抗菌镀银纤维的制备及其性能

余凤斌，陈莹

（天诺光电材料股份有限公司，山东 济南 250300）

【真空镀】

抗菌镀银纤维的制备及其性能

余凤斌*，陈莹

（天诺光电材料股份有限公司，山东 济南 250300）

为了使涤纶织物具有抗菌性，采用磁控溅射方法在涤纶纤维表面制备了镀银层。采用扫描电镜观察了镀银纤维的表面和截面形貌，测试了含镀银纤维的织物的抗菌性及耐洗涤性。结果表明，染整工艺会降低织物的含银量，但对其抗菌性影响不大。织物的抗菌性随镀银纤维含量的增加而增强，含4%镀银纤维的织物即可具有优异的抗菌性。未经洗涤的镀银纤维织物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均达99%以上，经过20次洗涤之后的抑菌率仍达95%以上，但经50次水洗后的抑菌率分别为降到97%、73%和72%。

涤纶纤维；镀银；磁控溅射；织物；形貌；抗菌性；耐洗涤性

1 前言

随着科技的进步，各种抗菌材料应运而生。银作为一种无机抗菌材料，具有安全性高、使用寿命长、无挥发性、对环境无污染、广谱抗菌等优点，将其负载于纤维表面制成抗菌银纤维，具有独特的抗菌除臭、防静电、防电磁波辐射、医疗保健等特殊功能，已广泛应用于家纺、防电磁波辐射产品、医疗卫生用品等领域[1-3]。

涤纶纤维具有强度高、耐热性好及机械性能优良的特点，自问世以来一直受到欢迎，但涤纶易被脂肪性油污沾污而滋生细菌。因此，进一步研发和推广抗菌涤纶功能性织物，以减少病菌对人体的危害，具有积极的意义[4]。纳米银抗菌织物的抗菌作用主要依靠游离出的银离子和纳米银结合细菌表面的蛋白质分子，从而抑制细菌的代谢，最终导致细菌死亡。本文用真空磁控溅射方法对涤纶短纤进行抗菌处理，研究了其抗菌性能。

2 实验

2. 1 试剂及材料

涤纶短纤，中国石化仪征化纤股份有限公司；镀银靶材，中诺新材(北京)科技有限公司；NaOH、H2O2和H2SO4，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；荧光增白剂4BK，常州乐彩染料有限公司；ECE无磷标准洗涤剂，东铭仪器有限公司。

2. 2 抗菌镀银纤维的制备

制备抗菌镀银纤维的工艺流程为：短纤─无纺布─等离子处理─溅射镀银─开松─涤棉共纺─织造─染整。具体为：利用水刺法将1.4 D(在公定回潮率下，9 000 m长的纤维的质量为1 D)、长38 mm的涤纶短纤制成克重(每平方米的质量)为50的无纺布，将无纺布置于卷绕式真空机中，先后进行等离子处理两遍和双面真空溅射银，溅射完后将无纺布取出，在开松机上开松，再进行涤棉共混纺纱、织造及染整处理。

等离子处理的真空度为10 Pa，速率1 m/min，电流为0.5 A。溅射镀银的真空度为0.2 Pa，电流5 A，速率1.8 m/min。染整包括前处理和染色两步：

(1) 前处理。先在由3 g/L NaOH、0.6 g/L消泡剂和12 g/L双氧水组成的溶液中，于98 °C下处理60 min，随后用60 °C热水洗10 min，再用0.5 g/L H2SO4在40 °C下洗20 min，最后用质量分数为0.1%的脱氧酶常温处理20 min。

(2) 染色。用质量分数为0.1%的4BK在60 °C处理30 min。

2. 3 纤维表面形貌、组成及银含量的分析

采用日本电子株式会社的JSM-6700F扫描电镜进行样品表面形貌及成分分析，采用美国 PE公司的OPTIMA2000DV电感耦合等离子发射光谱仪测定纤维的银含量。

2. 4 纤维成分及抗菌性能测定

成分及抗菌性能委托山东省纤维检验局、上海天祥检测，分别参照GB/T 2910–2009《纺织品 定量化学分析》和GB/T 20944.3–2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》，以大肠杆菌(ATCC 8739)、白色念珠菌(ATCC 10231)和金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)为实验菌种。

2. 5 耐洗涤性检测

洗涤程序参照GB/T 20944.3–2008方法执行。具体步骤为：将染整处理后的试样(尺寸为10 cm × 10 cm)和10粒钢珠同时放入150 mL质量分数为0.2%的ECE无磷标准洗涤液中洗涤45 min，洗涤液温度为(40 ± 3) °C，然后在100 mL、(40 ± 3) °C的水中清洗2次，每次1 min。如此1个循环视为洗涤5次。经20、50次洗涤后测试纤维的抗菌性能。

3 结果与讨论

3. 1 纤维的表面形貌及成分分析

图1a、1b分别为镀银短纤外观形貌和截面形貌照片。从图1a可以看出，镀银纤维表面有一层发亮物质，即镀银层，镀层完全包覆在纤维表面，厚度均匀。从图1b也可以看出镀层厚度均匀。

为检验样品表面的元素，对制备出的镀银纤维进行能谱分析，如图2所示，元素成分的分析结果见表1。从图2及表1可以看出，样品表面分布有银、碳等元素，其中碳元素含量较高，可能是银镀层较薄所致。镀层中的元素 Au是由于样品做扫描电镜时经过表面喷金处理引入的，元素Cl可能是染整过程中清洗残留下来的杂质。

图1 镀银纤维外观及其截面微观形貌照片Figure 1 Images of appearance and cross-sectional morphology of silver-plated fiber

