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织物耐久的和可再生的抗菌整理

 织物耐久的和可再生的抗菌整理 

 
通常,纺织材料的抗菌性能可以采用把功能整理剂通过化学或物理方法结合到纤维或织物上的方法来获得。这种纺织材料抗菌性能的耐久性可以归纳为两类,即暂时的或耐久的抗菌织物。织物暂时的抗菌性在整理中容易达到,但是在洗涤中容易失去。而抗菌织物的耐久性大多是通过缓释的方法来完成。按照这个方法,足够的抗菌整理剂在湿整理过程中结合到纤维或织物中。处理的织物通过从材料中缓慢地释放出抗菌剂从而使细菌失去活性。但是如果抗菌剂进入到材料中,而没有和纤维以共价键连结,在长期使用过程中,它们可能就会完全消失。化学方法结合工艺有一些成功的例子。但是一旦抗菌剂在织物上逐渐消失,所赋予的功能就将减小,形成一种不可再生的整理。 
目前已经出现了一种新的功能整理方法,那是对1962年Gagliardi的报告中提出的理论模型的发展。按照这个工艺,在新的加工过程中,抗菌剂化合物的母体(潜在抗菌剂)代替了抗菌剂本身,应用于纤维素材料的抗菌处理中。在具有抗菌功能的基团被活化之前,抗菌化合物的母体以共价键结合在纤维素材料上,然后它可以通过一个可逆的化学过程(如一个氧化还原反应)而活化,释放出具有抗菌功能的基团。这种整理方法相似于防绉整理过程。活化反应可以在一个常规的过程,如漂白中实现,由此织物的抗菌性质也可以再生。 
   +       化学变性                释放             + 
  纤维素     抗菌剂             纤维素+抗菌剂               纤维素    抗菌剂 
                          (无共价键) 
途径a 
                                            活化 
       +      化学变性                      杀菌 
纤维素    潜在抗菌剂          纤维素+潜在抗菌剂              纤维素+抗菌剂 
                            (共价键)                     (共价键) 
途径b 
图9.途径a表示缓释过程的机理;途径b表示新整理方法的机理 
 
1、   卤胺化学 
图8中所示的潜在抗菌剂是一种乙丙酰脲(hydantoin)衍生物——单羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲(MDMH)。乙内酰脲化合物是一种带有杂环结构,即乙内酰脲环的化合物(见图9)。 
 
图10.乙内酰脲和DMH的结构 
乙内酰脲化合物在约1720 cm-1和1770cm-1处有两个突出的伸展带,相应于环上的两个羰基——这是乙内酰脲结构的特征。5,5-二甲基乙内酰脲和MDMH在这两个谱带的强度明显不同。因此,在1720 cm-1和1770cm-1左右处的谱带可以用来作为乙内酰脲结构接枝到织物上的表示。[36] 
 
乙内酰脲环有点像另一个广泛应用于耐久定型整理中流行的纺织化学试剂——二羟甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)的环形结构。由于MDMH分子结构中氮原子相邻的α位碳原子上是二个甲基,不像乙内酰脲是氢原子,所以前者    NH氯化后没有机会产生HCl的消除,结果形成一个比较稳定的氯胺结构,不会像后者使织物产生泛黄和氯损现象。 除了键的特定结构外,卤化乙内酰脲的稳定性也可能是由于它的独特的杂环结构造成的。结果,卤化乙内酰脲的这种特殊的稳定性已经应用于许多实践中了。例如,二卤-5,5-二甲基乙内酰脲是一个卓越的氯稳定剂以及抗菌剂,被广泛地应用于游泳池中。 
 
卤化的乙内酰脲不仅是对氯或溴的稳定剂,还是有效的杀毒剂。据有关文献报道,卤胺化合物是一种有氧化功能的聚合物。卤胺键中的卤元素如氯和溴带有正电荷,它可以氧化许多化学结构,因此卤胺键能够表现出抗菌性。此外,在乙内酰脲环上的卤胺键能够在不产生环开裂的情况下可逆地脱卤和卤化(图10)。这是一个重要的可逆氧化还原反应。其中,卤化反应采用氯漂来完成,而脱卤过程通过消毒等作用,使微生物失活。因此,一个可再生的抗菌体系是用卤胺化学建立的。这种独特的性质也曾被用于制备可再生的高聚物消毒剂。 
 
