谢跃亭，肖俊江，罗智红，邢善静，丁坤

(新乡化纤股份有限公司，河南 新乡 453011)

0 引言

化学纤维和绿色材料相结合，可开发复合多功能纤维，促进新型纤维产业升级[1]，由此，抗菌抑菌多功能性复合纤维逐步应用于生产实践中。

由于细菌易附着纤维表层，对人体皮肤存在危害，因此天然抗菌纤维和人工抗菌纤维成为当前研究趋势[2-3]。抗菌纤维在抗菌医疗纺织品中，可有效抑制致病微生物繁殖，提高公共环境卫生健康水平，达到预防疾病、保护医护人员安全的目的[4-6]。目前，抗菌纤维存在抗菌持久性差、抗菌范围较小等问题，需加大科研投入，促进抗菌抑菌纤维朝抗菌持久、高效方向发展，并符合纤维清洁生产需求[7]。

1 国内抗菌抑菌功能纤维技术的研究

目前，众多科研单位集中投入抗菌功能纤维的研究，抗菌抑菌功能纤维成为科研工作者的攻坚项目。抗菌纤维主要是把抗菌抑菌材料与化学纤维有效结合，借用抗菌材料性能进行杀菌。例如石墨烯高分子材料和化学纤维均匀混合进行纺丝，可起到抗菌抑菌效果。常见抗菌材料有抗生素、壳聚糖、二氧化钛、银等。

抗菌纤维属于功能性纤维，其中抗菌材料与纤维结合效果、抗菌效果及抗菌持久性是科研界比较热门的话题。在抗菌功能纤维技术研究中，胡承功等人在研究聚乙烯醇PVA-Cu及聚乙烯醇PVA-Hg配合物抗菌性能实验中，优化实验体系pH、温度和时间，将铜离子、汞离子与聚乙烯纤维发生配位化学反应，所制得的配位化合物纤维具备良好的抗菌抑菌作用及抗菌持久性。在抗菌性能指标测定中，PVA-Cu功能纤维对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的杀菌率分别为95.0%、90.0%，表现出优良抗菌性能，但对金黄葡萄球菌表现出零抗菌性能；PVA-Hg功能性纤维对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的杀菌率为85.0%和76.0%，抗菌性能明显低于PVA-Cu功能性纤维，但对金黄葡萄球菌抗菌率为45.0%，抑菌效果较差[8]。

吴娇等人在研究抗菌防螨功能改性纤维实验中，采用植物山苍子与小茴香精华液、百里香提取液加入粘胶纤维中，充分混合后纺制抗菌功能性粘胶纤维且其断裂伸长率有一定提升。该纤维可破坏细菌细胞壁结构，抑制细菌生长，在经水洗20次后，对经黄色葡萄球菌与白色念珠菌的杀菌效果较有提高[9]。黄仙在研究植物中药土茯苓、苦参和地肤子提取化合物结合粘胶纤维功能性研究中，中药成分可提升功能分子的断裂强度及纤维结合力。通过电镜扫描发现，该纤维表面分布有槽沟，可增强纤维间结合力，复方中药功能性纤维对金黄色葡萄球菌的抗菌率高达98.78%，远高于国家标准抑菌值70.0%[10]。

何丹农在研究聚酯基纳米杂化阻燃/抗菌功能纤维实验中，运用绿色环保的无机纳米抗菌材料(载银系列)和聚酯基纳米材料混纺成功能性纤维，可达到长效缓释作用，断裂伸长率高于15%，大肠杆菌的抗菌率高达99.9%[11]。俞行等人研究纳米材料在复合功能纤维应用实验中，阐明纳米二氧化钛等光催化系列抗菌剂，可将细菌及其残骸彻底清除，并及时处理细菌释放的毒素。纳米系列抗菌材料还具备除臭效果。研究发现，经反复洗涤50余次的纳米抗菌纺织物对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率高达99.99%，白假丝酵母抗菌率为99.98%，为抗菌功能性化学纤维的研发提供了思路[12]。丁筠在研发抗菌色母粒与PET混合制备抗菌功能纤维工作中，经双氨基改性的纳米载银磷酸镧抗菌材料和抗菌用金属氧化物充分混合，向其加入聚酯粉体，制作的PET抗菌抑菌功能纤维对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均大于99.0%，且纤维伸长率较好[13]。

