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应用纳米TiO2对织物进行抗菌整理的研究

张环陈克宁杨俊玲孟欣苑国红（天津工业大学材料科学与化学工程学院）

【摘要】将纳米级TiO2制备成悬浮液，通过常规轧烘焙工艺整理棉织物，制备抗菌织物。以大肠杆菌为试验菌株，进行微生物培养，测试织物的抗菌性能，研究证明纳米TiO2能赋予织物较好的抗菌整理结果。

【关键词】纳米TiO2、织物、抗菌

TiO2作为一种优良的光催化剂已广泛应用于催化氧化环境中的有机污染物，纳米级TiO2比之普通粒径的颗粒更具有卓越的催化性能[1~2]。近十几年来，TiO2作为一种新型无机抗菌剂广泛应用于纺织品、卫生用品、建筑材料、涂料等领域[3~6]，其抗菌性能广谱、耐久、安全，而且其光化学稳定性优良，无毒、价廉。将纳米TiO2应用于织物上，可以赋予纺织品抗菌功能，具有重要的意义和广阔的市场前景。本文研究将纳米TiO2抗菌剂悬浮液作为织物整理剂，采用常规整理工艺制备出具有抗菌性能的织物。
1.实验部分
1.1仪器与试剂
28×28/354×196纯棉织物。
纳米TiO2（金红石型），粘合剂106，分散剂IW，大肠杆菌E.coli，营养琼脂。
HORIBALA-300激光散射粒度分布仪(日本岛津)，HYG-A全温摇瓶柜(江苏太仓实验设备厂)，HH.B11－600BS电热恒温培养箱(天津中环实验电炉有限公司),DL-101-1B电热鼓风干燥箱(天津中环实验电炉有限公司)，YX280B蒸汽消毒器（上海三申医疗器械有限公司），NM-450二辊轧车（日本）,DK-5E焙烘机(日本)。
1.2菌液准备
在无菌环境下，用接种环挑取少量转种三次的新鲜斜面菌种，放入生理盐水中制成菌悬液。用生理盐水将菌液稀释，稀释至菌浓度约104cfu/ml～105cfu/ml，备用。
1.3抗菌织物制备方法
整理工艺采用常规轧烘焙工艺，工艺为：二浸二轧—烘干（100℃/2min）—焙烘（160℃/2min）。
1.4织物抗菌性能测试
参照织物抗菌性能测试方法FZ/T01021-1992，将大肠杆菌菌液稀释至104～105cfu/ml浓度，取1ml菌液，分别加入测试及对照织物上，确保菌液均匀分布，封好封口，以防蒸发。于37℃，在光照条件下培养24h后，将织物上菌液充分洗涤后进行菌落计数，对比对照织物上剩余菌落数，计算抗菌织物抗菌率。

2.结果讨论
2.1TiO2抗菌剂的抗菌性能
本文实验采用金红石型TiO2，经由HORIBALA-300粒度测定仪对TiO2粒径进行测定，该测试仪的最小分辨率要求为颗粒粒径>100nm，经测试，仪器无法识别TiO2颗粒，故可确定该TiO2为粒径小于100nm的纳米级。
实验首先考察纳米TiO2抗菌性能。取一定量抗菌剂加入液体培养基中，加入实验菌株，37℃光照条件下振荡培养不同时间后，测定抗菌剂的抗菌率。测得抗菌率数据见表1。
表1纳米TiO2抗菌性能
编号抗菌剂量（ml）抗菌率％照射4h照射21h00001283.3%1002494.7%100由表中数据可知，抗菌剂用量和光照条件对TiO2的抗菌性有很大的影响。在一定光照条件下，抗菌剂表现较好的抗菌性。抗菌剂量较多时，在较短光照时间即具有较高抗菌性。在较低TiO2浓度下，延长光照时间21小时以上，培养体系中的细菌几乎全部杀灭。本实验所用抗菌剂具有很高光催化抗菌性。
二氧化钛光催化杀灭微生物细胞有两种不同的生化机理。TiO2在受到波长小于387.5nm的光照射时，电子激发跃迁，从而产生电子(e-)和相应的空穴(h+)。第一种是光激发TiO2和细胞的直接反应，即光生电子和光生空穴直接和细胞壁、细胞膜或细胞的组成成分反应。光激发TiO2首先破坏细胞壁和细胞膜，然后和细胞内的组成成分发生生化反应，导致功能单元失活而致细胞死亡。
另一机理是光激发TiO2与细胞的间接反应，即光生电子或光生空穴与水或水中的溶解氧反应，形成氢氧自由基和过氧化氢自由基等活性氧类。TiO2的光生空穴具有非常强的氧化能力，可将吸附在TiO2表面的O2和H2O氧化成活性羟基·OH、超氧原子·O2-、过羟基·OOH和H2O2。活性羟基等强氧化剂通过一系列链式反应与细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分发生生化反应，破坏细胞结构，使细菌蛋白质分解。
总之，TiO2催化杀菌效应是在光照条件下各种作用协同作用的结果。
图1为不同光照时间后的织物上菌落计数平板。
图1-a空白对照样图1-b光照4小时后试样图1-c光照21小时后试样图1不同光照时间后，TiO2抗菌性能的比较2.2粘合剂及分散剂对织物抗菌性能影响
经整理的实验织物，分别在不同条件下进行水洗，然后再进行抗菌测试。结果发现在缓和水洗条件下，仍有较好的抗菌性能。但经剧烈水洗后，织物抗菌性下降较多，说明TiO2颗粒和织物纤维间的作用力不牢固，经较剧烈水洗后大