基本信息
- 项目名称：
- 一种简易的纺织品纳米银抗菌整理方法
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 纺织品“抗菌”就是指在一定时间内能够抑制细菌的生长、繁殖和存活。随着生活水平的提高，人们对纺织品的卫生服用性要求逐渐提高，具有抗菌防臭功能的纺织品的市场需求也日趋增长。其中，银系抗菌剂以其高效、持久、广谱性、高耐热性、无毒、不易产生耐药性等优点受到人们的广泛关注。近年来，随着纳米技术的发展，具有纳米尺寸的纳米银抗菌剂正被逐渐应用于纺织服装、污水处理、建筑材料、涂料和医疗卫生等诸多领域。
- 详细介绍：
- 纺织品“抗菌”就是指在一定时间内能够抑制细菌的生长、繁殖和存活。随着生活水平的提高，人们对纺织品的卫生服用性要求逐渐提高，具有抗菌防臭功能的纺织品的市场需求也日趋增长。其中，银系抗菌剂以其高效、持久、广谱性、高耐热性、无毒、不易产生耐药性等优点受到人们的广泛关注。近年来，随着纳米技术的发展，具有纳米尺寸的纳米银抗菌剂正被逐渐应用于纺织服装、污水处理、建筑材料、涂料和医疗卫生等诸多领域。 目前，纳米银抗菌纺织品的常用合成方法主要两类。一类是通过将纺织品浸渍在纳米银溶胶或溶液等均匀的分散体系中，在整理剂的帮助下，使纳米银吸附到织物表面[1,2]；另一类方法通过将纺织品浸入硝酸银水溶液中，在还原剂等助剂的帮助下制得抗菌成品[3,4]。前一种方法中纳米银粒子吸附作用弱，牢度较差；后一种制备方法中需要选择还原剂使银离子还原为纳米银，同时需要添加分散剂、稳定剂等对纳米银进行分散以纳米银的团聚。上述两种方法都存在着制备工艺复杂，生产成本较高，不符合环保要求的缺点。 纤维素纤维透气性好、光滑柔软、手感好、穿着舒适，易于染色，因此被广泛应用于纺织业、造纸业以及医学领域[5]。此外，作为天然生物大分子，纤维素纤维具有优良的金属（或金属离子）吸附特性，尤为重要的是纤维素大分子链具有一个强还原性末端，且每个葡萄糖单元含有三个游离的羟基，吸附了硝酸银溶液中的银离子后，在较高温度下活化的功能基团可原位还原银离子为纳米银。在反应过程中，纤维素大分子即作分散剂又作还原剂，不需要添加任何其他助剂，制备工艺简单、成本低、易产业化，且符合绿色工艺要求。因此，利用纤维素纤维开发具有保健、医疗功能的纳米银抗菌织物将会有广阔的市场空间。 克服现有技术存在工艺复杂、稳定性差、不符合环保要求等问题，本项目致力于研究一种方法简单，抗菌能力强、抗菌效果持久、符合绿色环保理念的纤维素纤维抗菌纺织品的制备方法，并对其细胞毒性和使用安全性进行初步的分析和评价。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本研究致力于开发一种方法简单，抗菌能力强、抗菌效果持久，且符合绿色环保要求的棉织物纳米银抗菌后整理工艺。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究的独创性：在不添加外源还原剂和稳定剂的条件下，通过控制硝酸银浓度、反应时间和反应温度，利用棉织物中纤维素大分子自身的还原性和分散性原位还原硝酸银制备纳米银抗菌棉织物。
应用价值和现实意义
- 本研究中，纺织物的纤维素大分子既作分散剂又作还原剂，除硝酸银外不需添加任何其它助剂，符合绿色工艺要求，且制备工艺简单、成本低、易产业化，在纳米银抗菌纺织品的开发领域具有原创性，对新型抗菌纺织品的开发具有促进作用。
学术论文摘要
- 随着人们生活水平的提高，对纺织品的卫生性能要求随之提高，具有抗菌功能纺织品的市场需求日趋增长，广泛应用于服装、家居饰品及医用护理等领域。 本研究开发了一种在不添加其它外源还原剂和稳定剂的条件下，通过纤维素原位还原银离子制备抗菌棉织物的新工艺。研究了各工艺条件，如反应温度、时间和硝酸银浓度等对纳米银粒子在织物纤维上负载量的影响。正交实验结果表明，反应温度对织物抗菌性能的影响最大，反应时间次之，而硝酸银浓度的影响最小。最终确定了合理反应工艺条件为：反应温度90℃，硝酸银浓度160 mM，反应时间30 min。制备的抗菌棉织物具有良好的抗菌效果及耐洗涤性能，经过20次的洗涤循环后，织物对大肠杆菌和金黄葡萄球菌仍分别具有98.5%和94.3%的抗菌性能。 本研究中，纺织物的纤维素大分子既作分散剂又作还原剂，除硝酸银外不需添加任何其它助剂，符合绿色工艺要求，且制备工艺简单、成本低、易产业化，在纳米银抗菌纺织品的开发领域具有原创性，并对扩展纤维素和纳米银的应用领域具有重要的现实意义。
