纳米材料用作纺织面料抗菌剂

1.抗菌剂及其分类
抗菌剂是指能够抑制细菌繁殖,破坏其生存环境,且有效持续发挥作用的药剂。抗菌剂分为有机抗菌剂和无机抗菌剂两大类。其中有机抗菌剂又包括天然的和合成的两类,无机抗菌剂主要包括金属、金属离子及氧化物等。通常所说的抗菌包括抑制、杀灭、消除细菌分泌的毒素以及预防等内容。由于无机抗菌剂具有热稳性强、功能持久、安全可靠的特点,加上近年超微细技术的发展,使纳米级的无机抗菌剂能够批量生产,并可共混或复合引人化纤中,这样就确保了抗菌化纤的产业化。

2.纳米抗菌剂
光催化特性是纳米半导体材料的重要特性之一。常见半导体化合物材料有TiOz、ZnO、ZnS、CdS& PbS等,考虑到安全及成本等因素,以 TiO2、ZnO的实用性较好,其中TiO2的使用最为普遍。

半导体的吸收波长阈值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阈值时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生光生电子(e)和空穴(h+)。此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子(·05),而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水,氧化成氢氧自由基(·OH)。而超氧负离子和氢氧自由基都具有很强的氧化性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物CO2和H2O。在反应过程中这种半导体材料也就是光催化剂本身不发生变化。
大量的研究表明,在纳米TiO2中添加部分纳米ZnO或在纳米ZnO中添加部分纳米TiO2,其处理织物的抗菌效果比单一纳米材料的抗菌效果好,说明纳米TiO2和 ZnO之间存在纳米协同效应。这是由于纳米TiO2和 ZnO的表面原子所
处的环境和禁带宽度不同,粒子的表面效应存在差异,因此对光尤其是紫外线的吸收有其特征的波段。当纳米TiO2和ZnO复合物处理棉织物后,能在更宽的波段范围内吸收紫外线,分解出更多的自由移动的带负电的电子和带正电的空穴,形成光生电子-空穴对,它们与周围的水和氧反应生成更多的0-、HO·、HOO·和 H2O2,从而更有效地把细菌杀死,使织物的抗菌效果得到提高。

纳米TiO2作为杀菌剂还具有以下几个特点:一是即效性好,如银系列抗菌剂的效果在24h左右发生,而纳米TiO2仅需1h左右;二是TiO2是一种半永久维持抗菌效果的抗菌剂,不像其他抗菌剂随着抗菌剂的溶出效果逐渐下降;三是有很好的安全性,与皮肤接触无不良影响。把纳米级超微细 TiO2分散到纺丝原料中再纺出化学纤维,做成的纺织品具有很好的抗菌性能,且价格便宜,因此,纳米TiO2作为目前主要的抗菌、除臭剂被广泛应用于功能纤维中。

金属离子抗菌

与有机抗菌剂相比，金属离子抗菌剂有着安全性好（毒性小、无致癌性）、抗菌活性高、耐热性良好、抗菌范围广、持久性长、不产生耐药性等优点，可广泛用于电子、汽车、建材、水处理、医疗、食品、饲料、包装、纺织、环保等领域。