图11.可逆的脱卤反应 
2、卤胺结构的抗菌性和再生性 
可再生的抗菌的卤胺高聚物是在控制卤胺结构化学性质的基础上开发的。利用乙内酰脲衍生物单羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲(简称MDMH)对纤维素织物进行处理。MDMH具有两个官能团,其中羟甲基可以与纤维素纤维分子链上的羟基反应,生成共价键结合(或称接枝反应);而仲胺基可用含有效氯溶液处理,使之生成卤胺结构。反应式如(1)、(2)所示: 
如何解释其抗菌性的可再生性?首先是杂环结构的卤胺化合物,分解时产生正电荷氯离子(Cl+),如(3)式所示。它具有氧化作用,可以氧化许多蛋白质或某些有机化合物的结构,导致微生物的失活;氯化后,氯原子还原成氯化合物,而卤胺键转化成仲胺基。因此,其抗菌性和可再生性,可以(4)式表示之。 
 
 
(3)式卤胺结构中共价键的氯,其极性非常强,以至部分呈正电荷的氯(即Cl+)产生广谱的杀菌作用,杀菌后可经氯化处理使之再生。 
 
3、MDMH整理的杀菌性和耐久性 
MDMH处理织物的抗菌功能,在重复洗涤试验后是非常耐久的,尤其用较高浓度MDMH处理的织物。这种耐久的性能可以归因于乙内酰脲环和纤维素链之间的共价键连接。在乙内酰脲环上的酰胺和亚胺N-H键是非常活泼的,与卤素生成卤胺结构,正规的氯漂过程可以很容易地使活化的卤胺键再生而不损及织物上的共价键,所以每次洗涤和再生循环可以充分带回织物的抗菌功能。 
 
4、MDMH整理的农药解毒性和耐久性 
含有效氯和过氧化物的聚合物,可作为分解农药的解毒剂,对聚合物的氧化作用功能已进行了广泛的研究。据报道,卤胺化聚合物能将醇类转换成酮类,硫化物转换成亚砜和砜类,在水中能将氰化物转换成二氧化碳和氨。 
 
如上所述,纤维素纤维经卤胺化整理后,具有耐久和可再生的抗菌性能,是氯有效地使微生物失去活性。有关报道称,氯也同样能成功地使农药Methomyl降解。研究表明,卤胺化聚合物通过氧化使农药化学结构中的叔胺断裂生成仲胺和醛的分解物。由此可使卤胺化整理的棉或涤棉混纺织物,用于施加农药时的防护服面料。 
 
卤胺化功能性整理织物的农药解毒过程,完全可以前述反应式(3)、(4)来表征。经卤胺化整理的耐久性的测试,可以将经解毒试验后的织物,洗去解毒农药,然后经氯漂处理,再测定其解毒能力。根据许多研究人员的设定,在耐洗牢度试验仪上一次洗涤约相当同样温度的常规机械洗涤5次。因此,卤胺化整理后能耐50次常规的机械洗涤,可认为符合耐久性要求了。 
 
5、小结 
这种方法具有许多优点,诸如可以获得耐久的和可再生的抗菌功能;在织物上特定功能的活化和再生简单并且方便,在整个过程中应用了抗菌剂的母体;并且抗菌织物具有光谱的抗菌性。但是,该抗菌整理工艺只能用在纤维素材料上,适用范围比较狭窄。[37]但该工艺应用在涤棉混纺织物上也获得了优异的抗菌效果。在相同的处理浓度时,涤棉织物的抗菌性比棉织物好。分析其原因,可能是除了涤纶纤维的影响外,尽管涤棉混纺织物上总的MDMH接枝量低于棉,但是其纤维素纤维部分的接枝率却高于棉布。此项新技术抗菌效果、耐久性和再生性都很理想,但从工业要求看来,其接枝率较低(约为20%左右),亟待提高。 
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标签:织物耐久再生抗菌整理
分类:抗菌面料资讯| 发布:clsrich| 查看: | 发表时间:2013-9-26
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