膨润土抗菌剂的制备及在粘胶纤维中的应用

允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕允陨晕孕韵蕴再栽耘悦匀晕陨悦哉晕陨灾耘砸杂陨栽再

Vol.27No.5October2008膨润土抗菌剂的制备及在粘胶纤维中的应用

渊1.太原理工大学新材料界面科学与工程省部共建教育部重点实验室袁太原030024;2.太原理工大学材料科学与工程学院袁太原030024;3.太原理工大学轻纺工程与美术学院袁山西榆次

030600冤

朱

岳1袁2袁戴晋明1袁3袁魏丽乔1袁2袁许并社1袁2

摘

要院采用硫酸对膨润土进行预改性后袁用十二烷基苯磺酸钠渊SDBS冤作分散剂袁与AgNO3进行离子交换反应袁制

备出载银膨润土抗菌剂.通过TEM尧SEM和EDS表征膨润土改性前后的形貌与成分袁观察到改性膨润土载有纳米银粒子.用该抗菌剂对粘胶纤维表面进行改性袁制备出抗菌粘胶纤维.抗菌性能测试表明改性粘胶纤维的抗菌率在97%以上.

关键词院膨润土曰抗菌剂曰抗菌纤维曰抗菌率中图分类号院TS102.511.1曰TS102.6

文献标识码院A

文章编号院员远苑员原园圆源载渊圆园园8冤园5原园园59原园4

Preparationofbentoniteantibacterialagentanditsapplicationinviscose

渊1.KeyLaboratoryofInterfaceScienceandEngineeringinAdvancedMaterialsofMinistryofEducation袁TaiyuanUniversityofTechnology袁Taiyuan030024袁China曰3.CollegeofLightandTextileEngineeringandArt袁TaiyuanUniversityofTechnology袁Yuci030600袁China冤

Abstract院TheAg-loadingbentoniteantibacterialagentwaspreparedafterthebentonitetreatedbysulphuric-acidand

thenionexchangewithAgNO3solution袁usingsodiumdodecylbenzenesulfonate(SDBS冤asdispersingagent.antibacterialagenttoformantibacterialfibers.Thetestofantibacterialpropertyshowthatthemodifiedfibers忆

Keywords院bentonite;antibacterialagent;antibacterialfiber;antibacterialratio

antibacterialratioisabove97%andtheantibacterialmechanismisdisscussed.

ThemorphologiesandconstituentsofuntreatedandtreatedbentonitearecharacterizedbySEM袁TEMand

UniversityofTechnology袁Taiyuan030024袁China曰2.CollegeofMaterialsScienceandEngineering袁Taiyuan

ZHUYue1袁2袁DAIJin-ming1袁3袁WEILi-qiao1袁2袁XUBing-she1袁2EDS.TheresultsshowthatAgnanoparticleloadsinthetreatedbentonite.Viscoses忆surfaceismodifiedbythe

随着生活水平的提高，人们对服装的要求也从以前注重服装的舒适性和美观性，提高到服装的抗菌、防臭、阻燃和防辐射等功能.有关抗菌等功能的纤维研究已有新的进展，功能纤维和织物的市场前景广阔，多功能服装更是受到消费者的青睐，研究具有功能性的纤维和服装成为当今纺织行业的热门课题[1~3].而功能服装离不开相应功能的材料，研究多功能的材料并在纺织领域应用是科研工作者的紧迫任务.膨润

、“膨土岩”，土又名“斑脱岩”是以蒙脱石为主要成分

的细粒粘土岩，因水易渗透进入其层间而膨胀，故称

粘接性、吸附性和阳离子交换为膨润土，具有膨胀性、

收稿日期院2008-05-28

性等.中国膨润土矿产资源非常丰富，预测资源量在

70亿t以上，居世界首位，种类齐全，并有超大型矿床[4~6].膨润土应用广泛，而作为抗菌剂载体的报道较少.无机抗菌剂具有许多优点，已成为近年来抗菌材料研究领域的一大热点[7~8].银离子抗菌剂满足纤维及

安全织物用抗菌剂的要求，具有高效抗菌、广谱抗菌、性高、相容性好和稳定性好等特性，所以目前制备的

无机抗菌剂通常使用的是银离子及其化合物.综上所述，结合膨润土与无机抗菌剂的特点，研制出一种载银膨润土抗菌剂，可在纺织领域应用，满足人们对功能纤维和服装的需求.有关载银膨润土的报导很少，

作者简介院朱岳(1983—），男，硕士研究生；戴晋明(1956—），男，教授，导师.E-mail：tgmydjm@163.com

（2007-32）（2004CB217808）基金项目院山西省归国留学人员基金项目；国家自然科学基金项目(20671068）;国家973计划项目

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而将载银膨润土应用在纺织领域的研究更少.本课题

防臭等多功能的载组试验目的是研制一种具备抗菌、

银膨润土复合材料，并将其应用到纤维和服装领域.

