趙妍 顧莉琴 顧利霞
（東華大學纖維材料改性國家重點實驗室 上海市延安西路1882號 200051）
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本文采用了一種新型的載銀納米氧化鋅抗菌劑[1]，通過皮芯復合紡絲法賦予了PET纖維良好的抗菌性能。這種抗菌劑是將銀在納米級氧化鋅結晶過程中用特殊工藝加入到氧化鋅晶格當中。因此這種抗菌劑不僅可以提高復合抗菌劑的抗菌能力，同時也可以解決銀離子的易變色性，而且還不需要光源照射就能產生抗菌效果。該種抗菌劑為白色粉末狀，我們采用分散劑T-氨丙基三乙氧基硅烷（KH560）處理了抗菌劑，使其均勻地分散在PET熔體中，制得PET母粒，再在紡絲過程中通過雙螺桿擠出機加入到PET皮層中，制得了抗菌劑含量為1%的抗菌PET纖維。
結果與討論
1. 改性PET纖維抗菌性能及載銀納米氧化鋅的抗菌機理
表一為我們制備的抗菌PET纖維經廣東微生物檢測中心檢驗的抗菌結果，改性后的PET纖維對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺菌率均在99%以上。
我們對載銀納米氧化鋅抗菌機理進行初步分析得到以下結果[2]：
納米氧化鋅具備特殊的表面效應和高氧化活性，能在水分和空氣存在的體系中，自行分解出自由移動的電子（e-),留下帶正電的空穴（h+)。產生的帶正電的空穴具有很強的氧化作用，能夠高效殺滅和清除細菌及其殘骸，同時還能分解細菌分泌的毒素。而且，ZnO是一種內部載流子可調的半導體針狀纖維，其晶格中的活性原子氧可破壞絕大多數細菌的生物活性和代謝繁殖功能。另外，鋅離子、銀離子也起到抗菌作用，其反應式如下：
（蛋白質、核酸）- SH + Zn2+ →（蛋白質、核酸）- SZnS –(蛋白質、核酸) + 2H+
（蛋白質、核酸）- SH + Ag+ →（蛋白質、核酸）- SAg + H+
2. 抗菌PET纖維的結構與性能
表二為不同紡絲方法制備的抗菌PET纖維強度測試結果。其中，普通型抗菌PET纖維即是將抗菌母粒直接混入纖維中而非復合紡絲法，抗菌劑濃度也為1%。由圖中得出：改性后的抗菌PET纖維的強度較純PET纖維來說均有所下降，這是由于納米粒子的引入使材料產生了應力集中點，因此斷裂強度有所下降。但是皮芯復合抗菌PET纖維的強度較普通型抗菌PET纖維下降得少，說明復合紡絲法較普通紡來說對纖維的力學性能影響得更小一些，另外復合紡絲法僅在纖維皮層混有抗菌劑，在相同濃度情況下，復合紡絲法降低了抗菌劑用量，因此更經濟更有效。
利用X-衍射，我們發現改性后纖維的結晶度比純PET纖維的結晶度有所下降。這一點可以通過原子力顯微鏡照片得到驗證（如下圖所示）：
其中，A，B為純PET纖維原子力顯微鏡的高度圖及相位圖；C，D為改性后纖維原子力顯微鏡的高度圖及相位圖。相位圖變化反映了材料的軟硬度，對于高聚物來說，反映了材料的結晶度。從兩張相位圖來看，純PET纖維相位圖起伏較大，說明其結晶度較大，而且從高度圖上也能得出此結論。改性后纖維的結晶度有所下降是由于氧化鋅的引入破壞了PET大分子鏈的規整性，增大了分子鏈間的距離，從而導致了結晶度的下降。
通過掃描電鏡觀察了改性后纖維的表面形態（如圖2所示），從圖中可以看出：在纖維表面分布有突出的載銀氧化鋅。因此，當有細菌和病毒接觸到纖維表面時， 這些納米氧化鋅就起到有效的殺菌作用。
參考文獻
[1] Zuowan Zhou, Longsheng Chu, Wenming Tang, Lixia Gu. Studies on the antistatic mechanism of tetrapod-shaped Zinc Oxide whisker. Journal of Electrostatics. 2003,57:347-354.
[2] 楚瓏晟，周祚萬，段曉飛，唐倫亮. ZnOw/納米復合抗菌劑的研制. 材料導報. 2003,17(6):84-85
致 謝: 本工作得到國家863項目（2003AA33X020）資助