图2 镀银纤维的能谱图Figure 2 Energy-dispersive spectrum of silver-plated fiber

表1 镀银纤维的成分分析结果Table 1 Elemental analysis results of silver-plated fiber

3. 2 镀银纤维银含量的测试

由于染整过程是在碱性条件下进行，而涤纶纤维不耐碱，其溶解可能导致银镀层脱落。因此，有必要对染整前后纤维的银含量进行测定。用等离子发射光谱仪测得染整前、后抗菌纤维中金属银的含量分别为472 mg/kg和341 mg/kg，说明染整后银含量较染整前明显减少。针对这个情况，可以采用活性染料低温染整工艺，在较低的 pH条件下进行，从而降低染整工艺过程对涤纶短纤的腐蚀，减少银镀层的脱落。

3. 3 抗菌性检测

由于金黄色葡萄球菌是无芽胞细菌中抵抗力最强的致病菌，可作为革兰氏阳性菌的代表；大肠杆菌分布广泛，已作为通常的革兰氏阴性菌的代表性菌种用于各种试验；白色念珠菌是人体皮肤黏膜常见的条件致病性真菌，对药物具有敏感性，常作为真菌的代表。因此选择上述3类菌种进行抗菌测试。

对染整后织物进行抗菌检测的结果如表 2所示。从表中可以看出，当织物中银纤维含量为4%时，织物的抗菌性都超过 90%，抗菌效果明显。当银纤维含量增加到8%时，织物的抗菌性提高。考虑到银纤维含量的增加不仅会增加成本，而且会导致织物变色，因此选择银纤维含量为4%即可。

表2 不同镀银纤维含量的织物的抗菌性Table 2 Antibacterial properties of the fabrics with different contents of silver-plated fiber

3. 4 耐洗涤测试

耐洗涤性是衡量抗菌纤维及织物实用性的一个重要指标。对镀银纤维进行耐洗涤性测试，结果如表 3所示。

表3 不同洗涤次数下含镀银纤维的织物的抗菌性Table 3 Antibacterial properties of the fabrics containing silver-plated fibers under different washing times

从表 3可以看出，未经洗涤的样品对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均高达 99%以上，显示出优异的抗菌活性。抗菌纤维经过20次洗涤之后，抑菌率仍达95%以上，抗菌性没有出现较为明显的下降。经过50次水洗之后，抗菌纤维对大肠杆菌的抑菌率为 97%，没有出现明显下降，然而对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率为 70%左右，虽然抗菌效果有所下降，但仍有杀菌作用，符合GB/T 20944.3–2008要求。实验表明，多次洗涤后抗菌纤维仍可抑制细菌生长，杀灭细菌。在相同条件下，抗菌纤维对大肠杆菌的抗菌效果略好于其他两类细菌，这可能是不同病菌的细胞壁结构存在一定差异所致[6-7]。

4 结论

采用磁控溅射工艺制备了镀银纤维，并对其表面形貌、成分、含银量及抗菌性等进行测试。结果表明，采用磁控溅射工艺可以在纤维表面镀上一层均匀的银层。染整工艺会降低纤维的银含量，但不影响其抗菌性。银纤维含量为4%即有明显的抗菌性，水洗50次后，镀银纤维对大肠杆菌的抑菌率仍高达 97%，但对金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分别为 73%和72%，抗菌性虽有所下降，但仍具有抗菌作用。

[1] 冯晏萌, 唐振庭, 霍细香, 等. 内镀银纤维的抗病毒性能[J]. 环境与健康杂志, 2005, 22 (5): 374-376.

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[3] 陆春华, 倪亚茹, 许仲梓, 等. 无机抗菌材料及其抗菌机理[J]. 南京工业大学学报(自然科学版), 2003, 25 (1): 107-110.

[4] 周婷婷, 林红, 陈宇岳. 纳米银的制备及其对涤纶织物抗菌整理[J].纺织学报, 2011, 32 (12): 98-102.

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[6] 张娜, 吴政. 含银离子纤维抗菌性能的研究[J]. 北京服装学院学报(自然科学版), 2008, 28 (4): 52-57.

[7] 马廷方, 戚丽华, 刘琳, 等. 新型纳米银抗菌棉织物的制备及其性能检测[J]. 现代纺织技术, 2012, 20 (1): 16-19, 23.

[ 编辑：韦凤仙 ]

Preparation of antibacterial silver-plated fiber and its performance //

YU Feng-bin*, CHEN Ying

A silver layer was deposited by magnetron sputtering on the surface of polyester fiber to achieve the antibacterial property of polyester fabric. The surface and cross-sectional morphologies of the silver-plated fiber was observed by scanning electron microscopy. The antibacterial property and washing durability of the fabric made of the silver-plated fibers were tested. The results showed that the dyeing and finishing process reduces the silver content of fabric, but slightly affects the antibacterial property. The antibacterial property of the fabric is improved with increasing silver content. The fabric containing 4% of silver fibers has excellent antibacterial property, presenting an antibacterial rate of 99% for colon bacillus, staphylococcus aureus, and candida albicans before washing, and higher than 95% after washing 20 times, but is decreased to 97%, 73%, and 72% respectively after washing 50 times.

polyester fiber; silver plating; magnetron sputtering; fabric; morphology; antibacterial property; washing durability

Shandong Tiannuo Photoelectric material Co., Ltd., Jinan 250300, China

TS195.6; TB333

A

1004 – 227X (2012) 11 – 0036 – 03

2012–04–26

2012–05–29

余凤斌（1982–），男，工程师，主要从事抗菌银纤维、复合导电材料方面的研究。

作者联系方式：(E-mail) fengbin0710@163.com。