在纤维素材料的抗菌整理中引入蒽醌类还原染料.docx

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在纤维素材料的抗菌整理中引入蒽醌类还原染料

在纤维素材料的抗菌整理中引入蒽醌类还原染料

摘要：

许多蒽醌化合物在一些方面展现出优良的前景，如解决材料在长波紫外线下或者荧光灯照射下。

两种蒽醌衍生物通过还原染色被合并到一起。

染色织物展现了光致杀菌性能。

并且具有耐洗和耐曝晒性能，它的结构和表面形态由傅里叶变换红外（FTIR）光谱和扫描电子显微镜（SEM）可以得到检验。

织物的机械性能由拉力试验机来测量。

结果显示,蒽醌化合物有不同的轻微活动，导致了对面棉纤维的不同表面和机械影响。

关键词：

抗菌功能，还原染色，光致功能，蒽醌种类，纤维素材料，染色处理

一，介绍

制备抗菌纺织品是为了阻止疾病通过服装材料传播，各种技术都在研究将物理和化学技术结合起来用于杀菌剂，例如，N-halamines,季铵盐，还有重金属银，在聚合物，纤维和织物表面。

此外，还有光敏化学物，像二氧化钛，纳米粒子，卟啉光敏剂。

在光照下，聚合物表面能有效的生成活性氧，这可能提供光致抗菌、自洁功能。

纳米颗粒对纺织品的使用带来的问题对人类的安全技术,由于纳米颗粒可能会从纤维的表面渗透进人体。

卟啉化合物可以共价连接到聚合物,但大多数能在光照下产生强效的单线态氧，这些单线态氧在空气中存活时间很短，因此不能很有效的为纺织品提供抗菌剂。

近来，一些蒽醌化合物被发现和使用最终成为光致抗菌棉织物。

蒽醌衍生物的光活性功能很大程度上取决于化合物的结构和周围环境。

有趣地，蒽醌化合物是第二丰富的色素基类化学结构，许多天然着色剂也含有蒽醌集团，特别地，那些芦荟制成的乳胶,真菌,番泻叶和一些昆虫。

光活性化合物的抗菌功能将形成三联体的兴奋状态蒽醌结构和顺向生产活性氧（ROS）在水相如过氧化氢。

结果，酸处理的棉花已经证明优秀的自洁功能包括抗菌功能和农药的分解。

尽管蒽醌用酸处理棉纤维是成功的，反应和处理过程没有实际由于使用的催化剂,反应时间长检查light-active蒽醌化合物的结构，许多拥有还原染料的结构特性。

这些可以利用商业性的还原染色过程合并到还原棉纤维中。

在还原染色过程中，蒽醌结构减少，然后与氢氧化钠反应,形成水溶性酚钠，所以被称为隐色盐，银色盐很容易通过还原染色过程，固着在纤维上，然后被溶进水中进入不溶性蒽醌内部。

