1、ZENG Chanjuan1,2,CHEN Zhenzhen1,2,XIAO Chunyan1,2,LIU Renrong1,2,LI Jiuhua1(1.Nanchang Liangliang Industrial Co.Ltd.,Nanchang 330000,China;2.Nanchang Advanced MaterialEngineering Technology Center for Healthy Sleep Related Products,Nanchang 330000,China)Abstract:For the treatment of ramie fiber with
2、 chitosans complexing copper and zinc ions,with impregnation and microwave treatment,the processes was adopted to endow the fiber with antibacterial function.The changes of surface morphology and molecular structure of ramie fibers were analyzed,and the antibacterial property,washing fastness and re
3、lease of copper ion were tested as well as.In addition,the changes ofbreaking strength and moisture absorption were discussed.The results showed that chitosan and metal complexes were large and evenly distributed on the surface of the fiber in a large.Under the synergistic effect ofchitosan,copper a
4、nd zinc ions,the ramie fiber was endowed with great antibacterial properties.After 10 timesof standard washing,the antibacterial rates of finished fiber against to E.coli and S.aureus were still up to95%,and the release content of copper ion was 20.03 mg/kg,which met the standard requirements of inf
5、antproducts.Furthermore,the strength,moisture absorption&release ability of the fiber did not decrease.Therefore,performance of the fiber itself had not been negatively affected.Key words:chitosan;metal ions;ramie fibers;antibacterial;complexation苎麻纤维强力高，吸湿、散湿效率高，是一种性能优异的天然纺织材料。天然纤维在使用过程中容易滋生细菌和霉菌，这
6、不仅容易造成产品性能下降，甚至会影响人体健康。对纤维进行抗菌整理，已经成为纺织行业的发展趋势。壳聚糖作为一种天然抑菌剂，安全、无毒，但是通常需要较高的使用浓度才能曾婵娟1，2，陈珍珍1，2，肖春艳1，2，刘仁荣1，2，李九华1（1.南昌良良实业有限公司，江西南昌 330000；2.南昌市健康睡眠新材料工程技术研究中心，江西南昌 330000）摘要：利用壳聚糖络合铜、锌离子整理剂对苎麻纤维进行改性，再通过浸渍+微波的整理工艺，赋予其抗菌性能。对苎麻纤维表面形貌、分子结构进行分析，测试苎麻纤维的抗菌性、耐水洗性以及铜离子溶出量，此外还比较了改性前后纤维的断裂强力、吸湿性能。结果表明：经过整理的苎麻
7、纤维表面分布着大量壳聚糖与金属离子的络合物。在壳聚糖与和铜、锌离子的协同作用下，苎麻纤维被赋予良好的抗菌性，经过10次标准水洗后，纤维对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率仍然达到95%以上，铜离子的溶出量为20.03 mg/kg，达到婴幼儿产品的标准要求。并且改性整理未对纤维自身的性能造成负面影响，其断裂强力、吸湿放湿性均没有下降。关键词：壳聚糖；金属离子；苎麻纤维；抗菌；络合中图分类号:TS102文献标志码:B文章编号:1004-0439（2023）01-0030-06Performances of ramie fibers treated with chitosancomplexing co
8、pper and zinc ions铜锌离子络合壳聚糖改性苎麻纤维的性能收稿日期：2021-12-23基金项目：江西省重点研发计划一般项目（20203BBE53060）作者简介：曾婵娟（1992），女，硕士，主要从事纺织材料功能整理的研究。通信作者：刘仁荣（1969），男，教授，博士，研究方向为食品生物技术，E-mail：。印 染 助 剂TEXTILE AUXILIARIESVol.40 No.1Jan.2023第40卷第1期2023年1月1期表现出抗菌性1-2。然而，高浓度壳聚糖溶液的黏性大，对纺织品的整理难度较大，而且影响手感，单独使用效果又不够理想。Ag+、Cu2+等过渡金属离子不仅具有
9、广谱、持久的杀菌效果3，而且能够与壳聚糖发生配位络合反应，协同增强壳聚糖的抗菌活性4-6，同时提高金属离子的耐水洗性。在安全范围内，纤维中的铜、锌离子可使用浓度远高于银离子7。利用壳聚糖与Cu2+、Zn2+复合整理苎麻纤维，可以弥补壳聚糖在抗菌性及使用性上的缺陷。目前研究多采用两步法8-9，即通过两道整理工艺，将壳聚糖和Cu2+先后整理到纤维上，步骤多且耗时长，并且选用的Cu2+型抗菌剂大部分是铜氨溶液，气味浓而且带有很深的颜色。本实验采用浸渍+微波整理工艺，配合使用多元羧酸，将壳聚糖与Cu2+、Zn2+一步整理到苎麻纤维上，该方法操作步骤简单、抗菌效果良好，同时也不影响苎麻纤维原有的特性。1
