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]
2.1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。
2.2 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
抗菌工艺代表纤维抗菌所需比例持久效果技术优势织物手感安全性共混型铜离子
30% 良差良良涤纶/锦纶
后处理型镀铜5% 良差差良
接枝改性型卡普龙5% 优优优优
3 卡普龙铜离子纤维
3.1 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。
3.2 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
3.3 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。
3.4 卡普龙与市场上一般铜离子纤维的区别
(1) 加工方式
目前，市场上的铜离子纤维多以涤纶或尼龙为载体，添加近似纳米级的铜粉或铜化合物，加工方式属于共混型。而卡普龙纤维是在腈纶的分子结构上加以改造，在腈纶的侧链上接枝铜元素，形成一个含有机铜的直链大分子，加工方式属于接枝改性，技术含量较高。
(2) 纤维中的铜含量
市场上一般铜离子纤维由于其加工方式是简单的在纤维中混入铜元素粉体，所以其纤维中的铜含量均不超过1%。卡普龙则是采用先进的接枝共聚技术，其纤维中的铜含量一般在4%以上。
(3) 纤维的亲水性
由于市场上一般的铜离子纤维多以涤纶或尼龙为载体，其纤维的回潮率与原纤维一致，亲水性较差。而卡普龙在加工过程中，特别引入了亲水性基团，所以拥有如棉花般良好的亲水性，回潮率大于8%。
(4) 抗菌除臭效果
用市场上的铜离子纤维制成的面料需达到抗菌除臭效果，一般添加到40~50%以上。而卡普龙在任何纱或面料中添加5%，即具有高效的抗菌消臭效果，同时由卡普龙的除臭机理可以看出，它对两种臭气都有有效的消除作用。
3.5 卡普龙铜离子纤维测试
3.5.1 卡普龙铜离子纤维抗菌检测
表2 卡普龙纤维抗菌检测数据
测试样品细菌“0”小时细菌数培养后细菌数抑菌率试样金黄色葡萄球菌/ 1.0*10^299.9%
对照9.2*10^3 4.8*10^6/ 试样大肠杆菌/ 2.1*10^599.6% 对照 2.5*10^4 5.8*10^7/ 试样白色念珠菌/ 9.9*10^398.8% 对照8.5*10^3 8.2*10^5/ 注：其中对照为未加工全棉针织布为对照组，
3.5.2卡普龙铜离子面料抗菌检测
表3 卡普龙混纺面料抗菌检测数据
测试样品细菌“0”小时细菌数培养后细菌数抑菌率试样金黄色葡萄球菌/ 7.0*10^3>99% 对照 2.1*10^4 4.7*10^6/ 试样大肠杆菌/ 1.2*10^793% 对照 2.2*10^4 1.7*10^8/ 试样白色念珠菌/ 2.3*10^497% 对照7.8*10^3 8.8*10^5/ 注：其中对照为未加工全棉针织布为对照组
3.5.3卡普龙铜离子纤维消臭率检测
表4 卡普龙纤维消臭率检测数据
检测项目检测方法结果数据/%
消臭率氨气参照日本（一社）纤维评价技术协会
SEK标志纤维制品认证基准21.消臭性
试验98
醋酸96
异戊酸95
3.6 卡普龙铜离子纤维应用
卡普龙铜离子纤维对真菌效果尤佳，其卓越的抗菌功效对脚部真菌，皮炎、湿疹、阴部瘙痒、狐臭等真菌类皮肤疾患具有一定抑制作用，内裤贴上含有铜离子的裆布，对皮肤、妇科等疾病能起到一定的调理作用。[7]
下一个应用领域可能是医疗市场，但该技术还未通过严格的科学检测。到目前为止，人类自发利用铜来抗菌怯病已有几千年，现代铜纤维技术的开发，使得应用范围大大拓展，包括有：糖尿病患使用的溃疡包覆纱布、脚气病患的纱布及袜子、医用口罩、医用床品、手术面具和纱布、内裤等。
参考文献：
[1] 行业资讯，美国限制纺织品使用或者宣传抗菌纳米银[J]. 毛纺科技，2014，2： 67-67
[2] 秦益民. Cupron铜基抗菌纤维的性能和应用[J]. 纺织学报，2009,30（12）：134-136
[3] 戎红仁，赵斌，古宏晨等. 无机抗菌剂概述[J]. 化学世界，2000（7）：339-342
[4] 刘伟时. 抗菌纤维的发展及抗菌纺织品的应用[J]. 化纤与纺织技术，2011,40（30）：22-27
[5] 左凯杰，霍瑞亭，赵广明. 新型抗菌防臭纤维概述[J]. 染整技术，2007，29（9）：13-15
[6] 吴红福，何方，朱尽顺. 新型抗菌防臭纤维的主要品种及其应用[J]. 中国纤检，2011,（上）：85-87
[7] Jeffrey Gabbay, Jerusalem. COPPER CONTAINING MA TERIALS FOR TREATING WOUNDS, BURNS AND OTHER SKIN CONDITIONS: United States, US 2008/0311165 A1 [P]. 2008-12-18