无机纳米抗菌剂的制备及其在天然织物上抗菌机理研究

【摘要】：随着无机纳米抗菌材料在日常生活中日益广泛的应用,出现了很多传统的无机抗菌机理无法解释的现象。且无机纳米材料抗菌过程的研究呈现材料学、催化化学、微生物学等多个学科的交叉的特点,对该领域的研究提出了严峻的挑战。 本文在合成纳米ZnO、纳米TiO_2、纳米AgI等无机纳米抗菌剂的基础上,对无机纳米抗菌材料的抗菌过程进行了深入探讨,提出了新型的无机纳米材料抗菌理论。即通过液相沉淀法制备了纳米ZnO,利用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO_2,采用微乳液法制备了纳米AgI。通过X射线衍射(XRD)、差热分析(TG-DSC)、电子扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对合成粉体进行测试表征。进一步利用分散技术把粉体制成抗菌整理液,通过常规的后整理工序制备功能纺织品,并对纳米ZnO、纳米TiO_2、纳米AgI抗菌液制备的功能纺织品进行抗菌测试及其结果探讨,指出已有的传统无机抗菌剂的抗菌机理的局限性,建立了一种新型空穴抗菌模型。 主要研究工作和成果如下: (1)以硝酸锌和氨水作为主要原料,在液相中直接制备花状纳米ZnO,晶粒平均尺寸为20nm左右;采用溶胶-凝胶法合成了二氧化钛前驱体,在600℃高温煅烧下得到锐钛纳米TiO_2,晶粒平均尺寸为15nm左右,经700℃高温煅烧后得到金红石相纳米TiO_2,晶粒平均尺寸为20nm左右;以石蜡为乳化剂,采用微乳液法制备了纳米AgI乳液,晶粒平均尺寸为30nm左右。 (2)把无机纳米抗菌粉体制成抗菌整理液,采用常规的后整理工序制备了具有抗菌功能的纺织品。 (3)抗菌实验表明,纳米ZnO抗菌剂整理后的蚕丝织物和棉织物具有良好的抗菌性及耐水洗性,另外,整理后的棉织物还具有很好的抗菌长效性,随着时间的延长,它所显示的杀菌效果也没有发生衰退;经纳米TiO_2整理的织物也表现出很好的抗菌性,并且通过抑菌圈实验发现锐钛型的TiO_2抗菌效果优于金红石型的TiO_2;经纳米AgI整理的织物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都有很好的抑菌效果。 (4)通过对抗菌环境中pH的考察,抗菌试验的耐水洗性及碘化银的非溶出抗菌测试,结果证实了无机纳米抗菌剂的金属离子溶出抗菌机理的局限性;针对光催化机理,设计了有光与无光下的抗菌对比实验,结果显示有无光存在纳米氧化锌都能抗菌,证明了光催化抗菌机理也存在一定的局限性。 (5)提出了一种新型空穴抗菌机理,建立了新型的抗菌空穴模型。即无机纳米材料具有的空穴与环境中的水或氧作用,产生抑菌因子,抑菌因子的强氧化性,能够破坏微生物细胞的增殖,最终起到抑制或杀灭细菌的作用。