隨著公眾健康意識(如疾病傳播、交叉感染、微生物產生的臭氣)的增強,抗菌材料的應用越來越多。這些新型抗菌材料目前在運動服、內衣及其它與健康相關的產品中得到很多應用,在醫用防護服中的應用尤其值得關注。與此同時,也開發了多種抗菌產品的生產途徑,如采用添加微生物不能透過的整塊聚合物薄膜或涂層的物理加工方法,該加工過程可以通過控制微孔薄膜的孔徑尺寸,以限制病原體和病毒的滲透;也可以通過添加抗菌劑等化學方法,如在基質表面或者內部施加抗菌劑來殺滅或者抑制細菌的生長。
紡織面料通常采用的抗菌劑有抗菌素、銀離子、季銨鹽,以及N-鹵胺鹽。含氮-鹵鍵的化合物可作為氧化劑使用,是一種性能優異的抗菌素。創新的4-咪唑啉酮衍生物的抗菌性能也已投入研發。N-鹵胺和環胺如噁唑烷酮和咪唑啉酮已用于水的凈化以及紡織品的抗菌整理劑。其抗菌機理是N-鹵胺中的鹵正離子直接轉移至細菌細胞中的生物受體。殺死病菌后,化合物經可釋放出鹵素的試劑處理,如次氯酸鹽溶液漂洗后,重新獲得殺菌功能。
為了提高抗菌產品的抗菌性能,采用N-鹵胺制備了抗菌微孔薄膜。如將2, 5, 5-四乙基-4-咪唑啉酮(TMIO)接枝到微孔聚氨酯薄膜中。以錫(II)為催化劑,將聚氨酯催化生成帶六甲撐二異氰酸酯基(HMDI)官能團, TMIO再與HMDI進行反應,得到TMIO改性的聚氨酯薄膜(圖4)。再經氯化處理,可得到氯化TMIO改性聚氨酯薄膜。革蘭氏陰性菌大腸桿菌和革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌與該薄膜接觸處理2 h后大大減少,表明微孔薄膜具有很好的抗菌性能,且透氣性能良好。
若在靜電紡絲溶液中添加N-鹵胺,則可制備抗菌納米纖維薄膜。N-鹵胺通常帶有一個或多個亞胺、酰胺或者胺的鹵胺鍵。研究發現,N-鹵胺的抗菌能力依次為:亞胺>酰胺>胺。在尼龍6的紡絲原液中,以88%甲酸為溶劑,通過添加不同結構的N-鹵胺,制備了系列抗菌材料。N-鹵胺可以是帶亞胺和酰胺鹵胺的氯化5, 5二甲基海因(CDMH),也可以是帶酰胺和胺基鹵胺的氯化2, 2, 5, 5-四甲基-4-咪唑啉酮(CTMIO),或者是帶酰胺鹵胺和長鏈烷基的氯化3-十二烷基-5, 5-二甲基海因(CD-DMH)。這些N-鹵胺均勻地分布在納米纖維薄膜中,纖維尺寸從500 nm到小于100 nm不等。將納米薄膜接觸大腸桿菌或者金黃色葡萄球菌,即使接觸時間僅為5~40 min,細菌也可大大減少。其殺菌能力主要取決于N-鹵胺的活性和氯含量。在相同的氯含量下, CDMH的殺菌效果最好,時間最短。提高靜電紡絲原液中N-鹵胺的用量,抗菌速率和效率都提高。在以CDMH和CTMIO為抗菌劑時,試驗中觀察到有少量的甲酸滲出,而CDDMH則無甲酸滲出。
在靜電紡納米纖維薄膜中添加N-鹵胺具有如下優點:由于是在紡絲原液中添加抗菌劑,因此只需一步即可完成,以較低的生產成本即可獲得抗菌性能。由于N-鹵胺系添加在纖維內部,因此其氯含量高于纖維表面處理工藝,且其抗菌性能持久。
2.2 抗真菌薄膜
人們已經開始意識到室內空氣質量對健康的影響。室內空氣污染物的來源有多種,包括加熱/制冷系統,霉菌等。常見的影響室內空氣質量的霉菌有青霉菌、枝孢菌、曲霉菌、鏈格孢菌和毛霉菌。它們產生的揮發性代謝物會誘發呼吸系統綜合癥,如哮喘、支氣管炎和鼻炎等。在醫院,對免疫缺陷的病人,曲霉菌的入侵將會導致致命的感染,曲霉菌孢子會使這些病人產生致命的肺部感染。研究人員發現,服裝在孢子的傳遞和釋放中起到非常重要的作用。孢子在服裝上的滯留和釋放主要取決于纖維的表面形態、含水率,以及織物上暴露的纖維表面積。棉纖維的物理結構可以成為孢子的天然儲存設備(見圖5)。
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