这种方法可以便于制备抗菌棉织物由于实现潜在的颜色和多种功能在一个潮湿的处理，一个环境友好型过程。

因此，light-active2-ethylanthraquinone。

尽管不是真正的还原染料，因为它对纤维素的亲和力很低。

一个真正的还原染料，还原黄GCN，拥有蒽醌基本结构，可以被选用。

还原黄GCN不同于2EtAQ。

对棉有很高的亲和力，对棉织物能达到很高的竭染率。

使用还原黄GCN可以进一步证实这一概念和支持技术的实用性。

在这项工作中，这两种蒽醌被还原染色过程应用到棉中。

这种光致杀生活动进行的棉织品进行评估。

通过傅里叶变换红外（FTIR）光谱检验，扫描电子显微镜（SEM），还有拉应力测量。

通过洗耐用性、可重用性和稳定性对还原染色织物进行了评估。

二，实验方法

2.1，材料

漂白和退浆棉布面料（#400）,由布料测试公司提供的。

2EtAQ和亚硫酸氢钠从ACROS公司购买。

还原染料黄GCN（C.I.67300），从徐州吉打州精细化工有限公司获得。

其他在棉织物的处理中所用的化学品由费舍尔科学公司和EMD化学品公司提供。

琼脂和营养肉汤细菌从BDDifco测试中获得，所有试剂在接收后都没有进一步的净化。

2.2，整理面料

2EtAQ和还原染料黄GCN被用于棉织物的还原染色中，染色浓度从1%变化到9%（按织物重量计算）对于2EtAQ，而还原染料黄的染色浓度是0.5%到3%。

所需数量的化学物质是均匀地分散在水中在碱性条件下（pH>11）,然后用连二亚硫酸钠在50度时反应10分钟。

化合物是减少纤维素的实质性的隐色盐结构，棉织品沉浸进盐溶液后用蒸馏水稀释20倍，染色过程在室温搅拌持续反应50min。

为了改善化合物纤维素材料的竭染率，硫酸钠作为电解液添加到染色浴,。

2EtAQ的处理浓度是80g/L，还原染料黄GCN则是60g/L。

染色完毕后，实验后的织物样本须是干燥的，化合物的面料到原始蒽醌化合物在室温下是在空气中。

所有实验样本在沸腾的清洁剂中洗净，时间为30min,晒干后在室温下过夜保存。

2.3，整理后织物的特征

红外光谱处理棉织物在6700时记录下样本红外光谱分光光度计（热电子有限公司）。

采用溴化钾h获取条件的光谱范围4000−400cm-1,解析度是4cm-1，在64出累积。

用扫描电子显微镜检查处理和曝光前后样品的表面形态（飞利浦XL30）。

日晒后的织物进行了紫外线交联，用5个8WUVA灯（365纳米波长），光源和样品之间的距离是12厘米。

光强度的交联是30mW/平方厘米。

用色度计测量处理样品的颜色变化（Color-Eye7000A,GretagMacbeth）以日光D65为标准。

每个测量由CIE表示L*a*b*比色刻度尺。

L*表示样品的明度值范围从0（黑色）到100（白色），a*表示之间的位置红色（正面）和绿色（反面），b*表示了黄色（正面）和蓝色（反面）。

这之间的色差控制和整理样本表示为ΔE（eq1）基于国际照明委员会（CIE76）。

这里L*1,a*1,和b*1表示一个控制样本的属性，L*2,a*2,andb*2则是处理样品的相应参数。

棉织品的拉伸应力则用英斯特朗拉力试验机评价（美国）根据修改D5034-09断裂强度和延伸率的标准测试方法的纺织面料（抓取测试），实验数据均从五个样品中获得（1in.×6in.）。

整理后织物的洗涤耐久性则使用耐洗牢度测试仪（阿特拉斯电气设备有限公司）来评价。

使用61-2003分制后测试方法：

洗涤，家用，商业用地染色坚牢度。

2.4，整理后织物的抗菌功能

阴性球细菌，大肠埃希氏菌（k-12）以及革兰阳氏菌，葡萄球菌（写明ATCC12600），生长在生长在营养肉汤和大豆胰蛋白酶的汤，在有氧条件下,在37°C过夜（18−24h）之前使用。

光致对大肠杆菌的抗菌功能评估是根据修改后的100分制测试方法。

一夜后的细菌与磷酸盐缓冲盐水稀释（PBS）大约105CFU/毫升，两块3×3厘米2色板未经处理的棉织物（控制）和整理被放置在单独的无菌培养皿和接种300μL细菌悬液，分别地。

然后样品暴露在UVA（365海里）的光具有不同曝光时间的紫外线交联，而其他控制样品（控制II,样品没有UVA照射）存储在黑暗环境下同样的时间段。

后来，每个样品都放入30毫升的消毒PBS的溶液，1min后混合物大幅度的动摇了，然后0.1毫升的混合溶液是混合了系列，稀释并放置在一个琼脂板上。

在测试中对金黄色葡萄球菌、色板2×9平方厘米大小的整理后的棉织品放置在单独的消毒聚苯乙烯离心管中（康宁430055,康宁公司。

）和3ml细菌悬液的浓度大约104CFU/mL被添加到每一个玻璃管。

所有管子都是光照射在UVA（365nm）,在不同的曝光时间下。

控制试管样品满是铝膜和在黑暗的环境下放置同样的时间。

然后0.1毫升的混合溶液混合了系列稀释溶液和也被放置在一个琼脂板。

在37°C，18h孵化后,手工计算琼脂检查和集落形成单位（CFU）的数量,微生物还原速度计算根据以下方程:

