抗菌紗線的研究進展

鄧 通，廖世豪，黃鑫鑫，王 瑄，沈蘭萍，陳 鵬

(1.西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048； 2.浙江紡織服裝職業技術學院，浙江 寧波 315211；3.中國科學院 寧波材料技術與工程研究所，浙江 寧波 315211； 4.廣東工業大學 藝術與設計學院，廣東 廣州 510006)

紡織品作為緊貼人體的防護材料，其特殊的孔隙結構能夠吸收人體運動所產生的汗液，從而為微生物的滋生、繁衍提供了有利條件，給人體健康造成危害。新冠肺炎席卷全國，人們的健康防護意識顯著提高，對紡織品的需求不再局限于舒適性，而更注重紡織品的功能抗菌性[1-2]?？咕δ芗喚€是指具有抑菌或殺菌作用的功能性紗線?？咕喚€制備方法可分為以下4類：①將天然抗菌纖維制備成紗線；②將具有抗菌成分的原料加入紡絲液，經紡絲法制備出抗菌合成纖維，再將其加工成抗菌紗線；③抗菌纖維與非抗菌纖維混紡而成的紗線；④采用抗菌劑對紗線進行后整理，得到抗菌紗線[3]。經過后整理的抗菌紗線存在一定缺陷，如抗菌性能不穩定、持久性差、部分抗菌劑中可能含有會對人體造成損害的成分等，而采用抗菌纖維制備的抗菌紗線，具有良好的抗菌穩定性[4]。因此，本文從抗菌纖維、紡紗方式和抗菌效能等方面對抗菌纖維制備的抗菌紗線進行分析綜述，以期為抗菌紗線的設計與開發提供參考。

1 抗菌纖維

纖維是紗線的前身，不管是將本質抗菌的天然纖維直接紡紗，還是將抗菌材料加入紡絲液中制得的合成纖維，都可作為抗菌紗線的紡紗材料。

1.1 天然系抗菌纖維

常見的天然系抗菌纖維有麻纖維(如工業大麻纖維、羅布麻纖維、苧麻纖維等)、海藻纖維、殼聚糖纖維、竹原纖維、竹漿纖維等。

麻纖維、竹原纖維的抑菌率均在90%以上，擁有較好的抗菌性能。羅布麻纖維含有黃酮類物質，具有很強的生理和藥理活性，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等有抑菌作用[5]。趙雪靜等[6]對工業大麻織物微觀結構和抗菌性能進行了研究，發現工業大麻纖維的中腔和其表面的孔洞相連，纖維內部含有大量氧氣，使厭氧病菌、微生物生存繁衍受到限制，從而抑制微生物的生長，工業大麻織物對大腸桿菌的抑菌率為98.82%，且經50次洗滌后抑菌率仍在90%以上。

海藻纖維中含有微量的乳酸和海藻酸鹽，這些物質具有抗菌止血的功效，醫學領域上常用于敷料紡織品的開發,但海藻纖維存在強力低、抗菌性能較差的問題[7-8]。

殼聚糖具有廣譜抗菌、綠色環保的優點。帶有正電荷的殼聚糖能夠與細菌表面的負電荷物質發生靜電吸引作用，極大地改變胞膜的滲透性，致使細胞內的重要物質泄露，從而殺死細菌微生物；同時帶正電荷的殼聚糖能抑制微生物細胞內的DNA轉變為RNA，阻礙DNA的轉錄，使得細菌無法正常進行新陳代謝，從而起到抑菌作用[9-11]。

竹原纖維具有中空結構，能快速吸收與蒸發內部水分，破壞細菌微生物的生存環境，同時竹原纖維細胞壁上含有天然抗菌物質“竹醌”，從而使其具有天然抗菌功能[12-13]。竹漿纖維是一種將竹片制成漿，然后將漿做成漿粕，再經濕法紡絲制成纖維，純竹漿面料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌率均在99%以上，具有較好的抗菌性能[14]。

1.2 共混抗菌纖維

制備共混抗菌纖維常見的方法有熔融紡絲法[15]、濕法紡絲法[16]和靜電紡絲法[17]等。盛平厚等[18]采用熔融共混法，制備了不同含量納米銅粉改性聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)抗菌復合材料，當納米銅粉的含量在0.5%時，制備的纖維具有良好的抗菌性能和力學性能，抑菌率高于99%，斷裂強度為3.15 cN/dtex，斷裂伸長率為 28.9%。Huang等[19]采用濕法紡絲法，在紡絲液中添加具有抗菌功能的川芎(LC)提取物，制備具有抗菌功能的丙烯酸纖維，其抑菌率為98.83%，但共混纖維的斷裂強度和伸長率略有降低。

