一种基于溶胶－凝胶法的季铵盐纳米抗菌织物的整理方法

摘要

本发明涉及一种基于溶胶－凝胶法的季铵盐纳米抗菌织物的整理方法，运用溶胶－凝胶技术，以铵盐为催化剂，通过水玻璃和季铵盐或者季铵碱共同水解制备改性二氧化硅溶胶，采用浸渍、浸轧或浸轧堆置的方法在织物上形成抗菌凝胶涂层，从而赋予织物稳定持久的抗菌性能，可广泛应用于纺织品的抗菌整理。本发明的方法简单、成本低、易产业化。

说明书

技术领域

本发明属季铵盐纳米抗菌织物的整理领域，特别是涉及一种基于溶胶-凝胶法的季铵盐纳米抗菌织物的整理方法。

背景技术

自然界的有害细菌、真菌和病毒等微生物是使人类遭受感染、诱发疾病的主要原因。随着生活水平的提高，人们对卫生产品的需求越来越高。抗菌织物的研究与应用开发引起了世界各国的重视。目前，季铵盐抗菌剂在抗菌织物产品中占主导地位，季铵盐化合物能吸附带负电荷的细菌，具有良好的杀菌作用，由于即效好、种类多，因此使用广泛。但是，季铵盐化学活性较低，应用时基本以游离态存在，毒性相对较大，刺激性也强。将其作为抗菌剂应用在纺织品上是溶出型的，耐热性较差、易迁移，易洗脱，且易在人体表面逐渐富集，长期使用易产生病变。如何克服这些缺点，并保持其优点，研究获得长效型高效的季铵盐抗菌织物成为多年来的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于溶胶-凝胶法的季铵盐纳米抗菌织物的整理方法，该方法简单、成本低、易产业化，特别适用于纺织品的抗菌整理。

本发明的一种基于溶胶-凝胶法的季铵盐纳米抗菌织物的整理方法，包括：

首先制备整理液A或整理液B，之后分别使用整理液A或整理液B通过浸渍、浸轧或浸轧堆置工艺对织物进行抗菌整理。

整理液A是向质量百分比浓度为1～15％的水玻璃与质量百分比浓度为0.5～3％的季铵盐或季铵碱以及质量百分浓度为0.1～10％的聚乙二醇的混合水溶液中添加质量百分比浓度为3％～饱和浓度的铵盐，至溶液的pH＝10～11制备得到的水溶液；

整理液B是向质量百分比浓度为1～15％的水玻璃与质量百分比浓度为0.5～3％的季铵盐或季铵碱以及质量百分浓度为0.1～10％的聚乙二醇的混合水溶液中添加质量百分比浓度为3％～饱和浓度的铵盐，至溶液的pH＝10～11制备得到的水溶液。

抗菌整理实施的具体方式为以下方式中的一种：

(1)将织物在整理液A或B中浸渍20～60分钟，浴比为1：30～60，80-100℃预烘，120℃焙烘；

(2)将织物在整理液A或B中二浸二轧，带液率70～80％，80-100℃预烘，120℃焙烘；

(3)将织物在整理液A或B中二浸二轧，带液率70～80％，打卷堆置20～60分钟后80-100℃预烘，120℃焙烘。

所述水玻璃为模数范围为1～3.5的钠、钾或锂水玻璃。

模数范围指水玻璃试样中二氧化硅与碱金属氧化物Na₂O、K₂O或Li₂O的含量之比，即M₂O·nSiO₂(M＝Na、K或Li)分子式中的n。

所述聚乙二醇的分子量为100、200、400、600、800、1000、1500、2000、4000或6000。

所述铵盐为硫酸铵、硫酸氢铵、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、硝酸铵、甲酸铵、乙酸铵、丙酸铵、丁酸铵、柠檬酸铵、草酸铵、乳酸铵、马来酸铵、酒石酸铵、硬脂酸铵、偏钒酸铵、硼酸铵、磷酸铵、钼酸铵、硫氰酸铵、硫代硫酸铵中的至少一种，所述铵盐均指单、二和/或三铵盐。

