水性聚氨酯；TNO-WPU；棉织物；抗菌性能

棉织物舒适透气，服用性能佳，用途广泛，故受 到大多数消费者的青睐。鉴于棉织物杰出的吸湿性， 容易成为细菌、真菌乃至病毒繁殖的“温床”。常见的 病原菌包含金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌、白色念 珠菌等真菌，这些致病菌与皮肤直接接触后会引发交 叉感染，给人们的日常生活带来极大的不便，危害人 体健康。餐馆、医院等公众场合对抗菌整理棉织物的 购置需求大，因此研发具有更高效、稳定的抗菌性能 的棉织物至关重要。 

水性聚氨酯（WPU）是由含有 -OH 基的水性多元 醇和含 -NCO 基的低黏度多异氰酸酯固化剂等多种原 料经过聚合反应 [1]，再经自乳化得到的一种高效无毒、 TNO-WPU 棉织物抗菌性能研究 * 刘海生 1※，黄婉莹 2 ，林紫琪 3 1. 广东省化学纤维研究所有限公司，广东 广州 510300 2. 华南农业大学，广东 广州 510642 3. 徐闻县市场监督管理局新寮市场监督管理所，广东 湛江 524134 相容性好、应用广泛的一种环保型高分子材料。常见 的 PU 材料中常含有适合微生物生长的碳源，如 PU 分 子聚酯链段或合成过程使用的助剂，使 PU 材料更易受 到细菌侵染的危害，影响 PU 材料的使用寿命，同时危 害人类健康 [2]。相比传统溶剂型聚氨酯易挥发有机物、 污染大而逐渐被淘汰，新型水性聚氨酯环保、安全， 对底材的附着力良好，更能契合当前新发展条件下对 包装材料、医疗卫生等新的前景领域所提出的节能减 排要求，满足当下人们对环境防护和人体健康的需求。 

文章选用高效低毒、防霉防腐、抑菌谱广的 TNO 作为抗菌剂 [3]，TNO 的抑菌基团是含有活泼 H 原子 的三嗪基，能以化学键形式使抗菌基团与水性聚氨酯 的 -NCO 基团反应，使 WPU 大分子中含有抗菌基团而 达到长效的抗菌效果 [4]。 

作为环保型 WPU 的重要发展方向之一，将 TNO 以化学键的方式接入 WPU 链段上的方式制备抗菌 TNO-WPU 涂料，对棉织物进行 TNO-WPU 涂层整理 得到抗菌棉织物，保证了整理剂的优良性能，同时赋 予更优良的环保效益，因此具有十分可观的发展前景。

2.1 吸水率

称取 TNO-WPU 抗菌棉织物吸水前后的质量，记 初始织物质量为 m0，吸水后的织物质量为 m1，按照式 （1）计算抗菌棉织物的吸水率 WA。

TNO-WPU 抗菌棉织物的吸水率测试结果如表 1 所示。

结合上表数据，化学结合处理得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物的吸水率平均为 7.06%，吸水率较低。这 表明 TNO-WPU 在棉织物表面成膜后，高交联度形成 的致密三维网络结构能有效减少微孔的存在，在一定 程度上阻止了水分子向内扩散，而使抗菌棉织物具备 良好的疏水性，同时阻止了菌液内渗，抑制细菌和真 菌的生长繁殖，从而提高抗菌棉织物的抑菌率。 

2.2 试验有效性判断

按照标准进行样品有效性的判断，计算空白对 照组的活菌浓度比“0”接触时间的活菌浓度增加量，当金黄色葡萄球菌增长值≥ 1.5；白色念珠菌增长值 ≥ 0.7，试验判定为有效，否则试验无效。根据式（2） 计算试验菌的增长值 F。

式中：Wt 为空白对照样 18 h 振荡接触后烧瓶内的 活菌浓度的平均值，CFU/mL；W0 为空白对照样“0” 接触时间烧瓶内的活菌浓度的平均值，CFU/mL。

