纺织品等离子体辅助抗菌整理技术概述丨Engineering
纺织品等离子体辅助抗菌整理技术概述丨Engineering
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《Engineering》是中国工程院院刊主刊，工程类综合性期刊，旨在为全球提供一个高水平的工程科技重大成果发布交流平台，报道全球工程前沿，促进工程科技进步，服务社会、造福人类。中国科技期刊卓越行动计划领军期刊。 中英文出版，全文开放获取。
本文选自中国工程院院刊《Engineering》2022年第12卷 ，原文出自：Plasma-Assisted Antimicrobial Finishing of Textiles: A Review
引言
新冠病毒肺炎疫情的大流行，使得抗菌纺织品的重要性以及人们对其需求达到了新的高度。除了医疗目的，抗菌纺织品还可以成为普通人对抗微生物的自我防御实体。抗菌纺织品可以有效地防止微生物在全世界的传播。纺织品的传统抗菌整理工艺采用的是湿式处理方法，即采用填充—干燥—固化或排气技术。但纺织品湿处理行业是世界范围内引起环境污染的主要原因之一，这一点令人极为担忧。鉴于目前和近期的高需求，将等离子体纳入抗菌整理工艺，以实现高效率的生产，同时保持一个安全的环境，是当务之急。因此，在本研究中，澳大利亚迪肯大学Maryam Naebe研究团队通过对近期研究的批判性分析，回顾了等离子体在纺织品抗菌整理技术中的应用原理，并强调了用于实际应用的等离子体技术的类型和机制。
微生物是只在微观范围内被感知的生物体。它们在地球上几乎随处可见，或是以单细胞形式，或是以细胞群的形式出现。 最常见的微生物是真菌、细菌和病毒，其中前两种是在纺织材料上暴发疫情的主要原因。 但纺织品也可以通过加工来实现抗病毒的特性，从而有助于防止病毒的传播。 尽管对纺织品抗病毒性能的研究仍处于新兴阶段，但纺织品的抗真菌和抗菌性能已被广泛研究。
抗菌整理技术可以保护纺织品不受微生物的破坏，提高耐久性，同时保护穿着者不受微生物感染。 未加工的纺织材料上的微生物干扰与用抗菌剂加工的纺织品的对比示意图如图1所示。除了真菌和细菌之外，在目前新冠疫情中，如果为纺织品提供抗病毒处理，那么使用纺织品来阻碍病毒传播的意义和机会就成为人们关注的焦点。因此， 纺织品的抗菌整理技术正在成为一个非常重要的问题，并得到了极大的关注 。
图1. 微生物对未完成的纺织品的攻击（a）和成品纺织品对微生物的抗菌活性（b）的示意图。
到目前为止，已经有几种方法被用于将抗菌剂应用于纺织品。 一种方便的抗菌整理技术是在涂料溶液中使用整理剂，在纺纱过程中通过喷丝板和凝固浴形成纺织纤维 。这种方法能产生非常耐用的整理，因为整理剂成为了纤维本身的一个组成部分。但 这种方法只能应用于再生纤维或合成纤维，而不是天然纤维 。
垫干固化技术（pad-dry-cure technique）是一种广泛使用的方法 ，用于对由天然或合成纤维制成的纺织品进行整理。然而 尽管这是一种具有工业规模的实用方法，但它有一些主要的缺点 。例如，填充物会产生70%~100%的湿吸附，需要通过能源密集型的干燥过程来蒸发水分。此外，在蒸发过程中，整理剂会在织物表面发生迁移，这往往会导致整理不均匀。
另一种常用的整理技术是排气或浸渍，这也需要用水作为介质并进一步干燥。 一些先进的抗菌整理方法也已被报道，包括溶胶-凝胶技术和逐层沉积 。溶胶-凝胶技术是一种将织物浸渍在溶胶（一种逐渐变为凝胶形式的胶体溶液）中，然后通过后续的填充和干燥-洗涤系统的方法。逐层沉积技术是将织物在一个步骤中浸入阳离子聚合物溶液，在另一个步骤中浸入阴离子聚合物溶液，依次沉积聚合物层。在这种技术中，在两次浸渍操作之间需要对织物进行漂洗和干燥。 尽管这些方法相对来说比传统的湿法整理更有效，但使用水和能源进行干燥仍然是一个令人担忧的问题。