在抗菌性功能纤维生产实践中，新乡化纤股份有限公司专门建立功能性纤维攻关技术课题组。谢跃亭等人发明了多种抗菌性功能纤维，将纤维素纤维磺酸酯与银沸石抗菌材料混合，添加些许分散剂，纺制抗菌粘胶纤维。在抗菌性能测定中，采取载体微量定性来检验抗菌抑菌功能性粘胶纤维抗菌效果。其抗菌率为96.8%，经20余次的清洗后，抗菌率仅下降0.3%。谢跃亭团队继而在研发抗菌驱蚊功能纤维实验中，凭借青蒿素分子在治疗疟疾的功效，尝试采用青蒿精油与粘胶纤维、醋酸纤维等进行有机结合，研发纯天然植物抗菌纤维，所得抗菌纤维经反复清洗100次后，对大肠杆菌、金黄葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌率均大于99.0%，抗菌效果俱佳且时间持久。青蒿素改性再生纤维素纤维的研发具有划时代意义并成功入围2021年中国纤维流行趋势，引领抗菌功能性纤维的跨越式发展，填补了纤维行业青蒿素纤维研发的空白[14]。浙江正元集团在研发抗菌竹炭聚酯纤维过程中，结合银离子和竹炭材料抗菌机理，研发抗菌功能性银竹炭复合纤维，具备高效抑菌率和杀菌率，可为抗菌抑菌纤维的生产提供实践方案[15]。

甲壳素纤维具有抗菌抗肿瘤作用，表现出较高的生物活性，可对大肠杆菌、紫色毛癣菌等产生抑制效果[16]。南通市玺路贸易有限公司研发新型甲壳素抗菌功能性纤维，生产具有抗菌功能性纤维面料，对皮肤产生抗菌、保健功能[17]。华冠纺织有限责任公司以棉纤维、甲壳素纤维为载体，注入纳米银涂层并充分混合均匀，生产了新型抗菌除臭功能性纤维且具备优良的亲肤性[18]。海安启弘纺织科技有限公司研发抗菌/抗静电复合功能性聚酯纤维，抗菌材料为纳米银和纳米氧化锌，再添加具有羟基结构的小分子聚合物对纤维表面进行改性，可达到高效抗菌抗病毒作用。在抗菌测试案例中，金黄葡萄球菌、大肠杆菌和白色念球菌的灭活率高达100%且抗静电时间持久[19]。聚隆纤维股份有限公司根据几丁聚糖正电荷与蛋白质负电荷相结合并抑制细菌胞内RNA转录的原理制作抗菌性功能纤维。其将天然几丁聚糖材料纳米化及功能修饰后和木浆、氮甲基吗啉混合成粘液进行湿纺，所得功能性抗菌纤维生物分解效率高，无毒无害且绿色环保。在抗菌功能性测试中，添加几丁聚糖至7.0%，抑菌值高达6.3且杀菌效果良好[20]。上海三枪有限公司研发抗菌抗螨复合功能纤维，在抗菌检测中，金黄葡萄球菌的抗菌率高达99.0%。充分洗涤50次后，还保持对螨虫64.49%的驱避率，具有良好的抗螨效果[21]。

高校和企业在抗菌功能纤维研究方法相似，通过物理共混方式来制作或生产抗菌功能纤维。高校的研究偏前沿，抗菌效果明显，但其研究缺乏有效的成果转化，不能创造更具体生产经济效益。企业对抗菌功能纤维的研究更为具体并生产出了相应物品，但其抗菌材料存在一定滞后。因此，需加强校企合作，将更多研究成果转化为相应产品，提升国内对于抗菌纤维的研究进程。

2 国外抗菌抑菌功能纤维技术的研究

抗菌纤维在国外也是研究的热门话题，其研究方法不仅有物理法，而且对于化学法的研究也相当普遍。通过化学键将抗菌抑菌分子固定在纤维束中，其抗菌活性更稳定。

Rashid等人制备了车前子/海藻酸盐/壳聚糖卫生保健功能抗菌纤维。研究表明，该纤维对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌均有不错的抑制效果；该纤维由天然材料制成，是一种生物相容性降解材料，在伤口护理方面具有广阔应用前景[22]。Manikandan在非洲菊中提取天然纤维素纤维，纤维经碱处理漂白后，纤维素含量可达71.0%，同时对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌有一定抗菌活性[23]。Navik等人采用列硫代半氨基甲酮对聚丙烯腈(PAN)纤维改性，其中采用分子式为C12H18N4OS硫代半氨基甲酮(DY6)和DY6处理的PAN纤维对金黄色葡萄球菌抑制率达到88.6%和45.1%，表明DY6具有优良的抗菌性能[24]。Hyoung等人报道了一种β-环糊精(β-CD)与电纺纤维素纤维交联材料，研究显示β-CD具有很强抗菌性能并产生选择性抗菌现象[25]。

通过上述分析可知国外更倾向于选择绿色环保的天然纤维材料，并适量放弃产品的抗菌性能，提高产品生物相容性，使产品置于肌肤皮层更舒适、透气、自然。

3 国内石墨烯抗菌功能纤维技术研究

石墨烯具备光、电、热、力学方面的优良特性，应用领域广泛，是世界各国科研人员争相研发的热点，并逐渐成为抗菌功能性绿色清洁材料，石墨烯功能纤维正走向纺织服装市场。

在国内石墨烯抗菌功能纤维技术研究中，张克勤等人提出石墨烯主要分为石墨烯、碳纳米管和石墨三种存储状态；关于石墨烯抗菌功能纤维制备方法，主要介绍液晶纺丝、湿法纺丝和静电纺丝等。其中液晶纺丝法所制得石墨烯抗菌功能纤维，其拉伸性能和强度相对较高，且不同种类的填料也对其纤维复合功能有着不同影响[26]。

