高效环保型壳聚糖基抗菌剂的制备及其在织物上的抗菌整理研究

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随着消费理念的升级,消费者更加追求抗菌织物的环保、安全和服用舒适性。高效、稳定、环保、耐用的抗菌剂是当前研发的热点。相比传统抗菌剂,天然抗菌剂因其生态环保的特点而备受关注。但是,高分子类天然抗菌剂抗菌活性弱,小分子类易挥发、稳定性差。针对上述问题,本文采用天然抗菌剂稳定协同增效和纳米银络合提升抗菌活性的策略,开发高效稳定持久的纳米银络合天然抗菌剂。首先,通过曼尼希反应将扁柏酚(HT)接枝到壳聚糖(CS)上,制备一系列不同接枝率和抗菌活性的扁柏酚接枝壳聚糖(HTCS)抗菌剂。为进一步提高其抗菌活性,以硝酸银(Ag NO3)为银源,以芦荟提取物(AVE)为绿色还原剂,采用绿色原位还原法在HTCS结构中络合纳米银(Ag NPs),制备一系列Ag NPs@HTCS抗菌剂,实现少量抗菌剂的高效持久杀菌效果。经耐久抗菌整理,赋予织物高效广谱抗菌性和耐久性,且保持织物原始服用性能。主要研究内容和结果如下:(1)HTCS的制备及其在棉织物上的应用研究。探究HT与CS摩尔比等对HTCS接枝率和抗菌活性的影响。采用耐久抗菌整理工艺处理棉织物,探究其抗菌性能和服用性能。结果表明,HTCS最佳制备条件:HT和CS摩尔比为2:1,反应温度为90℃。HTCS对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最低抑菌浓度(MIC)值分别为43μg/m L和54μg/m L。与CS和HT相比,HTCS对金黄色葡萄球菌的MIC值分别降低57%和46%,对大肠杆菌的MIC值分别降低83%和14%。HTCS在p H 3-7范围内具有良好的水溶性,热稳定性提高且具有较好的化学稳定性。对棉织物进行抗菌整理,整理液中HTCS和柠檬酸最佳浓度分别为188 g/L和12g/L。抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率为93.9%,对大肠杆菌的抗菌率为94.4%。与CS和HT相比,HTCS处理棉织物对大肠杆菌的抗菌率分别提高约80%和20%,对金黄色葡萄球菌的抗菌率分别提高约49%和31%。且抗菌织物经过25次洗涤后对两种菌的抗菌率仍保持在80%以上,符合国家纺织品安全B级标准。(2)Ag NPs@HTCS的制备及其在织物上的应用研究。探究了Ag NO3用量等对Ag NPs@HTCS抗菌活性的影响。继而对织物进行耐久抗菌整理,探究其抗菌性能和服用性能。结果表明:在HTCS上络合Ag NPs的最佳工艺条件:Ag NO3用量为10 mmol/L,HTCS浓度为40 v/v%,AVE用量为15 m L,反应温度为80℃,反应时间为6 h。制得的Ag NPs与HTCS有络合作用,平均粒径为60 nm,呈现面心立方结构,分布均匀,不存在聚集现象,有较好的结晶性,结构完整。Ag NPs@HTCS溶液放置20天没有沉淀,贮存稳定性良好。Ag NPs@HTCS对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的MIC值分别为1.7μg/m L和5.3μg/m L。与HTCS相比,Ag NPs@HTCS对金黄色葡萄球菌的MIC值降低约96%,对大肠杆菌的MIC值降低约90%。用Ag NPs@HTCS对棉织物进行抗菌整理,Ag NPs@HTCS和柠檬酸的最佳浓度分别为0.25 g/L和2.5 g/L,比HTCS用量减少99.9%。经Ag NPs@HTCS整理的棉、丝、麻和涤纶织物,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率均能达到99.9%,经整理的羊毛织物对两种菌的抗菌率大于80%。且抗菌棉织物经过25次洗涤后对两种菌的抗菌率仍保持在95%以上。抗菌织物还保留了原织物的拉伸强度、亲水性、手感和白度。此外,经Ag NPs@HTCS处理的抗菌织物安全、无细胞毒性。综上所述,本论文以壳聚糖为基材,引入扁柏酚和纳米银制备稳定、高效广谱抗菌剂。采用耐久抗菌整理织物,赋予织物高效广谱抗菌性和良好的耐久性。本论文的研究内容为天然抗菌剂和生态抗菌织物的制备提供了良好的思路。
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