部分研究中已经报道了一些相对干燥的抗菌整理技术 。例如，已经报道了紫外线固化壳聚糖在棉花和丝绸上的沉积以赋予其抗菌特性，其中织物被浸泡在含有光敏引发剂的壳聚糖溶液中，然后在固化过程之前进行干燥。在另一项研究中，报道了在棉花上原位生成和沉积氧化锌纳米颗粒（ZnONP）的情况，将织物浸入乙酸锌水/乙醇溶液中，在超声烧瓶中照射30 min（20 kHz, 750 W），然后清洗和干燥。 尽管达到的抗菌性能令人鼓舞，但考虑到水和随后干燥的必要性，这些方法并不是完全干燥或节能的 。
在传统工艺中需要大量的水（随后产生废水）和随后的能源密集型的干燥过程，这意味着工业对高效和环境友好的替代解决方案具有极大的兴趣。在这种情况下， 在纺织品整理中使用等离子体是一种独特的方法，可以大大减少水和能源的使用，因为等离子体处理不需要水或干燥，从而节省大量的水和能量 。图2说明了与传统的湿法技术（如垫干固化法）相比，在抗菌整理中使用等离子体的优势。纺织品的等离子体辅助抗菌整理是通过聚合物沉积或接枝聚合实现的。聚合物沉积涉及通过将抗菌整理聚合物以薄膜的形式散布在纺织基材上而将其纳入其中，而接枝聚合则是将抗菌整理剂与纺织品表面结合起来。此外，即使将等离子体作为整理前的预处理过程，纺织品的基本功能特性（如吸收性）也可以得到极大的改善，而且可以用更少的水和时间达到类似的整理效果。
图2. 垫干固化法（a）和纺织品抗菌整理（b）的典型等离子体应用的示意图。
考虑到纺织品抗菌整理的重要性以及等离子体参与时整理效果的根本改善，等离子体辅助的纺织品抗菌整理是一个最令人感兴趣的话题。但现有的相关综述是基于在纺织品上使用的抗菌整理剂或使用等离子体时可达到的功能和效率。 到目前为止，还没有详细的综述集中于等离子体辅助抗菌整理对纺织品的重要性。 因此，本研究的主要目的是关注和讨论使用等离子体对纺织品进行抗菌整理，并研究其原理和未来的机遇。为了实现这一目标， 澳大利亚迪肯大学Maryam Naebe研究团队讨论了微生物侵害的机制、抗菌剂的类型、抗菌测试的方法和等离子体及其机制，然后对各种纺织材料的等离子体辅助抗菌整理进行了严格的评估。
研究结果表明， 微生物会对纺织品产生有害影响，并常常对纺织品的穿着者产生影响 。目前全球的新冠疫情强调了保护人类免受微生物影响的责任。 使用抗菌加工的纺织品可能是大众免受微生物侵害和限制其传播的最重要的盔甲 。因此，纺织品的抗菌整理越来越重要，人们正在寻求更快的、经济的和环保的技术。
为此，等离子体在纺织品中的应用正变得至关重要。到目前为止，利用等离子体辅助进行抗菌整理的研究已经采用了各种方法。这包括整理剂在纺织品基材上的接枝聚合，改变纺织品的功能（如润湿性）以增强整理剂的负载，等离子体溅射，以及在纺织品上合成纳米颗粒以进行抗菌保护。结果表明， 所有的研究技术都取得了良好的效果，适合在抗菌整理中使用等离子体 。因此， 等离子体在纺织品抗菌整理中的应用可以开创纺织品制造的新时代，实现可持续的环境和更健康的生活 。
关键词：等离子体；接枝；聚合；溅射；纳米材料；抗菌剂
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原文链接：http://www.engineering.org.cn/ch/10.1016/j.eng.2021.01.011
以上内容来自：Maryam Naebe, Abu Naser Md Ahsanul Haque, Aminoddin Haji. Plasma-Assisted Antimicrobial Finishing of Textiles: A Review [J]. Engineering, 2022, 12(5): 145-163.