CN113445315A

CN113445315A - 一种双酚酸抗菌棉织物的制备方法

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Publication number: CN113445315A
Application number: CN202110684232.3A
Authority: CN
Inventors: 刘向东; 沈丽雯; 胡欣悦; 金子毅
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2021-06-21
Filing date: 2021-06-21
Publication date: 2021-09-28

Abstract

本发明公开了一种用双酚酸改性棉织物实现长效抗菌效果的方法。该方法所涉及的材料包括双酚酸、乙醇以及棉织物。所述抗菌棉织物的制备方法为：将棉织物浸渍于双酚酸的乙醇溶液中，经辊轧控制一定增重后180°C加热反应，洗涤干燥后获得产物。本发明采用双酚酸为原料，结合浸渍—辊轧—加热工艺对棉织物进行改性处理，制备耐洗性能优异的抗菌棉织物。工艺对棉织物的穿着舒适性能损害小，整理工艺简单，生产成本低，绿色环保，适用于工业生产。

Description

一种双酚酸抗菌棉织物的制备方法

技术领域

本发明属于面料技术领域，具体涉及一种抗菌棉织物及其制备工艺。

技术背景

棉织物具有良好的透气性、柔软性和舒适性，是内衣和床上用品的主要原料。但是，因为棉纤维中纤维素分子具有大量亲水基团，棉织物具有良好的吸水能力，容易为细菌的生存和繁殖提供合适的环境。织物表面繁殖的细菌不仅产生难闻气味，还会影响棉织物的外观和强度，甚至导致健康危害和经济损失，因此，棉织物的抗菌整理越来越受到重视。

目前纺织工业中常用抗菌整理剂包括金属离子、金属氧化物、卤胺和季铵盐等。金属离子中以银离子抗菌剂为主，例如，有研究用银纳米粒子作为抗菌剂，通过羧甲基壳聚糖的胺基与银纳米粒子之间的配位键以及羧甲基壳聚糖的羧基与纤维素的羟基之间的酯键，银纳米粒子被紧紧地固定在棉纤维表面。银纳米粒子浸出的银离子会产生一定的毒性，甚至使细菌产生耐药性，因此，银类抗菌剂存在健康风险和环境问题。大部分有机抗菌剂，如芳草醛、咪唑类、季铵盐类等由人工合成，需要消耗石油原料，在自然界中也难以在很短时间内分解，给环境带来很大负担和危害。从天然植物中提取的抗菌剂，如甲壳素、芥末等，一般抗菌效果有限，耐热性差、杀菌率和耐久性低。

双酚酸是由苯酚和乙酰丙酸缩合产生的衍生物。乙酰丙酸被认为是一种廉价的生物基化合物，可以从富含纤维素的生物质（尤其是废弃生物质）中分解获得。苯酚可以由木质素，甚至是由葡萄糖转化生产。因此，双酚酸具有来源丰富，可生物分解，不会对环境造成很大压力等特点。目前，双酚酸大部分应用于树脂合成，用来取代石油化工产品双酚A。双酚酸可合成机械性能优良的聚苯并噁嗪树脂。

有报道表明丁香酚、麝香草酚等一部分酚类物质对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有良好的抗菌活性。其机理是这些酚类物质能够与细菌细胞膜中的磷脂分子反应，使细菌细胞膜出现孔洞甚至破裂，导致细胞内容物渗漏，细菌死亡。目前，未见将双酚酸通过共价键连接在棉纤维表面，赋予棉织物长效抗菌效果的报道。

发明内容

为了解决现有技术中上述技术问题，本发明的目的是提供一种成本低廉，操作简洁，抗菌效率高，耐洗稳定、穿着舒适、环境友好、有利于可持续发展的抗菌棉织物的制备方法。为了实现上述目的，本发明的解决方案是，将双酚酸作为抗菌剂活性物质，通过酯化反应接枝到棉纤维表面，赋予棉织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的长效抑菌效果。具体技术方案如下：

一种双酚酸抗菌棉织物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）配制双酚酸的乙醇溶液，其中双酚酸质量分数为0.5～1%；

（2）棉织物在上述乙醇溶液中浸渍，棉织物和浸渍液的质量比为1:200～1:300，浸渍时间为20～30分钟；

（3）辊轧棉织物，控制增重80～100%；

（4）在180±5 °C温度下加热酯化3～5分钟；

（5）棉织物用乙醇洗涤3次后在80 °C烘箱中干燥1小时。

进一步的，所述双酚酸通过酯化反应由酯基共价键与棉纤维纤维素分子相连，具有洗涤30次以上仍有超过95%的抗菌效果的良好耐洗特性。

本发明的双酚酸抗菌棉织物的制备方法，将双酚酸通过化学共价键牢固地与棉织物连接，实现了一种成本低廉，操作简洁的抗菌棉织物的制备方法，所制备的抗菌织物耐洗稳定，穿着舒适，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很好的抑制作用，抑菌率达到100%。制备的抗菌棉织物能够在洗涤10次后，抑菌率下降为98%以上；在洗涤20次后，抑菌率下降为96%以上；在洗涤30次以后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率仍然有98%以上，对大肠杆菌的抑菌率也有95%以上。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进一步地说明。

实施例1

将洁净棉织物在质量分数为0.1%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30分钟，辊轧增重100%，180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，但不明显，说明双酚酸接枝于棉纤维表面但是数量较少。所得抗菌棉织物对金黄色葡萄球和大肠杆菌的杀灭效果较差，抑菌率仅为17.10%和11.64%。在经过30次洗涤后，抑菌率下降至10%以下。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为599.48 g/m²/d，吸水率为221.21%，抗拉强度为29.57MPa，与棉织物相比仅略有下降。