细菌的还原速度（%）=（B-A）/B。

（2）

B是控制II的菌落数（没有曝光），B是曝光样品的菌落数。

三，结果与分析

3.1还原染色棉的结构特征

蒽醌,苯甲酮化合物具有光动功能可能在纤维素上导致光致功能，但将化学物质转移到棉纺面料是不现实的。

然而,还原染色工艺提供了一个实用的选择将这些化合物转移到棉织物上。

在实验探索后，2EtAQ和还原染料黄GCN经过还原染色过程都被上染到棉织品上。

处理织物时，蒽醌化合物的结构是由红外光谱确认处理织物,如图1所示。

蒽醌羰基化合物的结构新的特征峰在1671和1668cm-1,,可以观察到经2etaq和还原黄色GCN处理后的棉织品。

减去红外光谱谱（图1a（b）和（b））2etaq和还原黄色GCN处理的棉织品，通过的控制样本提供更多的特征信息。

除了达到1671cm-1，在1570CM峰高处，2etaq整理样本对应于芳香处理蒽醌结构的碳碳双键拉长。

还有一个宽峰在1668cm-1左右在还原染料黄GCN染色后的样本上，这是由于可以归因于羰基的结合蒽醌结构的拉伸以及碳碳双键的拉伸。

碳碳双键还原黄色GCN苯基环结构的伸缩振动对应于新高峰在1451CM-1减光谱。

新高峰的减去光谱对材料很好的匹配纯2etaq（d）（图1）或还原黄色GCN之下（图1b（d）），这些观察结果证明了成功结合蒽醌物种到棉纤维的还原染色工艺。

3.2光致抗菌功能

蒽醌化合物的成功整合到纤维素可能给织物带来light-active功能，最明显的一个是光致还原染色棉织物的抗菌功能，这是评估在试管内对大肠杆菌（革兰氏阴性）和金黄色葡萄球菌（兰氏阳性）根据测试方法。

处理和未处理样本接种细菌悬浮液在UVA光线照亮（365海里）的影响剂量30mW/cm230或60分钟（相当于影响剂量的54J/cm2或108/cm2）。

细菌的还原速率，由菌落计数的比例从2etaq和还原黄色GCN处理和控制样品决定。

根据实验结果,未经处理的棉花没有任何明显的抗菌功能,类似于样品没有经过光辐射。

在不同浓度2etaq和还原黄色GCN曝光，在棉织物上得大肠杆菌（革兰氏阴性）和金黄色葡萄球菌（兰氏阳性）易受影响。

照明30分钟后，所有处理样品展示清晰的光致抗菌效应。

因为2ETAQ是一种活性剂，在同一浓度3%（owf）时，在抵抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌方面，2etaq处理后的棉花比还原黄色GCN处理的棉花更强大至少30%，表明蒽醌结构影响其光活性。

在溶液中，强大的光活性功能2etaqUVA光线下观察到的（365海里）相比,在同等条件下还原黄色GCN之下，与越来越多的蒽醌化合物结合。

织物表明增强在长波紫外线下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有强大的杀伤力。

事实上,还原黄色之GCN在弱光下活性功能使它成为一个商业染料对棉织物不需要担心褪色或其他光致影响面料。

所有样品,曝光后60分钟,显示出细菌减少利率99−99.99%。

同样值得提的是对金黄色葡萄球菌的抗菌的细菌悬液在聚苯乙烯管中，进行了测试，由于细菌对温度和干燥的敏感性。

可以部分块UVA照射试管，降低光致活动的效率。

因此，处理样品的实际还原速度对抗金黄色葡萄球菌随着直接曝光量将增加。

光致抗菌功能的洗涤耐久性通过反复洗涤测试评估，结果如表2所示，全棉面料洗（染色织物）耐洗牢度试验仪（原为商标名）分制标准下洗涤，得分61，相当于普通家庭洗5次。

结果表明:

