探讨抗菌再生纤维素纤维的制备与表征

探讨抗菌再生纤维素纤维的制备与表征

秦芒芒

阿拉尔市中泰纺织科技有限公司 新疆 阿拉尔市843300

摘要：再生纤维素纤维存在着较多的优点，具有较好的吸湿性、安全性、透气性。本文对非水溶性聚胍抗菌剂的合成方式进行研究，研究抗菌再生纤维素纤维的制备方法和表征情况。在抗菌再生纤维素纤维的制备过程中，主要使用干喷湿法纺丝技术，对再生纤维素纤维结构和性能的影响因素以及受影响情况进行分析。

关键词：抗菌再生纤维素纤维；制备；表征

前言：纤维素属于天然高分子材料，同时也是一种可再生、可降解材料。纤维素的化学性质比较稳定，有着较好的生物相容性和力学性能，在很多领域都得到了应用。纤维素是生产再生纤维素纤维的主要原料，与麻纤维等材料相比，再生纤维素纤维具有更多优点，如吸湿性、透气性、舒适等。但是在潮湿温热的环境中，纤维素纤维很容易受到影响，必须要提高纤维素纤维的抗菌性。

1非水溶性聚胍抗菌剂的合成

1.1聚六亚甲基盐酸胍分析

聚胍具有较好的抗耐药性，本身的毒性相对较少，属于高分子类抗菌剂。对聚六亚甲基盐酸胍（PHGC）进行制备时，可以采用熔融缩聚的合成方式，在制备的过程中，准备己二胺和盐酸胍，使两种材料处于加热的状态下，经过加热，两者会发生缩聚反应。此时，PHGC的溶解度较高，无法直接应用到再生纤维素纤维的制备中，必须要使用非水溶性的材料。可以选择几种常见的表面活性剂，生产一种非水溶性聚胍抗菌剂[1]。

1.2实验材料和仪器

在实验过程中，需要准备材料和仪器，材料包括盐酸胍、1,6-己二胺、盐酸、氯化钠、胰蛋白胨、琼脂粉、十二烷苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液。实验仪器包括电子天平、恒温培养箱、全温振荡培养箱、恒温水浴锅、超声波清洗机、高压灭菌锅、玻璃恒温水浴、电热恒温鼓风干燥箱、真空烘箱、旋蒸仪、移液枪、超净台。

1.3实验过程

盐酸胍和乙二胺的比例为1:1，使两者处于120℃环境下，将两种材料相互搅拌，准备稀盐酸溶液，利用该溶液吸收搅拌过程中形成的NH3，大约持续2h时间，不再释放NH3时，继续加热，使两者处于160℃环境下，持续4h，出现乳白色粘稠液体时，不再进行升温，热量逐渐减少，逐渐形成固体状物质，将其研磨成粉，就能够得到PHGC。按照相同的流程进行制备，持续反应6h、8h，对三种合成物命名，反应4h的合成物为PHCG-4h，另外两个为PHGC-6h以及PHGC-8h，将反应8h的合成物放入蒸馏水内，水的温度为80℃，向其中持续滴入十二烷基本磺酸钠水溶液，这时将会出现沉淀物，当溶液中不再出现沉淀物时，将沉淀物收集起来，对沉淀物进行清洗，把其余杂质清洗干净，再放入真空烘箱，将温度设定为60℃，烘干48h后，将其取出并研磨成粉，将合成物质命名为PHGDBS，即聚六亚甲基胍十二烷基本磺酸盐。按照同样的步骤，与十二烷基硫酸钠反应，得到PHGDSA，即聚六亚甲基胍十二烷基硫酸盐。再按照该步骤 与十二烷基磺酸钠反应，得到PHGLSO，即聚六亚甲基胍十二烷基磺酸盐。

1.4实验结果分析

得到三种物质后，对各个物质的特性粘度、溶解度进行测试，分析物质元素、热重，进行抗菌测试。经过测试能够发现，抗菌剂分子量越多，PHGC抗菌性越好，所以，可以利用分子量比较多的PHGC-8h进行制备。将PHGC-8h分别与PHGDBS、PHGDSA、PHGLSO进行反应，三种聚胍衍生物的化学结构都满足相关要求。

1.5非水溶性聚胍抗菌剂的表征

为了防止抗菌剂大量流失，需要对溶解性进行测试，当温度为90℃时，三种聚胍抗菌剂在纤维素溶剂中的溶解效果较好，三种抗菌剂都不溶于水，但是都能够在甲醇、乙醇、DMSO中溶解，抗菌剂的溶解性较好，应用范围较广。对抗菌剂的热性能进行分析，在纤维素溶液的制备中，一般要将温度保持在80～100℃之间。在热稳定性而分析中，温度为391℃时，PHGDBS开始分解；当温度为290℃时，PHGDSA开始分解；温度为385℃时，PHGLSO开始分解，三种抗菌剂的热稳定性较好，能够在加工过程中保持良好的性能，都可以在抗菌再生纤维素纤维的制备中得到应用。在抗菌性能的研究中，利用金黄色葡萄球菌进行实验，三种抗菌剂都呈现出较好的抗菌效果，离子液体并不会影响抗菌性能[2]。