1实验部分

1.1实验材料

大同星宇膨润土，上海试剂四厂产品；粘胶纤维，

太原化工农药人纤有限责任公司产品；分析纯硫酸，

（SDBS），天津厂产品；十二烷基苯磺酸钠C18H29NaO3S

市科密欧化学试剂开发中心产品；分析纯无水乙醇，

分析纯AgNO3，天津市赢达天津市化学试剂三厂产品；

（E.coli）山稀贵化学试剂厂产品；ATCC8099大肠杆菌，

西医科大学产品；ATCC6538金黄色葡萄球菌（S.au原

太原理工大学煤reus），山西医科大学产品；去离子水，

化所产品.1.2实验仪器

北京化玻联医疗器械有8002型电热恒温水浴锅，

限公司产品；JJ-1型定时电动搅拌器，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂产品；LD4-2型低速离心机，北京医用离心机厂产品；KQ218型超声波清洗器，南京市

日安铎贸易有限责任公司；JSM-6700F型扫描电镜，

本电子公司JEOL产品；HRJEM-2010型高分辨透射电镜，日本电子公司JEOL产品；79-1型磁力加热搅拌器，南京达诺仪器仪表有限公司产品；HPX-9052MBE型数显电热培养箱，江西科翔仪器设备有限公司产品；无菌操作台，苏州佳宝净化工程设备有限公司产品.

1.3载银膨润土制备

将6g膨润土放入三角烧瓶中，然后加入220mL的稀硫酸（1.5mol/L），在95益水浴中加热并以2000r/min的转速搅拌3h；将上述混合液在离心机中分离，用去离子水洗净膨润土，直至pH接近7；将上述膨润土放入三角烧瓶中，加入200mL去离子水，在55益水浴中缓慢搅拌10min，然后加入100mL十二烷基苯磺酸钠（1.4伊10-2mol/L），30min后调节pH值为6.5~7，加入100mL的AgNO（），调节搅拌转速30.02moL/L约为800r/min，搅拌2h，取上层浑浊液离心分离，用去离子水洗涤至无银离子；用无水乙醇分散并在60益烘箱中烘干，研磨后过400目筛.1.4抗菌纤维制备

取5g粘胶纤维放入烧杯中用去离子水洗涤3次，然后加入200mL去离子水；将2g载银膨润土放入另一烧杯，加入30mL无水乙醇，并用超声波清洗

1.5.1形貌观察

通过扫描电镜SEM和高分辨透射电镜TEM对膨润土改性前、后形貌结构进行观察.1.5.2EDS测试

通过X射线能谱仪EDS测试其化学成分及含量.1.5.3抗菌性能测试

依照《消毒技术规范》振荡烧瓶法测试纤维的抗菌性能.选取ATCC8099大肠杆菌和ATCC6538金黄

1.5

器分散5min；加入1mLKH-560偶联剂，继续分散5min，然后加入到上述纤维中，在磁力加热搅拌器上缓慢搅拌，温度保持在35益左右，再加入1mLKH-560偶联剂，2h后取出纤维，在空气中晾干.

性能测试

色葡萄球菌为抗菌性能测试菌种.将用载银膨润土改性的粘胶纤维剪成长约1cm的样片，称取0.75g，放

cfu/入250mL三角烧瓶中，加入浓度为（1伊104耀5伊104）

mL的菌悬液75mL，把烧瓶固定在振荡摇床上，以300r/min振摇1h.振摇前、后各取0.5mL样液，用磷酸盐缓冲液做适当稀释后，以琼脂倾注法接种平皿，37益温箱培养18耀24h，进行活菌计数.同时用未改性的粘胶纤维做阴性对照.试验重复3次.按活菌培养计数技术进行活菌培养计数.抗菌率计算如下：

抗菌率=A-B伊100%

A式中，A为样本振荡前平均菌落数；B为样本振荡后平均菌落数.

2

2.1

结果与分析

形貌结构

膨润土、载银膨润土的SEM形貌结构如图1、图2所示.

图1膨润土的SEM形貌结构

Fig.1SEMimagesofbentonite

从图1可知，膨润土是层状结构，构成片层的这

PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn第5期朱岳袁等院膨润土抗菌剂的制备及在粘胶纤维中的应用

-61-ElementWeight%Atomic%SpectrumOK52.6966.13NaK1.811.58MgK0.770.63AlK8.496.32SiK33.5423.98CaK2.711.36Totals100.0CaCa

5

6

7

keV

O

Si

01234

FullScale905ctsCursor:7.885keV（0cts）

Ca

Mg

Na

Al

（a）膨润土

Spectrum图2Fig.2

载银膨润土的TEM形貌结构

Si

O

TEMimagesofAg-loadingbentonite

些基本颗粒是由纵横尺寸比很大的薄片构成，直径约

为100耀200nm，单层厚度只有1nm，5耀10层这样的薄片通过层间阳离子作用结合在一起，这些基本颗粒又

[9]，构成了更大的不规则的集团（直径为0.11耀10滋m）

这些不规则的集团一片一片重叠结合在一起，形成更大的层间距和孔隙，具有很大的比表面积和较强的物理吸附性能.同时膨润土晶体结构中四面体层的Si4+部分被Al3+、P5+置换，八面体中的Al3+部被Mg2+、Fe3+、Zn2+、Li+等置换，它们很容易和有机或无机阳离子进行交换得到离子交换型膨润土，并且有很大的离子交换容量，可达100耀150mep/100g，具有较强的物理和化学活性.

