聚合铜纤维—抗菌纤维的新趋势

抗菌纤维的新趋势--含铜纤维

马洁张瑞寅东华大学

摘要：含铜抗菌纤维是一种功能性纤维，具有阻断疾病传播、消除异味、修复皮肤等效果，是新型的抗菌纺织品，目前流行于欧美等国。本文主要介绍了含铜抗菌纤维的分类、特点，着重陈述了以卡普龙铜离子纤维等为代表的接枝改性型抗菌纤维的机理及优势。

关键词：抗菌纤维，卡普龙铜离子纤维，接枝改性，高效稳定

1含铜纤维趋势

过去十几年含银抗菌纤维应用广泛，但2014年美国自然资源保护委员会(NRDC)公开限制纳米银在纺织品上的使用[1]。这是因为人们逐渐发觉，银并不是想象的那么安全。一方面，银离子或纳米银通过皮肤会进入人体内，而银的化合物除了硝酸银基本都不可溶，所以会造成体内重金属累积，长期如此会有损健康。相反，人们发觉铜的化合物都可溶解，进入人体的铜也能随着新陈代谢排出体外。另一方面，铜是人体中含量仅次于铁和锌，在微量元素中居第三位的生命元素[2]，而人体并不需要银元素。

另外，铜和铁都是造血的重要原料，铜在人体皮肤、软骨等结缔组织的新陈代谢中起重要作用，可催化血红蛋白的合成，参与造血过程。所以，含铜纺织品能增强皮肤生长因子的活性，刺激皮肤生成新的毛细血管，在伤口上使用含铜医用敷料能加快伤口的愈合速度。所以使用铜代替含银作为抑菌类功能纺织品，已成为当今业界的共识和流行趋势。

2 含铜纤维分类

含铜纤维属于无机抗菌纤维的范畴，无机抗菌纤维就是将金属及其化合物（包括银、铜、锌等）作为抗菌剂通过不同的加工方法引入纤维，使其成为具有抗菌功能。无机抗菌纤维按加工方法主要有共混纺丝法、后整理法和接枝改性法等三种。[3]

共混纺丝法

共混纺丝法主要是针对一些没有反应性侧基的纤维如涤纶、丙纶等，在纤维聚合阶段或纺丝原液中将铜粉或铜化合物粉末加入纤维中，用常规纺丝设备进行纺丝。该方法是目前开发功能性纤维的主要手段，其优点是易开发，设备简单，缺点则是只有单一抗菌功能，因大部分加入的功能性粉体被包嵌在内部，导致面料添加量至少40%才能有效，且抗菌的稳定性和高效性稍差。[4]目前，市场上很多中小型涤纶企业均已能生产此类产品。

后整理法

后治理法是采用含铜抗菌液对纤维进行浸渍、浸轧或涂覆处理，通过高温焙烘或其他方法将含铜抗菌剂固定在纤维上的方法。常用的方法有表面涂层法、树脂整理、微胶囊法等。后整理法的优势是，设备投资少、加工方便并可处理各类纤维，且镀铜纤维抗菌效果显著，面料抗菌添加量5%即有效，另外镀铜纤维还有很好的导电性能。但该方法缺点是所制得的抗菌纤维不耐洗涤，镀铜在洗涤中较容易脱落流失[4]。目前，市场上代表产品有韩国产的ELEX。

2. 3 接枝改性法

前二种含铜纤维的加工方式均属于物理共混，而接枝改性法则属化学改性。它是对纤维原浆分子进行化学改性处理，通过配位化学键结合具有的铜基大分子，再接枝了大量的亲水基团 [4]最后经湿法纺丝而得。用该法制备含铜接枝纤维，铜元素仅作为纤维分子的一个原子，故在化学键能的作用下与纤维有较强结合度。该方法的优点是纤维抗菌效果媲美镀铜纤维，面料中抗菌添加量5%即可达效果，其持久性、安全性要优于以上两种加工方法。据了解，该纤维有近似棉的回潮率，吸湿透气性能较好。值得称道的是，该纤维还有强力消除汗臭的效果，除臭效果超过日本同类消臭产品。该方法的缺点是生产工艺和装置较为复杂，技术难度较高。目前，市场上的代表产品有上海正家的卡普龙（COPPRON）。

2. 4 几种金含铜抗菌纤维的对比

表1 几种含铜抗菌纤维的对比

3 卡普龙铜离子纤维

卡普龙铜离子纤维抗菌机理

卡普龙铜离子纤维学名为铜改性聚丙烯腈纤维，是在原浆聚合阶段，运用接枝共聚技术在腈纶大分子侧链上，分别嫁接了有机铜链和高亲水基团，再经湿法纺丝技术而成的新型腈纶。当带有正电荷的微量铜离子接触到微生物的带负电的细胞膜时，发生库仑引力作用，金属离子穿透细胞膜。进入细菌体内，与细菌内蛋白质上的巯基氨基发生反应，破坏细胞蛋白质造成微生物死亡或丧失分裂增殖能力。

卡普龙铜离子纤维消臭机理

目前运用在纺织品领域中的“消臭功能”主要针对两种情况，一种是细菌或真菌新陈代谢产生的腐败臭气，还有一种是体味（包括氨气、异戊酸、醋酸等气体或液体产生的味道）。卡普龙铜离子纤维分别对这两种情况进行了除异味作用，首先良好的抗菌性可以抑制细菌真菌增殖来阻止腐败臭气；同时纤维的高亲水基团可以与氨气、异戊酸和醋酸等进行中和作用，消除异味。而通常的消臭产品，则只是针对第一种情况，即抗菌进行消臭作用。[5][6]

图1 卡普龙铜离子纤维分子结构

卡普龙铜离子纤维特点

（1）强力有效：卡普龙纤维的亲水基团将汗液连带其中的菌类充分吸收到纤维中，富含于纤维中的铜离子与菌类全面接触，其抗菌效果明显高于其他同类产品。在专业机构的检测报告中，铜离子纤维对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌、大肠杆菌三项主要的抗菌指标检测，其杀菌率为99%，达到国家纺织行业最高的AAA级标准。

（2）稳定持久：以铜离子官能团与聚丙烯腈分子化学结合，稳固且均匀的结合在纤维分子中，铜离子不易逃逸，可以长效持久的发挥作用。检测中经50次反复洗涤，5%卡普龙的混纺纱抗菌率依然能达到抗菌最高的AAA级标准。

（3）经济安全：过去十几年银离子抗菌纤维应用广泛，但由于银会污染环境、对人类生存环境产生威胁，不符合生态纺织品标准，另一方面人体能够将铜新陈代谢，银离子却不能。使用铜代替银离子抗菌，已成为当今业界的共识和流行趋势。卡普龙是绝缘纤维，在纺纱生产中也更加安全可靠。

（4）穿着舒适：卡普龙回潮率与棉相近，高吸湿性使得纤维蓬松，制成面料手感好风格柔软舒适，适宜制成贴身衣物。

(5) 医疗价值：卡普龙纺织品对皮肤有良好的抑菌作用，其中富含的铜元素还能起到促进皮肤新陈代谢和改善肤色的效果，并有临床案例证明卡普龙能促进慢性溃疡性伤口的愈合。

卡普龙与市场上一般铜离子纤维的区别