2.2.1 金黄色葡萄球菌增长值 

金黄色葡萄球菌空白对照样的活菌浓度与增长值 如表 2 所示。 

金黄色葡萄球菌 3 个空白对照样不同处理的活菌 浓度如图 1 所示。

2.2.2 白色念珠菌增长值 

白色念珠菌空白对照样的活菌浓度与增长值如表 3 所示。 

白色念珠菌 3 个空白对照样不同处理的活菌浓度 如图 2 所示。

以上试验表明，金黄色葡萄球菌和白色念珠菌均 增长值分别为 2.24 和 2.12，均大于 1.5，证明试验有效。 

2.3 TNO-WPU 抗菌棉织物抑菌率 

化学结合法得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物设置样 品编号为 1 ～ 3，同理，物理添加法的抗菌样品编号 为 4 ～ 6。以洗涤前抗菌样品作为对照组，比较抗菌样 品组（Qt ）和对照组（Wt ）上两个平板的细菌的生长繁 殖情况，统计菌落数，根据式（3）计算抑菌率（Y）。

2.3.1 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抗菌率

选择洗涤前抗菌样品作为对照组，比较 TNO-WPU 抗菌棉织物洗前和洗后的金黄色葡萄球菌的浓度变化，如图 3 所示，计算数据如表 4 所示。

两种方法制成的 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率如图 4 所示。 

从图 4 可以明显看出，化学合成法抗菌样品的 抗菌性能优于物理添加法的抗菌样品。结合表 4 两种 方法得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌 的抑菌率数据可以看出：洗涤前，化学结合法得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌率高 达 81.32%，洗涤后抗菌样品抑菌率仍有 80.40%，且 抑菌率均比物理添加法制备的抗菌棉织物提高了 10% 以上。 

化学合成法制备 TNO-WPU 整理剂中，TNO 能以 化学键形式交联存在，使 WPU 大分子中含有抗菌基团， 能够在洗涤后依旧保持稳定的抗菌性能。并且，在棉 织物表面成膜而具有良好的疏水性，防止菌液中的活 菌附着，抑制细菌的繁殖。物理添加的 TNO 没有与 WPU 形成交联结构，附着稳定性差，易洗脱，导致抗 菌性能较差。

总体而言，化学合成法得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抑菌效果显著，稳定性更高。 

2.3.2 TNO-WPU 抗菌棉织物对白色念珠菌的抗菌率

加入白色念珠菌菌悬液，比较 TNO-WPU 抗菌棉 织物洗前和洗后的白色念珠菌的浓度变化，如图 4 所 示，测试结果如表 5 所示。 

两种方法制备的 TNO-WPU 抗菌棉织物对白色念 珠菌的抑菌率如图 6 所示。 

从图 6 可以明显看出，化学结合法得到的 TNO-WPU 抗菌棉织物的抑菌率比物理添加法提高 10% 以 上。对比洗涤前后得到的抑菌率两组数据，TNO-WPU 抗菌棉织物在洗涤前后的抑菌效果几乎一致。但物理 添加法制备的 TNO-WPU 抗菌棉织物对白色念珠菌的 抑菌率仅有 63.22% 和 61.50%，抗菌效果比化学结合 法制备的抗菌样品差。同理，由于 TNO-WPU 交联成 膜后形成的致密三维结构能有效拒水，活菌悬浮在液 体中不能渗入抗菌棉织物内部，从而达到延缓菌体繁 殖的目的；而物理添加得到的 TNO-WPU 涂料分子间的间隙较多，导致疏水性和接触抗菌性能较差。 

二者相较之下，化学结合法得到的 TNO-WPU 抗 菌棉织物的抗菌效果更稳定、持久。与菌液长时间接 触能够达到 70% 以上的抑菌率，且洗涤后仍具备不错 的接触抗菌性能。

由此可见，TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄 球菌的抑菌率比白色念珠菌更优异。通过化学合成法 制成的 TNO-WPU 带有正电荷，可以非特异性吸附带 负电细菌，破坏细菌的细胞壁结构的完整性，干扰细 菌的生理过程，进而达成抑菌效果。通过此方法，可 以影响金黄色葡萄球菌的生理活动，实现理想的抑菌 效果。对白色念珠菌同样可以损害其细胞壁的结构， 抑制其生长和繁殖，但难以达到高等级的抑菌效果， 这是因为白色念珠菌是二态真菌，可从芽到菌丝的表 型转换，具有较强的抗逆性而不易受到抗菌剂的影响， 故 TNO-WPU 抗菌棉织物对金黄色葡萄球菌的抗菌性 能更显著。