市場上主流的共混抗菌纖維有聚乳酸基抗菌纖維[20]、金屬基納米抗菌纖維[21]、聚丙烯腈基抗菌纖維[22]等，這類抗菌纖維都有較好的抗菌性能，特別是聚乳酸基抗菌纖維因其原料價格便宜、可生物降解性而得到廣泛使用。聚乳酸(PLA)源于玉米、木薯等植物資源，在工業堆肥條件下可完全降解為水和二氧化碳，具有良好的生物可降解性、生物相容性，廣泛應用于手術縫合線和紡織品等領域[23]。將聚乳酸與其他抗菌材料共混制備的聚乳酸基抗菌纖維，在生物醫學領域具有很高的應用價值[24]。王偉華[25]以Ag和Zn不同價態的金屬離子作為摻雜劑，制備了具有抗菌性能的納米氧化鎂粉體，并與聚乳酸共混，采用靜電紡絲法制備了氧化鎂/聚乳酸納米纖維，結果表明摻雜Ag、Zn粒子，提高了氧化鎂/聚乳酸納米纖維的抗菌性能。Li等[26]將PLA和丁酸戊酸脂(PHBV)共混經熔融紡絲制備出具有高效的抗菌性能的PLA/PHBV纖維。PLA/PHBV纖維中抗菌成分聚羥基丁酸酯能夠破壞細菌等微生物的細胞壁和病毒的胞膜，致使代謝失衡，從而抑制細菌滋生和滅活病毒，達到抗菌抗病毒效果；同時PLA/PHBV纖維具有生物可降解性、良好的可紡性與舒適性能[27-28]。

2 抗菌混紡紗線

抗菌混紡紗線結合抗菌纖維和其他纖維混紡制得兼具抗菌和織造性能的紗線?；旒彆r紗線的混紡比、紡紗方式和紗線結構均會影響最終混紡紗線的抗菌性能。

2.1 紗線混紡比

目前，市場上抗菌混紡紗線的抗菌性依賴抗菌纖維本身的占比。通常增加抗菌纖維的占比。能有效增強紗線的抗菌性能，然而盲目地增加抗菌纖維的占比，會使紗線的力學性能和服用性能降低。如何在不損失力學、服用性能的情況下，最大限度地增強紗線的抗菌性能，需要對紗線不同混紡比進行測試探究。

如表1不同混紡比下的抗菌紗線所示，王維亞[29]采用甲殼素/棉(70/30)混紡，開發的甲殼素/棉混紡紗線具有抗菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌率在30.0%以上，但存在強力與抗菌性能較低的問題。倪玉婷[30]將甲殼素與納米銀抗菌滌綸進行混紡，探索不同混紡比下的成紗工藝，并對不同混紡比紗線的力學性能進行分析比較，當抗菌滌綸與甲殼素混紡比為70/30時，斷裂強度最大，為32.969 cN/tex，變異系數(CV)為8.33%，對金黃色葡萄球菌的抑菌率為88.7%，有良好的抗菌性。蔣國華等[31]采用苧麻纖維與殼聚糖纖維混紡制備抗菌紗線，當殼聚糖含量為45%時，對金黃色葡萄球菌有89.7%的抑菌率，具有抗菌除臭與良好的舒適性。張一平等[32]測試大麻纖維及其混紡產品的抗菌性，結果表明純大麻纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率為98.6%和94.7%，當采用大麻/棉(55/45)制備混紡紗時，紗線僅對大腸桿菌有抗菌性，其抑菌率為97.8%。陳貴翠等[33]將甲殼素纖維/海藻纖維/桑皮纖維以40/30/30混紡比制備的抗菌紗線具有良好的舒適性，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有70.0%以上的抑菌率，適合做抗菌醫用與防護紡織品。

表1 不同混紡比下的抗菌紗線

趙勝男等[34]采用竹漿/石墨烯(85/15)混紡紗開發抗菌面料，面料具有良好的抗菌性、尺寸穩定性和色牢度，對大腸桿菌抑菌率高達98.0%。杜梅等[35]對不同混紡比下薄荷粘膠/棉混紡紗的抗菌性能進行測試，結果表明采用薄荷粘膠/棉(30/70)混紡紗的抗菌性能最好，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率在80.0%以上。Liu等[36]采用PLA/PHBV纖維與棉纖維混紡制備紗線，當PLA/PHBV纖維的占比為96%時，對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率在90.0%以上，具有較好的抑菌效果。秦瀟璇等[37]采用PLA纖維與PLA/PHBV長絲開發了一種生物質抗菌復合紗線，該紗線在18 h內抑菌率在97.0%以上，具有較好的抗菌性。