所述季铵盐或季铵碱选自下列的结构式中所列化合物中的至少一种：

其中，R1～R7是下列元素或基团之一：氢(hydrogen)、烷基(alkyl)、烯基(alkylene)、炔基(alkynyl)、酰基(acyl)、芳香基(aryl)、羧基(carboxylate)、烷氧羰基(alkoxycarbonyl)、芳氧羰基(aryloxycarbonyl)、羧基胺(carboxamido)、烷基胺(alkylamino)、酰胺(acylamino)、烷氧基(alkoxyl)、环氧烷基(epoxyalkyl)、酰氧基(acyloxy)、羟烷基(hydroxyalkyl)、烷氧烷基(alkoxyalkyl)、胺烷基(aminoalkyl、alkylamino)、硫代基(thio)、烷硫基(alkylthio)、硫代烷基(thioalkyl、alkylthio)、氨基甲酰基(carbamoyl)、尿素(urea)、硫脲(thiourea)、磺酰(sulfonyl)、磺酸基(sulfonate)、氨磺酰(sulfonamide)、磺酰胺基(sulfonylamino)、磺酰氧基(sulfonyloxy)、烷氧基硅烷基(alkoxysilyl)、烷基硅烷基(alkylsilyl)以及氯硅烷基(chlorosilyl)；X是下列元素或基团之一：氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、羟基(OH)；m＝1～10，优先选择为1～3之间。

上述织物抗菌整理方法适用于任何天然纤维织物和合成纤维织物。

本发明是通过季铵盐或者季铵碱与水玻璃共水解制备季铵盐或者季铵碱改性的二氧化硅溶胶，采用浸渍、浸轧或浸轧堆置的方法在织物上形成季铵盐抗菌凝胶涂层，使之能够均匀分布于织物表面，从而制备抗菌织物。进一步通过季铵盐与二氧化硅网络之间的静电作用力，阻止季铵盐抗菌剂的游离释放，或者极大的减缓季铵盐抗菌剂释放的速度，使织物的抗菌性能稳定持久，达到长效型高效、安全和无公害的效果。同时，使用溶胶-凝胶法减小了织物涂层的厚度，对织物的手感、白度和强力没有任何影响。

使用溶胶-凝胶方法通过季铵盐或者季铵碱和水玻璃的共水解，在纤维或织物表层以及内部形成二氧化硅三维网络。依靠二氧化硅三维网络的物理包埋作用和与季铵盐分子之间的静电作用力，将季铵盐抗菌剂固着在SiO₂凝胶网络中。SiO₂纳米网络结构的“巢—栖”性能，增加了抗菌单元的附着力，同时也阻止或者减缓季铵盐抗菌剂的缓释，通过接触机械式杀菌，达到长效、稳定、高效的抗菌效果。

有益效果

(1)本发明方法简单、成本低、易产业化，特别适用于纺织品的抗菌整理；

(2)经本方法处理后的织物的抗菌能力优异，标准皂洗50次后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率仍然超过99％；

(3)抗菌剂在织物上的附着力强，季铵盐抗菌剂的溢出率低，耐洗性好，充分提高了抗菌剂在织物上的分散性和耐候性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

向质量百分比浓度为3％的水玻璃、0.5％的氯代十六烷基吡啶以及1％的聚乙二醇的混合水溶液中滴加5％的柠檬酸三铵水溶液，直至溶液的pH值达到10.7，之后搅拌30分钟，得到整理液B；将棉纱卡(20^s×16^s，128×60)在得到的整理液B中二浸二轧，带液率70％，80℃预烘3分钟，120℃焙烘3分钟，得到季铵盐纳米抗菌织物。

参照GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》，对整理织物进行抗菌性能测试，具体如下结果：

表1 各洗涤次数下的大肠杆菌的减少百分率

实施例2

向质量百分比浓度为5％的水玻璃和0.5％的十六烷基三甲基氯化铵混合水溶液中滴加5％的硫酸铵水溶液，直至溶液的pH值达到10.7，之后搅拌30分钟，得到整理液A；将棉纱卡(20^s×16^s，128×60)在得到的整理液A中二浸二轧，带液率80％，打卷堆置60分钟后80℃预烘3分钟，120℃焙烘3分钟，得到季铵盐纳米抗菌织物。

参照GB/T20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价》，对整理织物进行抗菌性能测试，具体如下结果：

表2 各洗涤次数下的大肠杆菌的减少百分率