济南圣泉集团股份有限公司研发的改性石墨烯纤维，将石墨烯分子和纤维素磺酸酯充分混合，借助多种分散剂作用于石墨烯π键聚合过程，进行纺制再生纤维素石墨烯抗菌功能纤维。在其抗菌抑菌测定中，经反复清洗50次实验后的石墨烯抗菌功能纤维，对大肠杆菌和白色念珠菌的抗菌率高达99.0%并表现出优良的稳定性[27]，对高值化纤维的开发具有参考价值。天津赛远科技有限公司采用石墨烯粉体、活性炭粉体、分散剂和载体树脂相结合，构建多功能性石墨烯改性纤维，引用石墨烯矿物粉体对石墨烯改良，提升了石墨烯改性纤维性能[28]。义乌麻尚针织有限公司将麻纤维与壳聚糖、石墨烯改性纤维混合纺丝，可制备高强度、高韧度天然绿色抗菌纤维。石墨烯的优良弹性、超导电和导热等特性造就了多功能石墨烯改性纤维[29]。新乡化纤股份有限公司谢跃亭等人多年研究石墨烯功能纤维，采用石墨烯分子对纤维素粘胶长丝进行改性，石墨烯添加比例为0.5%～1.5%。根据所纺丝物理指标检验，选取0.5%石墨烯充分混合到粘胶长丝中，然后根据国家标准进行抗菌性能检测，石墨烯功能纤维对白色念珠菌、金黄葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均大于99.9%。谢跃亭认为石墨烯功能纤维之所以抗菌性能突出主要是因为其自身锋利的边缘对细菌细胞膜的切割和对细胞膜磷脂大分子抽离。经过长期技术攻关，石墨烯功能纤维的干伸长率可达16.1%，干断裂强度为1.77 cN/dtex，达到行业标准，适合大规模生产。石墨烯功能纤维的成功研发及大规模生产，为我国功能性化学纤维产业的发展作出了极大贡献。

4 国外石墨烯抗菌功能纤维技术研究

石墨烯材料在生物医学中应用广泛，包括生物传感、疾病诊断、药物输送、抗菌和光热疗法[30-31]，同时石墨烯也可作为导电纤维使用，其轻量化和高导电性，使其成为下一代新型导体。

Hofmann等以大肠杆菌为模型细菌，用不同种类石墨烯材料进行抗菌实验。在诸多石墨烯类材料中，氧化石墨烯(GO)抗菌性能优异，当以80 g/mL浓度氧化石墨烯对大肠杆菌抑菌效率达到了91.6%。采用不同尺寸氧化石墨烯对大肠杆菌抗菌性能进行相关实验，发现氧化石墨烯尺寸对大肠杆菌的抗菌性能呈现正相关性，抗菌活性随氧化石墨烯尺寸增大而增强。Liu提出氧化石墨烯可能成为其他材料载体或增强体，特别是功能复合纤维应用中，其不仅可以提高纤维力学性能，还可赋予纤维优良抗菌效果[32-33]。Gabry等人制备氧化石墨烯/纤维素复合纤维，将氧化石墨烯和1-乙基-3-甲基咪唑乙酸酯(EMIMAc)用于溶解纤维素制备纺丝液中，采用湿法纺丝制备氧化石墨烯/纤维素复合纤维，结果表明复合纤维力学性能良好，氧化石墨烯在纤维上分布均匀并表现出良好的抗菌性能[34]。Lee等人开发了一种具有高导电性能石墨烯改性纤维材料，纤维在连续电流下电热退火，将石墨烯改性纤维碳化和石墨化，成功修复了石墨烯纤维结构无序和结晶缺陷，提高了纤维力学性能[35]。

当前，国外对石墨烯研究逐步向高分子材料衍生物方向开展，像氧化石墨烯，其抗菌效果更为优良，还能作为增强体提高纤维材料力学性能，其纤维产品更具竞争力。

5 结论

抗菌抑菌复合功能性化学纤维正引领纤维潮流。本文主要阐述国内外抗菌抑菌纤维研发进展，并重点分析石墨烯物化特性在抗菌功能复合纤维清洁生产工艺的应用，为复合纤维抗菌抑菌机理深层次研究提供理论基础。纤维抗菌持久性、清洁生产工艺研发、生产过程绿色环保等成为新时代科研攻坚的方向。开发清洁功能性复合纤维顺应了社会发展需求，通过逐步提升功能复合纤维高值化清洁工艺，可促进我国功能性复合纤维现代化、智能化、清洁化发展。