2.2 紡紗方式

抗菌紗線的紡紗方式除傳統的環錠紡外，還有賽絡紡、轉杯紡等。賽絡紡是環錠紡紗技術的新發展，在環錠紡紗機上把2根粗紗平行喂入細紗牽伸區，經初步加捻后再匯聚并進一步加捻形成紗線。由于紗條在輸出前羅拉后有一個匯聚環節，能夠有效提高抗菌紗線的斷裂強力，并通過改善成紗條干，減少毛羽，增強抗菌紗線的抗菌性能，但條干和細節易惡化[38]。轉杯紡是與環錠紡完全不同的成紗方法，具有紡紗工序短、使用原料廣泛等優勢，但由于大多數抗菌纖維長度整齊度差，細度不勻率高(如大麻纖維)，轉杯紡紡出的抗菌紗線強力低、毛羽多、耐磨性差，包覆在紗線表面的抗菌纖維易受到損傷與丟失，使紗線力學性能和抗菌性能降低[39]。

Jiang等[40]在抗菌納米纖維/棉復合紗的生產中，利用環錠紡使納米纖維被相鄰的棉纖維緊密鎖定，納米纖維同時分布在紗線表面與內部，夠能承受傳統紡織工藝中的磨損，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑制率分別為92.58%和88.27%，有良好的抗菌性能。安曉龍等[41]對羊毛、羊絨在染色后處理階段進行抗菌處理，并采用賽絡集聚紡紡紗工藝制備抗菌羊毛/羊絨混紡紗線，有效地減少毛羽產生，改善了成紗條干，提高單紗強力。紗線經過15次洗滌后，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率為85.7%、89.6%和96.6%。張曉慧等[42]利用轉杯紡工藝紡制桑皮纖維混紡紗，通過選擇合理的工藝參數，使桑皮纖維混紡紗具有良好的抗菌性能，對大腸桿菌的抑菌率為75.9%，但紗線斷裂強度較低。

2.3 紗線結構

在抗菌紗線結構中，外觀形態的均勻性、內在組成質量和分布的連續性、纖維間相互作用的穩定性都十分重要?？咕旒徏喼谐Ｒ姷募喚€結構如包覆紗、包芯紗等，由于其特有的結構方式，使紗線既具備芯絲的特性，又可以通過利用外包纖維的特性，改良其服用舒適性，用來解決芯紗強力不足、耐磨性差的問題[43]。

在抗菌混紡紗中，抗菌纖維置于外層，增加抗菌纖維與細菌的接觸面積，從而增強紗線的抗菌效能，但紗線的抗菌持久性差。將抗菌纖維作為芯絲的紗線結構，能有效增強紗線抗菌耐久性。周朝鋼等[44]在負離子纖維/抗菌丙綸包覆紗的紡制中，將竹漿纖維、負離子纖維、棉纖維(30/40/30)混紡作為包覆紗的外包纖維，抗菌丙綸作為芯絲制備包覆率為47.5%的包覆紗，具有更為持久的抗菌性以及更好的舒適性能。郭宇微[45]將改性粘膠纖維和改性滌綸混紡作為外包短纖維，抗菌滌綸長絲為芯絲，石墨烯改性滌綸為外包長絲，制備的抗菌保暖包芯包覆紗具有高效且持久的抗菌性，紗線表面包有規則的長絲，紗線不易解體和相對滑移，提高了紗線的耐磨性。王鍵等[46]在殼聚糖/棉混紡紗中為保證其抗菌性，利用環錠紡紗加捻三角區內內外層纖維的轉移規律，使較短粗的殼聚糖纖維向紗線的外層移動，而較為細長的棉纖維向紗線內部轉移，增加混紡紗的抗菌效能，但抗菌的持久性差，僅能持續8～10 h。

3 結束語

隨著社會物質生活水平的提高，紡織品朝著舒適性和功能性發展。對于人體穿著的抗菌紡織品，其核心在于紗線的抗菌性能需要具備高效性、安全性以及耐久性；紗線在具有良好抗菌性能的同時，應滿足人體需求的舒適性和力學性能。通過后整理得到的抗菌紡織品，雖然具有良好的抗菌性能，但抗菌劑會抑制皮膚表面對人體有益的微生物，長此以往會對人體健康造成損害。

抗菌纖維雖然具有良好的抗菌性，但其吸濕、透氣性較低，制備的抗菌紗線其力學性、服用性較差，可采用特殊的紗線結構(包纏紗、包芯紗)或開發兼具舒適性和高效、持久抗菌性的纖維。本文對抗菌紗線進行綜述分析發現，目前我國尚未建立統一、公認的抗菌效能測試標準；抗菌混紡紗的紡紗方式、紗線結構較為單一；制備的抗菌紗線強力較低?？咕喚€未來應使用具有良好力學性能的新型高效抗菌纖維；應探索新型的紡紗方式、紗線結構，使抗菌紗線朝著抗菌性、安全性、耐久性、功能性及舒適性等各方面均衡的方向發展。