2抗菌再生纤维素纤维的纺丝工艺调控

2.1实验过程

抗菌再生纤维素纤维的制备工艺会对纤维的性能与结构产生影响，为了明确纺丝工艺的具体影响，将PHGDBS作为实验材料，研究加工过程中PHGDBS的流失情况，分析纤维性能和结构受到的实际影响。在实验中，利用1L实验捏合机进行处理，将PHGDBS与离子液体、纤维素浆粕混合到一起，并让混合物处于90℃真空环境中，连续3h进行捏合溶解，得到纺丝溶液，再使用多孔纺丝装置，在装置中配备计量泵，采用干喷湿法进行纺丝。从喷丝板中挤出纺丝液，凝固成型之后，对其进行清洗，使其自然风干，最终形成再生纤维素纤维。

2.2实验结果分析

使用扫描电子显微镜，分析纤维表面的实际状况。操作时，需要吧纤维粘到导电胶表面，为了分析纤维截面的情况，可以利用哈市切片器，将纤维切断之后，观察纤维截面。对单丝的力学性能进行测试，需要使用强伸度仪，根据测试结果分析再生纤维素纤维的断裂伸长率以及断裂强度。另外，还要对样品进行广角X射线散射检测、抗菌性能检测、耐洗牢度检测。

对聚胍抗菌剂的扩散流程度进行研究，可以知道PHGDBS的扩散流失集中出现在凝固浴环节，当离子液体不断扩散时，PHGDBS会逐渐析出流失。完全凝固后，纤维的结构也会变得更加稳定。由于纤维存在致密结构，所以在水洗浴中，PHGDBS的扩散流失量并不大，具有较高的存留率。

纤维性能和结构会受到聚胍抗菌剂含量的影响，抗菌剂含量不仅会影响抗菌效果，还会影响纤维的耐洗牢度。利用洗涤的方式进行检测，没有洗涤时，PHGDBS含量较多，大肠杆菌的抗菌效果较好。洗涤次数越多，抗菌率会相应降低，但是仍能保持较好的抗菌效果。经过实验检测，发现PHGDBSA添加量为2%时，能够满足抗菌性和耐洗牢度的要求。

在力学性能检测中，当PHGDBS含量不断增多时，再生纤维素纤维的断裂伸长率不断变高，纤维的强度逐渐降低。从微观从面进行分析，纤维表面非常平整、光滑，加入PHGDBS并不会对纤维的形态产生影响。对纤维的超分子结构进行分析，需要参考WAXS图，加入较多的PHGDBS时，WAXS图衍射弧越来越长，形成弥散环，结晶受到影响，产生了很多小尺寸的晶粒，晶区取向度和结晶度都逐渐变小。

需要注意凝固浴温度带来的影响，当温度升高后，PHGDBS开始进行单向扩散，要想保留更多的PHGDBS，需要采用低温凝固浴。纺丝速率同样会影响流失量，将凝固浴温度保持不变，设置不同的纺丝速率，对存留率进行检测，检测结果表明，纺丝速率越高，抗菌剂的流失量越少，存留率越高，能够有效提升结晶度以及取向度，在再生纤维素纤维中保留更多的抗菌剂。纺丝速率还会影响纤维的耐洗牢度和抗菌性，纺丝速率较高的情况下，再生纤维素纤维的抗菌效果更好。

结论：利用水溶性的聚胍合成非水溶性聚胍抗菌剂，得到了三种抗菌剂，分别是PHGDBS、PHGDSA、PHGLSO，利用PHGDBS进行制备，采用干喷湿法纺织工艺，当PHGDBS含量为2%时，洗涤15次纤维，纤维的抗菌率依然超过90%，抗菌再生纤维素纤维存在着非常好的抗菌性能，同时还具有较高的耐洗牢度，为了改善纤维的结构和性能，需要对凝固浴温度与纺丝速率进行控制，进一步提高PHGDBS存留率。

参考文献：

[1]王慧鹏. 再生纤维素铜基抗菌纤维的制备与性能研究[D].武汉纺织大学,2022.

[2]曾志农. 抗菌再生纤维素纤维制备及性能研究[D].北京林业大学,2021.

作者信息：姓名：秦芒芒 （1991.5）  性别：女； 籍贯：河南周口市，；学历：本科；现有职称：无；研究方向：纺织工程、经济