蒽醌物种棉花纤维可以经受一次又一次的洗涤，在测试中，虽然在减少细菌金黄色葡萄球菌有一些损失。

这些损失主要是由表面的化学物质引起的。

蒽醌物种被困在面料,然而,稳定和动态失活函数能够提供足够的光线。

此外,根据实际使用光致杀生的材料,样品应具备良好的稳定性对长期曝光和仍然有效光致杀生的功能。

为了验证这一功能的光致稳定性,控制和处理样品选择的浓度2etaq之下被放置在UVA照明两个连续60分钟曝光,和他们的抗菌功能评估。

所有面料样品在如此密集的曝光后，没有显示任何减少光致杀生的功能（表3）。

因此,棉织物上的功能在测试照明期间基本上是不变的。

3.3，扫描电子显微镜

用扫描电镜检查控制和处理的棉花地表面形态。

控制和处理样品的SEM图像和之前曝光了图2−c。

在棉纤维染色后观察，没有明显的结构性变化。

在UVA照射后8小时后。

扫描电镜的图像采集标本（图2′−c′），经过9%2etaq处理的棉花样品在表面观察到了重大变化。

而未经处理的（控制）和还原黄色GCN染色棉样品完好无损。

最明显的变化是，经2etaq处理的棉花纤维凹槽和裂缝暴露纤维，甚至一些纤维表面的peel-offs,可能损害产生的活性氧所致light-active2etaq纤维素。

光致损失的差异在两个2etaq（9%）和GCN（3%）对棉织物是由化学物质的数量和光致活性棉织品,以及他们light-active属性。

事实上,光致杀生的属性有由于相同的活性氧生成表面的纤维。

因此,非常强大的光致活动可能对纤维导致一些物理损害和其他问题,而这些潜在影响应该彻底检查。

3.4,机械性能

由于光照造成处理样品的纤维机械性能改变是表面的损伤。

首先,未经处理样品的拉伸应力和处理样本在不同浓度样化学物质在曝光之前如图3所示。

结果表明:

未经处理的织物具有抗拉应力约为32.5MPa,也就是说还原染色过程没有造成拉伸损失棉织品。

纯棉显然不受该UVA曝光一些边际的变化而影响。

UVA光线不改变还原黄色GCN棉织品的机械性能，在整个浓度范围和持续时间8h曝光时间。

然而,UVA光线明显表现出显著影响2-EtAQ处理织物的力学性能。

面料拉力力学性能损失加剧是随着延长曝光时间和2ETAQ浓度的增加的。

在8h的曝光后,2etaq处理后的样本可能失去20%的原始样品拉伸应力,这是一个非常重大的损失。

在扫描电镜图像上可以很好的观察到经2-EtAQ处理后面料减少的拉伸应力与表面形态很好的吻合。

这种负面影响的光致代理商处理面料应该彻底和仔细地管理,提供所需的功能。

3.5，色牢度

因此,染色织物的颜色可能受曝光的影响。

因此,还原染色分析了棉花UVA曝光之前和之后使用色度计,对样本进行长时间光照射以检查色牢度。

表4总结了的颜色差异（ΔE值）2etaq和还原黄色GCN染色棉织物。

还原黄色GCN染色棉表现出很好的光稳定性与ΔE值2−3的范围,除有0.5%8h,这可能是一个错误,而2etaq染色织物颜色都表现出巨大的差异。

结果证实,还原黄色GCN染色棉拥有优秀的抗紫外线色牢度,满足一般要求产品要求的耐光性。

2ETAQ染色棉样品的颜色变化更为重要，当它们最初被UVA照射时,和后续的曝光会影响较小,可以观察和比较之间的差异在4到8小时间。

颜色变化的主要因素是Δb*,泛黄的效果,尤其是经高浓度2ETAQ染色的样品。

黄色可能归因于化合物的光致结构性变化。

此外,生成的活性氧light-active物种会加速氧化纤维素的结构,这也导致颜色变黄,以及观察到物理损坏。

4，总结

2etaq和还原黄色GCN染色棉织物显示光致抗菌效果对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。

这一功能在洗涤和稳定的长期曝光下更持久。

2etaq是一个强大的lightactive助剂,但不是一个好染料。

2etaq染色面料可以忍受对颜色和纤维的光致损害，由于其高感光度。

还原黄色GCN染色棉面料还具有良好的力学性能和在曝光下有限的颜色变化,使还原黄色GCN成为良好的多功能染料。

结果提供了使用ight-active还原染料功能助剂的可行性。

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