获奖情况
- Tian Jiang, Lin Liu, Juming Yao. In situ deposition of silver nanoparticles on the cotton fabrics. Fibers and Polymers.（已录用，SCI刊源）
鉴定结果
- 情况属实！
参考文献
- [1] Yeo S Y, Lee H J, Jeong S H. Preparation of nanocomposite fibers for permanent antibacterial effect[J]. J. Mater. Sci., 2003, 38, 2143-2147. [2] Gorenšek M, Recelj P. Nanosilver Functionalized Cotton Fabric[J]. Text. Res J., 2007, 77, 138-141. [3] Ilić V, Šaponjić Z, Vodnik V, Potkonjak B, Jovančić P, Nedeljković J, Radetić M. The influence of silver content on antimicrobial activityand color of cotton fabrics functionalized with Ag nanoparticles[J]. Carbohyd. Polym., 2009, 78, 564-569. [4] Lee H J, Yeo S Y, Jeong S H. Antibacterial effect of nanosized silver colloidal solution on textile fabrics[J]. J. Mater. Sci., 2003, 38, 2199-2204. [5] El-Rafie M H, Mohamed A A, Shaheen T I, Hebeish A. Antimicrobial effect of silver nanoparticles produced by fungal process on cotton fabrics[J]. Carbohyd. Polym., 2010, 80, 779-782.
同类课题研究水平概述
- 目前，人们已经制备出了各种各样的纳米银抗菌纺织品。常见的制备方法主要有直接添加法，后整理浸渍法和原位还原法。 直接添加法指的是将纳米银粒子或其溶胶加入到纺丝原液中直接进行纺丝而制备抗菌纤维。采用直接添加法制备出的抗菌纺织品由于大部分纳米银粒子被包裹于纤维内部，因此具有较好的耐洗涤性，但是同时也易使其抗菌性能出现较大的下降，同时单纯物理混合过程中易导致纳米银粒子的团聚从而引起分散不均匀的问题。 后整理浸渍法是指将纺织品浸渍在纳米银溶胶或溶液等分散体系中，在整理剂的辅助下，使纳米银粒子吸附到纤维表面。但是单纯依靠物理吸附制得的纳米银抗菌纺织品，由于纳米粒子与纺织品基体之间的相互作用较弱，因而耐洗涤性较差。而且在制备过程中容易导致纳米粒子的团聚，从而引起分散不均匀等问题。 原位还原法是将银前驱体（如银离子，银氨络合物等）添加到基体或纤维原液中，然后通过一定的方法使之还原为单质银，使纳米银粒子均匀地分布在织物的表面或内部。采用原位还原法制备的纳米银抗菌产物中，纳米银粒子分散更为均匀，不易发生团聚现象，同时纳米粒子与基体间结合牢固，耐洗性较好。但是，反应过程中需向溶液里不仅加入还原剂，还需加入分散剂以降低银粒子的表面活性，从而抑制纳米银粒子发生团聚，控制生成的银粒子在纳米数量级。而常用到的强还原剂如硼氢化钠、水合肼等不仅会污染环境且具有毒性，因此，使用绿色环保的试剂来合成纳米银逐渐受到了重视。 近年来的研究发现，多羟基化合物如葡萄糖、透明质酸等具有还原银前驱体使之成为纳米银粒子的能力。纤维素是一种天然多羟基生物大分子，具有优良的金属（或金属离子）吸附特性。有研究发现，再生纤维素可原位还原FeCl3成为Fe2O3纳米粒子，显示了纤维素大分子具有还原金属离子的能力。 因此，本研究原创性地设计了在不添加其它任何助剂的条件下，以硝酸银为银前驱体，棉织物中纤维素大分子为还原剂，制备具有优良抗菌性能和耐洗涤性能的纳米银抗菌纺织品，而且制备工艺简单、成本低，容易实现产业化。
