赵妍 顾莉琴 顾利霞
（东华大学纤维材料改性国家重点实验室 上海市延安西路1882号 200051）
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本文采用了一种新型的载银纳米氧化锌抗菌剂[1]，通过皮芯复合纺丝法赋予了PET纤维良好的抗菌性能。这种抗菌剂是将银在纳米级氧化锌结晶过程中用特殊工艺加入到氧化锌晶格当中。因此这种抗菌剂不仅可以提高复合抗菌剂的抗菌能力，同时也可以解决银离子的易变色性，而且还不需要光源照射就能产生抗菌效果。该种抗菌剂为白色粉末状，我们采用分散剂T-氨丙基三乙氧基硅烷（KH560）处理了抗菌剂，使其均匀地分散在PET熔体中，制得PET母粒，再在纺丝过程中通过双螺杆挤出机加入到PET皮层中，制得了抗菌剂含量为1%的抗菌PET纤维。
1. 改性PET纤维抗菌性能及载银纳米氧化锌的抗菌机理
表一为我们制备的抗菌PET纤维经广东微生物检测中心检验的抗菌结果，改性后的PET纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的杀菌率均在99%以上。
我们对载银纳米氧化锌抗菌机理进行初步分析得到以下结果[2]：
纳米氧化锌具备特殊的表面效应和高氧化活性，能在水分和空气存在的体系中，自行分解出自由移动的电子（e-),留下带正电的空穴（h+)。产生的带正电的空穴具有很强的氧化作用，能够高效杀灭和清除细菌及其残骸，同时还能分解细菌分泌的毒素。而且，ZnO是一种内部载流子可调的半导体针状纤维，其晶格中的活性原子氧可破坏绝大多数细菌的生物活性和代谢繁殖功能。另外，锌离子、银离子也起到抗菌作用，其反应式如下：
（蛋白质、核酸）- SH + Zn2+ →（蛋白质、核酸）- SZnS –(蛋白质、核酸) + 2H+
（蛋白质、核酸）- SH + Ag+ →（蛋白质、核酸）- SAg + H+
2. 抗菌PET纤维的结构与性能
表二为不同纺丝方法制备的抗菌PET纤维强度测试结果。其中，普通型抗菌PET纤维即是将抗菌母粒直接混入纤维中而非复合纺丝法，抗菌剂浓度也为1%。由图中得出：改性后的抗菌PET纤维的强度较纯PET纤维来说均有所下降，这是由于纳米粒子的引入使材料产生了应力集中点，因此断裂强度有所下降。但是皮芯复合抗菌PET纤维的强度较普通型抗菌PET纤维下降得少，说明复合纺丝法较普通纺来说对纤维的力学性能影响得更小一些，另外复合纺丝法仅在纤维皮层混有抗菌剂，在相同浓度情况下，复合纺丝法降低了抗菌剂用量，因此更经济更有效。
利用X-衍射，我们发现改性后纤维的结晶度比纯PET纤维的结晶度有所下降。这一点可以通过原子力显微镜照片得到验证（如下图所示）：
其中，A，B为纯PET纤维原子力显微镜的高度图及相位图；C，D为改性后纤维原子力显微镜的高度图及相位图。相位图变化反映了材料的软硬度，对于高聚物来说，反映了材料的结晶度。从两张相位图来看，纯PET纤维相位图起伏较大，说明其结晶度较大，而且从高度图上也能得出此结论。改性后纤维的结晶度有所下降是由于氧化锌的引入破坏了PET大分子链的规整性，增大了分子链间的距离，从而导致了结晶度的下降。
通过扫描电镜观察了改性后纤维的表面形态（如图2所示），从图中可以看出：在纤维表面分布有突出的载银氧化锌。因此，当有细菌和病毒接触到纤维表面时， 这些纳米氧化锌就起到有效的杀菌作用。
参考文献
[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] 楚珑晟，周祚万，段晓飞，唐伦亮. ZnOw/纳米复合抗菌剂的研制. 材料导报. 2003,17(6):84-85
致 谢: 本工作得到国家863项目（2003AA33X020）资助