5g/L的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子复合物。
所述银纳米粒子复合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50重量份酮康唑和110重量份β-环糊精加到100重量份水中，在室温下以1200rpm的转速搅拌72h，过滤，收集滤液，即为改性β-环糊精溶液；
S2、将5重量份硝酸银和5重量份仙人掌提取物加入到步骤S1得到的全部改性β-环糊精溶液中，在室温下以1000rpm的转速搅拌20min，然后加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调节至10，并在90℃下以1000rpm的转速搅拌反应3h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子复合物。
实施例5
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：30mL在50℃的预处理液中浸渍50min，然后在温度为100℃、压力6MPa下浸轧处理5min，随后在50℃下干燥10min，然后按照浴比为1g：30mL浸入70℃水中保温30min，取出，轧液，轧余率为65％，在80℃干燥8h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝8且浓度为5g/L的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子复合物。
所述银纳米粒子复合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50重量份酮康唑和110重量份β-环糊精加到100重量份水中，在室温下以1200rpm的转速搅拌72h，过滤，收集滤液，即为改性β-环糊精溶液；
S2、将5重量份硝酸银和5重量份芦荟提取物加入到步骤S1得到的全部改性β-环糊精溶液中，在室温下以1000rpm的转速搅拌20min，然后加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调节至10，并在90℃下以1000rpm的转速搅拌反应3h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子复合物。
实施例6
抗菌面料的生产方法，包括以下步骤：
(1)将面料与预处理液按照浴比为1g：30mL在50℃的预处理液中浸渍50min，然后在温度为100℃、压力6MPa下浸轧处理5min，随后在50℃下干燥10min，然后按照浴比为1g：30mL浸入70℃水中保温30min，取出，轧液，轧余率为65％，在80℃干燥8h，得到预整理面料；
(2)将预整理面料浸入抗菌整理液中，其中预整理面料与抗菌整理液的浴比为1g：10mL，浸渍温度为45℃，浸渍时间为80min，取出，轧液，轧余率为65％，在120℃下干燥6h，得到抗菌面料。
所述预处理液为pH＝8且浓度为5g/L的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵水溶液。
所述抗菌整理液由以下原料制备而成：15wt％抗菌剂、3wt％N-环己基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、2wt％原硅酸钠、余量为水。
所述抗菌剂为银纳米粒子复合物。
所述银纳米粒子复合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、将50重量份酮康唑和110重量份β-环糊精加到100重量份水中，在室温下以1200rpm的转速搅拌72h，过滤，收集滤液，即为改性β-环糊精溶液；
S2、将5重量份硝酸银和5重量份还原剂加入到步骤S1得到的全部改性β-环糊精溶液中，在室温下以1000rpm的转速搅拌20min，然后加入0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调节至10，并在90℃下以1000rpm的转速搅拌反应3h，反应结束后冷却至室温，离心、洗涤、干燥，得到银纳米粒子复合物。
所述还原剂为仙人掌提取物和芦荟提取物的混合物，其中仙人掌提取物和芦荟提取物的质量比为2：3。
测试例1
抑菌性能评价：根据国家标准GB/T20944.3-2008《纺织品抑菌性能的评价第3部分：振荡法》，将实施例得到的抗菌面料进行抑菌性能测试。测试用菌分别是：革兰氏阴性菌-大肠杆菌(AATCC 29522)、革兰氏阳性菌-金黄色葡萄球菌(AATCC 6538)以及真菌-白色念珠菌(ATCC 10231)，测试结果见表1。
表1抑菌性能测试结果
以上可以看出，实施例2的抑菌率明显优于实施例1，这可能是因为将面料进行预处理后，棉纤维晶体结构中丰富的羟基基团被阳离子剂接枝取代后，具有降低氢带密度以部分破坏结晶棉纤维结构的能力，从而提高面料的反应性，为后续抗菌剂可通过与预整理剂间形成的强配位键接枝，进而提高面料的抑菌率。实施例2的抑菌率低于实施例3，可能是由于实施例2中的柠檬酸只是作为还原剂用于银纳米粒子的制备，而实施例3采用植物提取物作为还原剂用于制备银纳米粒子，植物提取物中的生物活性物质包裹在银纳米粒子表面，使生成的银纳米粒子具有较好的分散性和均一的尺寸，而且这些生物活性物质能够增强与预处理面料间的作用，导致抗菌活性提升。与实施例2-3相比，实施例4-5制备的抗菌面料的抑菌性能有了明显的提升，尤其是对真菌的抑制作用更为明显，这主要可能是由于银纳米粒子通过与封装有抑制真菌药物-酮康唑的β-环糊精复合，使得酮康唑的抗真菌性能与银纳米粒子的抗菌性能相结合，同时银纳米粒子减少了β-环糊精腔内的酮康唑释放途径，从而延长了酮康唑的作用时间，促使面料的抗真菌及抗菌性能得以提高。
测试例2
耐水洗性能测试：将实施例制备的抗菌面料按照浴比为1g：40mL放入40℃5g/L的标准洗涤剂水溶液中，在家用洗衣机上进行洗涤，洗涤10min为一次，并在80℃烘箱中烘干，一共洗涤50次。对洗涤50次后的抗菌面料按照测试例1的方法进行抑菌性能测试，测试结果见表2。
表2耐水洗性能测试结果
以上结果可知，本发明将面料进行预处理后，与本发明特定方法制备的银纳米粒子复合物间的结合作用增强，在经过多次洗涤后，仍然能够保持较高的抑菌率。
测试例3
抗静电性能评价：按照国家标准GB/T 12703.1-2008《纺织品静电性能的评定第1部分：静电压和半衰期》对实施例制备的抗菌面料进行测试，测试条件：温度20℃，相对湿度35％。以静电电压的半衰期(s)进行评价。每组实施例测试三个试样，取平均值。测试结果见表3。
表3抗静电性能测试结果
半衰期，s
实施例1
3.54
实施例2
3.07
实施例3
2.71
实施例4
2.46
与实施例1相比，实施例2的半衰期明显缩短，可能是因为抗菌剂-银纳米粒子自身就具有较好的导电能力，在面料表面能够形成电荷逸散的通路，同时银纳米粒子具有较大的表面积和较高的表面活性，有利于水分在面料表面的吸附，从而导致静电荷在面料表面能够快速逸散。
测试例4
抗紫外性能评价：采用美国Labsphere公司生产的UV-1000F纺织品抗紫外因子测定仪，根据GB/T 18830-2009《纺织品防紫外线性能的评定》对实施例制备的抗菌面料的防紫外线效果进行测试。以紫外线防护系数(UPF)进行评价。每组实施例测试三个试样，取平均值。测试结果见表4。
表4抗紫外性能测试结果
UPF值
实施例1
30.67
实施例2
38.21
实施例3
43.45
实施例4
47.30
以上结果可知，通过本发明技术方案制备的抗菌面料在一定程度上还可以提高面料的紫外线防护功能，具有较好的市场前景。
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