本创新工艺涉及纤维素改性技术,详细描述了一种制备长效抗菌纤维素材料的方法。该方法包括三个主要步骤:首先,将纤维素材料浸泡在碱性溶液中;其次,与卤代羧酸乙烯酯或卤代羧酸酸酐混合反应,形成表面酯化的纤维素;最后,将酯化材料浸渍在含有机胺的溶液中,得到具有长效抗菌性能的纤维素材料。此工艺能在常温下快速完成,操作简便,化学品消耗少,成本低。制备出的抗菌纤维素材料适用于纺织、医疗和食品包装等多个领域。
背景技术
纤维素是自然界中储量最丰富的生物质资源,具有来源广泛,绿色无毒、可再生、生物可降解等优点,是最具有可持续发展前景的天然高分子材料之一。纤维素及其衍生物可广泛用于食品、药品、纺织品和建筑材料等领域。然而,纤维素并不具备抗菌性能,这在一定程度上限制了纤维素材料在抗菌领域的应用。
抗菌纤维材料可以抑制微生物生长繁殖,从而防止疾病传播。抗菌纤维品种繁多,通常可以分为两大类:一类是本身具有抗菌性的天然纤维或者利用本身具有抗菌性的纤维原料制备而成的纤维,可以称之为本征抗菌纤维;另一类是通过物理添加或化学反应的方法获得具有抗菌性的纤维,一般称之为改性抗菌纤维。本征抗菌纤维又称天然抗菌纤维,如麻纤维、竹原纤维等都具有抗菌性,另外还有利用这些天然纤维原料制备的再生纤维也有抗菌性,如壳聚糖纤维、海藻纤维等,虽然严格来说不再是天然纤维,但也可归类在天然抗菌纤维中。
改性抗菌纤维按制备方法可以分为共混纺丝法、表面涂覆法、接枝改性法等。
共混纺丝法是利用抗菌剂与基体通过共混纺丝制备成的改性抗菌纤维,早期主要采用共混纺丝法制备的抗菌纤维有锦纶、涤纶、丙纶等,抗菌剂基体迁移至表层从而起到抗菌作用,多用于半永久性抗菌产品,如医疗卫生、服装以及工业装饰用布。
表面涂覆是将纤维浸渍在含有抗菌剂的溶液中,或将抗菌剂涂覆在纤维表面制备抗菌纤维,操作简单,成本低,可选择抗菌剂范围较大,多适用于织物的抗菌整理,但是由于抗菌剂大多只存在于抗菌纤维的表层,其抗菌效果持久性和水洗牢度较差,常用作一次性卫生用品如医用敷料、防护服等。
接枝改性法是指将具有抗菌性的基团与纤维的表面反应基团通过化学键结合制备抗菌纤维,该抗菌纤维耐洗涤、性能稳定持久。采用接枝改性法制备的抗菌纤维主要有棉纤维、再生纤维素纤维、聚丙烯腈纤维等,多应用于永久性抗菌产品,如服装、家纺等。有报道称可以利用十二烷基二甲基叔胺与3-氯丙醇反应引入反应基团制备含端醇的季铵盐,再用羟基交联剂将季铵盐抗菌剂与纤维素纤维接枝的方法赋予纤维素纤维长效抗菌性(纺织科学与工程学报, 2021, 38(3):36-41)。此外,利用抗菌剂聚六甲基胍共价接枝到经过氧化处理的棉纤维上,其末端胺和纤维的醛基之间形成席夫碱,还原碳氮双键使得聚六亚甲基胍共价结合于棉纤维表面,同样可赋予纤维持久抗菌性(ACS Applied Materials &Interfaces, 2018, 10(44):38506-38516)。然而,尽管接枝改性法能赋予纤维素纤维长效抗菌性,但该方法对抗菌剂要求高,反应过程复杂,从而导致长效抗菌纤维价格较贵。
因此,为满足实际应用需求,开发一种低成本且简便快速赋予纤维素材料长效抗菌性的方法对推动长效抗菌纤维素材料的广泛应用具有重要意义。
实现思路