膨润土和银离通过图2透射电镜照片可以看到，

子已经较好地结合在一起，其化学反应过程为：Bent-R+Ag+寅Bent-Ag+R+钠离式中，A+表示钙、镁等离子；R+表示溶液中的氢、

子；Bent-A，Bent-R，Bent-Ag表示膨润土与A+、R+、Ag+复合在一起.

镁等离子先与硫酸中的上式表明膨润土中的钙、

氢离子和十二烷基苯磺酸钠中的钠离子反应，交换成分，使得膨润土通道中的杂质除去，孔道得到疏通，有利于吸附质分子的扩散.同时H+半径小，取代了膨润土孔道中的Na+、Ca2+、Mg2+等离子，使孔容积增大，并削弱了原来的层间力，层间晶格裂开，层间距和孔隙率增大、比表面积增加，活性增强[10].预处理改性的膨润

孔土与银离子交换吸附，膨润土主要通过片层间距、隙的物理吸附作用和预改性处理后携带的阳离子与

银离子进行离子交换反应而形成载银膨润土.2.2EDS能谱分析

载银膨润土的能谱分析图.图3为膨润土、

膨润土的理论结构式是（Ca，Na）0.33（Al，Mg）2Bent-A+R+寅Bent-R+A+Al

ElementWeight%Atomic%OK53.4667.94AlK5.824.38SiK37.3627.05AgK3.360.63Totals100.00Ag

01234

FullScale905ctsCursor:7.885keV（0cts）

567

keV

（b）载银膨润土

图3Fig.3

膨润土和载银膨润土的能谱分析图

EDSofbentoniteandAg-loadingbentonite

（Si4O10）（OH）2}·nH2O，是由两层硅氧四面体中间夹带一层铝（镁）氧（氢氧）八面体片构成的2颐1型层状硅酸盐，具有膨胀性、粘接性、吸附性、阳离子交换性等[11].通过X射线能谱仪（EDS）观察可知，本实验用膨润土的化学成分为：氧、钠、镁、铝、硅、钙等元素，其含量百分比如图3（a）所示.载银膨润土中的Na+、Ca2+、Mg2+等离子已与银离子进行离子交换反应，银离子和膨润土结合在一起.其成分含量如图3（b）所示：载银膨润土中的银质量分数为3.36%，银离子占微粒总量百分比为0.63%，形成了载银膨润土复合材料，其化学式为Ag0.63Al4.38Si27.05O67.94.这种复合材料具有膨润土经过硫

如防臭、阻燃等性能[12~14]，酸改性后的众多优异性能，

同时由于膨润土与银离子的结合，具有了银离子抗菌剂的抗菌性能.2.3抗菌性能

纤维抗菌性能测试结果见表1.

表1纤维抗菌性能值

Tab.1

抗菌试样粘胶纤维改性粘胶纤维Testoffiber忆santibacterialproperty

抗菌率/%抗菌差值标准跃26跃26ATCC8099大肠杆菌3.198.3ATCC6538金黄色葡萄球菌2.497.4PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn-62-天津工业大学学报第27卷

ATCC8099大肠杆菌、ATCC6538金黄色葡萄球菌的抗菌率均小于5%，表明粘胶纤维没有抗菌性能.经过载银膨润土改性的粘胶纤维抗菌率均大于97%，与对照样粘胶纤维抗菌率的差值大于95%，远大于差值标准

由表1可知，未经过改性的粘胶纤维对

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26%，表明改性粘胶纤维有很好的抗菌性能，且因为有偶联剂的交联作用和膨润土的吸附力作用使得抗菌剂与纤维牢固地结合在一起，具有较好的耐洗涤性，洗涤20次以后改性粘胶纤维对ATCC8099大肠杆菌、ATCC6538金黄色葡萄球菌的抗菌率仍在90%以上.改性粘胶纤维具有抗菌性能，其主要原因是：粘胶纤维与载银膨润土复合，其中所含银元素具有很好的抗菌性能.关于银系抗菌剂的抗菌机理，目前有如下两种解释[15~17].

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3结论

膨润土经过硫酸预改性处理后与硝酸银进行离

子交换反应与吸附作用，与银离子复合在一起，制备出载银膨润土，具有很好的抗菌性能，同时兼备改性膨润土的优异性能，是一种多功能的复合材料.利用载银膨润土改性的粘胶纤维具有很好的持久抗菌性能，抗菌率在97%以上.可以预计，随着研究的不断深入，载银膨润土应用到纤维后整理中是完全可行的，将会出现越来越多的利用载银膨润土复合材料开发的新型多功能纤维，为人民生活提供性能优异的抗菌服装.参考文献院

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