10、实验1.1材料与仪器材料：精干麻（江西恩达麻业有限公司），低黏度壳聚糖（黏度小于等于 200 mPas，脱乙酰度大于等于 90%），食品级乳酸（含量 80%），渗透剂 JFC、五水合硫酸铜、七水合硫酸锌、一水合柠檬酸、次亚磷酸钠、三乙醇胺、琼脂粉、牛肉膏、蛋白胨、葡萄糖、氢氧化钠（分析纯），ATCC 25922大肠杆菌，ATCC 6538金黄色葡萄球菌，PBS缓冲液，ECE 标准洗涤剂98。仪器：Agilent 5800型电感耦合等离子体发射光谱仪，Thermo Scientific K-Alpha型X射线光电子能谱仪，Zeiss Sigma型扫描电子显微镜，SK2009H2型显微镜，YG75
11、1B型电脑式恒温恒湿箱，SW12A-I型耐洗色牢度试验机，M1-L213B型微波炉，YGB001A型电子单纤维强力仪。1.2壳聚糖/金属离子复合抗菌整理液的配制将壳聚糖粉末均匀分散在水中，加入乳酸使其充分溶解，得到 0.2%的壳聚糖溶液，用浓度为 0.02mol/L的NaOH溶液调节pH为5.56.0。将CuSO45H2O和ZnSO47H2O晶状粉末用水溶解后，加入壳聚糖溶液中（添加量分别为 0.008%和 0.02%），同时不断搅拌，10 min后得到均一透明的混合水溶液A。将1%柠檬酸、0.6%次亚磷酸钠、0.4%三乙醇胺充分溶解混合后，得到混合水溶液B。将溶液A与溶液B以1 2的体积比混
12、合后，加入 0.1%JFC，搅拌均匀，最终得到壳聚糖/金属离子复合抗菌整理液。另外配制2份整理液，其中一份溶液A中不加壳聚糖，而另一份溶液 A 中不添加 CuSO45H2O 以及ZnSO47H2O，其他组分及配制浓度均相同，以得到对照溶液。1.3改性苎麻纤维的抗菌整理将精干麻浸泡在复合抗菌整理液中（浴比为1.04.5），于80 恒温水浴中浸泡20 min后，取出放入离心机中甩除多余的整理液，使溶液残留率保持在95%105%。将甩干后的精干麻置于微波炉中，中火处理45 min，再放入烘箱中80 烘15 min，125 烘6 min，最后50 烘干。将整理的精干麻开松后，得到单纤维状态的苎麻纤维。
13、另取2份精干麻，分别使用配制的不含壳聚糖和不含Cu2+、Zn2+的整理液，采用相同的工艺进行整理，分别得到“条件对照试样-金属”和“条件对照试样-壳聚糖”。1.4测试与表征1.4.1表面形貌将整理前后的苎麻纤维用酸性红染料染色，洗去浮色后，放到光学显微镜下观察纤维表面上壳聚糖的分布情况，通过扫描电子显微镜进一步分析。1.4.2表面元素组成及其化学结合将纤维剪碎成粉末状，利用 X 射线光电子能谱仪，以Al K射线（hv=1 486.6 eV）为激发源，进行N、O元素的高分辨窄程谱图扫描，仪器采用C1s=284.80eV 结合能为能量标准进行荷电校正，并采用 Avantage 软件对各元素进行分峰
14、处理和分析。1.4.3抗菌性及耐水洗性能参考 GB/T 20944.32008 纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法 中第10.1.1部分“耐洗色牢度试验机洗涤方法”，取3 g纤维放入试验杯中洗涤，再将洗涤前后的苎麻纤维剪成长度小于5 mm的短纤，并按照该标准方法测试抗菌性。1.4.4铜离子溶出量按照 GB/T 17593.22007 纺织品 重金属的测定 第 2部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法，将苎麻纤维剪碎成长度小于5 mm的短纤，根据GB/T39222013 纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度 配制酸性汗液，用酸性汗液萃取纤维中的铜离子，并用电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定。1.
15、4.5吸湿放湿性能分别称取约 2 g 整理前后的苎麻纤维放入称量瓶中，保持纤维蓬松，置于105 烘箱中烘燥2 h后称曾婵娟，等：铜锌离子络合壳聚糖改性苎麻纤维的性能31印染助剂40卷量质量，移入20、相对湿度65%的标准大气环境中进行吸湿实验，每隔10 min称量一次质量，直到前后两次质量之差与后一次质量之比小于0.05%，计算纤维的含水率。继续将纤维转移至45 烘箱中开始放湿，每隔10 min记录一次质量，当前后两次质量变化小于0.05%时，达到放湿平衡。1.4.6断裂强力按照NY/T 26352014 苎麻纤维拉伸断裂强度试验方法 第8部分“单纤维断裂强力测定”方法，利用电子单纤维强力仪重
16、复测定250次，取平均值。2结果与讨论2.1表征2.1.1表面形貌酸性染料与纤维素纤维之间缺乏亲和作用，难以上染苎麻纤维。而壳聚糖分子上游离的氨基则能与酸性染料上的偶氮基、磺酸基等发生静电吸附作用10。利用酸性红染料对苎麻纤维染色，根据颜色分布的范围，直观展现壳聚糖在纤维表面的附着情况，侧面反映抗菌整理剂是否均匀分布在纤维上。图1a是未处理的苎麻纤维，在显微镜下，表面几乎观察不到颜色；而改性苎麻纤维（图1b）表面色素分布比较均匀，由此说明壳聚糖大量且均匀地附着在纤维上。图2a为未处理的精干麻，除残留部分胶质外，纤维表面比较光滑，而且分布一些细小沟槽；图 2b 为“条件对照试样-壳聚糖”，纤维表面覆盖了一层壳聚糖，在交联剂的作用下，壳聚糖在纤维表面交联成膜，填补了部分沟槽，使其变浅；而通过复合整理的改性苎麻纤维（图 2c）表面局部附着致密的细小颗粒，使得纤维表面变得更加粗糙，说明大量的金属离子络合在了纤维表面。2.1.2X射线光电子能谱由于Cu、Zn元素在整个纤维中所占比例很低，无法探测出信号峰，主要针对N、O两种相关元素进行分析。由图3a、3b可以看出，未处理的苎麻纤维表面只含有少量的