壳聚糖/纳米银复合抗菌剂合成及羊毛抗菌层界面形成机理探索

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作为一种天然蛋白纤维,羊毛纤维以其独特的弹性、卷曲性以及优良的服用性能等优点成为纺织工业的重要原材料,其制品保暖性好、手感滑糯、质地丰满、悬垂性佳,一直以来倍受消费者的喜爱和关注。然而,羊毛纤维极易滋生细菌和霉菌,对人体健康存在潜在的危害,使材料变质、劣化。因此,研究开发抗菌羊毛纤维成为当前纺织领域的热点之一。银(Ag)具有广谱抗菌、耐热、安全、无耐药性等优点,在塑料、陶瓷、纤维等的抗菌功能化设计中有广泛应用。当降低银颗粒尺寸使其达到纳米级时,由于纳米材料的表面效应,纳米银的抗菌活性可大大提高。壳聚糖(CTS),是目前为止发现的唯一一种天然碱性多糖,因其含量丰富,且具有良好的生物官能性和相容性、广谱抗菌性、安全性、无毒且生物可降解等优点,而被广泛应用于医药卫生等领域。本实验首先通过液相化学还原法制备了CTS/Ag复合抗菌剂,并探讨了制备工艺对CTS/Ag复合抗菌剂中纳米Ag的结构和性能的影响;其次将制备的CTS/Ag复合抗菌剂与羊毛纤维以化学键结合的形式制备了CTS/Ag抗菌羊毛纤维,并对其结构、性能、界面形成机理进行了研究。采用SEM、TEM、XRD、FT-IR对样品的微观形貌结构和化学结构进行了分析;运用差热-热重分析仪表征样品的热性能;采用最小抑菌浓度法(MIC)、振荡烧瓶法(Flask shaking method)对样品的抗菌性能进行了测试。主要的研究结果如(1)通过液相化学还原法,以AgNO3为有效抗菌成分,CTS为保护剂和稳定剂,制备了有机-无机复合抗菌剂—CTS/Ag复合抗菌剂。其最佳反应条件为:n (AgNO3)=50mmol/L, n (AgNO3):n (NaBH4)=1:1.5,反应温度T=60℃,反应时间t=2h,pH=5时。制备的CTS/Ag复合抗菌剂中纳米银颗粒呈球形或类球形,粒径约20-30nm,且分布均匀;由于CTS和纳米Ag的协同抗菌作用,制得的CTS/Ag复合抗菌剂的抗菌性能优于CTS;并且其热稳定性也优于CTS。(2)采用“浸渍+UV辐照两次”的制备工艺对经预处理的羊毛纤维进行抗菌处理制得CTS/Ag抗菌羊毛纤维。制备的抗菌羊毛纤维表面平滑,在纤维表面形成厚约0.2μm的功能层;由于CTS有机大分子长链的引入,使得CTS/Ag抗菌羊毛纤维的有序化程度与原羊毛纤维接近。(3)通过对羊毛纤维进行表面预处理,羊毛纤维表面被刻蚀、糙化,表面结构被破坏,同时产生大量的自由基;通过戊二醛的“架桥”作用,CTS/Ag复合抗菌剂与羊毛纤维表面是通过化学键的形式接合,因此其界面是由化学键形成的,而非单纯的物理吸附。其抗菌功能层牢固、稳定,抗菌羊毛纤维耐洗涤性良好、抗菌性能持久。
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