实施例2

将洁净棉织物在质量分数为0.4%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有较明显的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，说明双酚酸成功接枝于棉纤维表面。所得抗菌棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭效果强于例1，金黄色葡萄球菌的抑菌率几乎达100%，大肠杆菌的抑菌率也提升至67.42%。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率下降为94.41%，大肠杆菌的抑菌率下降至65.77%。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为597.47 g/m²/d，吸水率为223.12%，抗拉强度为30.89MPa，与棉织物相比，性能稍有下降。

实施例3

将洁净棉织物在质量分数为0.5%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有较明显的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，说明双酚酸成功接枝于棉纤维表面。所得抗菌棉织物对大肠杆菌的杀灭效果强于例2，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率几乎达100%。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率下降为97.43%，大肠杆菌的抑菌率下降至95.47%。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为603.28 g/m²/d，吸水率为229.32%，抗拉强度为31.84MPa，与棉织物相比，性能无明显变化。

实施例4

将洁净棉织物在质量分数为1.0%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有明显的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，说明双酚酸成功接枝于棉纤维表面。所得抗菌棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显杀灭效果，抑菌率达100%。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率仍有98.34%，大肠杆菌的抑菌率为95.24%。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为615.71 g/m²/d，吸水率为232.15%，抗拉强度为34.34MPa，与棉织物相比无明显差异。

实施例5

洁净棉织物在质量分数为1.0%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重300%后180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有明显的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，说明双酚酸成功接枝于棉纤维表面。所得抗菌棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显杀灭效果，抑菌率达100%。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率仍有98.86%，大肠杆菌的抑菌率为96.13%。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为547.56g/m²/d，吸水率为197.43%，抗拉强度为30.57MPa。与棉织物相比，改性后织物水汽透过率是有所下降的，原因是棉织物表面吸附了更多的浸渍液，使得更多的双酚酸分子在棉织物表面发生聚集，导致织物的孔隙率减小。

实施例6

洁净棉织物在质量分数为1.0%双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后140°C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

通过对改性棉织物进行红外分析，所得数据与棉织物相比，并没有发现明显不同，说明双酚酸未接枝到双酚酸表面。原因是酯化温度太低，没有达到较高的接枝率。理所当然，改性棉织物的抗菌效果也不佳，金黄色葡萄球菌的抑菌率为3.28%，大肠杆菌的抑菌率仅为2.14%，几乎没有抑菌效果。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率低于1.5%。改性棉织物的水汽透过率为615.82g/m²/d，吸水率为226.31%，抗拉强度为36.41MPa，与棉织物相比无明显差异。

实施例7

洁净棉织物在质量分数为1%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后180 °C加热1 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

通过对改性棉织物进行红外分析，所得数据与棉织物相比，并没有发现明显不同，说明双酚酸未接枝到双酚酸表面。原因是酯化时间过短，没有达到较高的接枝率。改性棉织物的抗菌效果也不佳，金黄色葡萄球菌的抑菌率为4.26%，大肠杆菌的抑菌率仅为3.17%，几乎没有抑菌效果。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率低于2%。改性棉织物的水汽透过率为613.62g/m²/d，吸水率为228.39%，抗拉强度为33.48MPa，与棉织物相比无明显差异。

实施例8

洁净棉织物在质量分数为1%的双酚酸乙醇溶液中浸渍30 分钟，辊轧增重100%后180 °C加热15 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

制得的改性棉织物由棉织物和双酚酸构筑而成，通过对改性棉织物进行红外分析，在1697 cm^-1和1525 cm^-1处有分别有明显的C=O伸缩振动吸收峰和苯环骨架振动吸收峰，说明双酚酸成功接枝于棉纤维表面。所得抗菌棉织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显杀灭效果，抑菌率达100%。经过30次洗涤后，对金黄色葡萄球菌的抑菌率仍有98.31%，大肠杆菌的抑菌率为96.63%。接枝双酚酸的棉织物的水汽透过率为617.74 g/m²/d，吸水率为210.12%，抗拉强度为7.34MPa。与棉织物相比，改性织物的抗拉强度显著降低。这是因为在180℃的环境下加热时间过长，导致棉织物本身内部结构被破坏，大量共价键断裂，棉织物的强度大大降低。XRD的测试结果也同样证明了这一点，与棉织物中的纤维素I的结晶相比，改性织物出现了其他的结晶方式。

不同实施例和棉织物的结果对比记录在下表中，得出以下结论：合适浓度的双酚酸乙醇溶液是获得优异抑菌率的必要条件，否则会导致抑菌率和耐洗性下降；酯化反应需要适宜的温度与时间，温度低或时间短都会导致反应成功率下降；其他一些条件会影响织物的良好的固有性质。因此，最优的制备方法是：棉织物在质量分数为1.0%双酚酸乙醇溶液中浸渍30分钟，辊轧增重100%后180 °C加热5 分钟，用乙醇洗涤后干燥。

本发明的各实施例制备的棉织物的抗菌效果如下表1：

表1

Claims

1.一种双酚酸抗菌棉织物的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（3）辊轧棉织物，控制增重80～100%；

（4）在180±5 °C温度下加热酯化3～5分钟；

（5）棉织物用乙醇洗涤3次后在80℃烘箱中干燥1小时。

2.如权利要求1所述的抗菌棉织物制备方法，其特征在于：所述双酚酸通过酯化反应由酯基共价键与棉纤维纤维素分子相连，具有洗涤30次以上仍有超过95%的抗菌效果的良好耐洗特性。