溅射法制备抗菌丝织物及其性能研究

论文摘要

本文介绍了对丝织物进行抗菌整理的原因和现状及纳米银的性质和应用现状;分析了目前国内外在抗菌织物研究方面的主要方法,针对目前已有的制备纳米银抗菌织物方法的缺点,提出采用绿色环保的磁控溅射技术,在室温条件下,在丝织物基材表面沉积功能性纳米结构银镀层,实现纺织材料表面抗菌功能化。本课题采用磁控溅射表面沉积技术,在丝织物表面构建纳米银镀层,赋予其特殊的抗菌性能。论文主要探讨了溅射工艺参数(溅射功率,溅射压强和溅射时间)及放置时间对抗菌性能的影响。采用振荡烧瓶法,选择大肠杆菌及金黄色葡萄球菌为试验菌种,对不同溅射工艺参数及放置时间下的丝织物基纳米银薄膜样品进行抗菌性能测试。抗菌测试结果表明:溅射时间对丝织物上纳米结构银薄膜的抗菌性影响较大,当溅射时间为60s时,样品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌已表现出了良好的抑制作用,抑菌率分别为99.30%和99.89%。但随着溅射时间的延长,抑菌率稍有下降。在一定膜厚下,随溅射功率的增大,抗菌性能略有下降。随着溅射压强的增加,样品的抗菌性能略有改善。当纳米银膜样品在空气中放置不同时间后,样品对大肠杆菌和金黄葡萄球菌的抑菌率有所下降。放置28天后,对大肠杆菌的抑菌率下降较明显,对金黄葡萄球菌的抑菌率保持在70%以上。论文同时对银镀层微观结构如镀层厚度、镀层颗粒结构、镀层的晶态结构和镀层的表面形貌等进行表征与分析,利用扫描电镜(SEM)观察薄膜的表面形态;借助原子力显微镜(AFM)分析了纳米银薄膜的形貌特征和粒径;采用X射线衍射(XRD)测试薄膜的晶态结构。SEM和AFM分析结果显示:随溅射时间的增加,纤维表面的纳米银颗粒逐渐增加,薄膜厚度也随之增加,膜的致密性、均匀性越来越好,表面积越来越大,纳米银粒子的平均粒径逐渐增大。XRD测试结果表明:在丝织物表面溅射的纳米银薄膜具有一定结晶结构。本论文采用剥离试验,研究溅射薄膜与丝织物基材间的界面结合牢度。在实验范围内,随溅射功率增加,Ag薄膜与基材间的结合牢度下降;随溅射压强增大、溅射时间的延长,Ag薄膜与基材间的结合牢度提高。最后对镀膜前后丝织物的断裂强力、透气性能及悬垂系数等进行测试。结果表明:溅射银膜后的丝织物的断裂强力有所下降;织物的透气性有一定程度的提高;织物的悬垂性稍有提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 丝织物的抗菌整理
• 1.1.1 丝织物抗菌整理的原因
• 1.1.2 丝织物抗菌整理的现状
• 1.2 纳米银及其应用
• 1.2.1 纳米银简介
• 1.2.2 纳米银的应用
• 1.3 课题研究的意义和内容
• 1.3.1 国内外研究抗菌织物的现状
• 1.3.2 本课题研究的意义
• 1.3.3 本课题研究的内容
• 第二章 丝织物基纳米银薄膜的制备
• 2.1 实验设备原理
• 2.1.1 低温离子体原理
• 2.1.2 磁控溅射原理
• 2.2 银薄膜样品的制备
• 2.2.1 实验材料与试剂
• 2.2.2 实验设备与仪器
• 2.2.3 基材洗涤
• 2.2.4 丝织物基材的预处理
• 2.2.5 纳米银薄膜沉积
• 第三章 丝织物基纳米银薄膜抗菌性能的研究
• 3.1 抗菌测试方法的制定
• 3.1.1 抗菌测试方法概述
• 3.1.2 本课题选用的抗菌测试方法
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 培养基溶液的配置
• 3.2.3 实验菌种及菌种保存
• 3.2.4 抗菌测试步骤
• 3.2.5 菌落计数方法
• 3.2.6 抗菌结果计算
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 溅射功率对抗菌性的影响
• 3.3.2 溅射压强对抗菌性的影响
• 3.3.3 溅射时间（膜厚）对抗菌性的影响
• 3.3.4 样品放置时间对抗菌性的影响
• 3.4 纳米银抗菌机理探讨
• 3.4.1 金属离子溶出杀菌
• 3.4.2 活性氧抗菌机理
• 3.4.3 接触杀菌机理
• 3.5 小结
• 第四章 丝织物基纳米银薄膜微结构表征与分析
• 4.1 扫描电子显微镜表征与分析
• 4.1.1 扫描电子显微镜（SEM）原理
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 实验结果及分析
• 4.2 原子力显微镜（AFM）表征及分析
• 4.2.1 原子力显微镜（AFM）原理
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 X 射线衍射分析（XRD）
• 4.3.1 X 射线衍射仪（XRD）原理
• 4.3.2 实验设备
• 4.3.3 实验结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 纳米银薄膜与丝织物基材间的结合牢度研究
• 5.1 实验材料
• 5.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 丝织物基材的前处理
• 5.3.2 薄膜制备
• 5.3.3 剥离试验
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 溅射功率对结合牢度的影响
• 5.4.2 溅射压强对结合牢度的影响
• 5.4.3 溅射时间（膜厚）对结合牢度的影响
• 5.5 小结
• 第六章 镀膜前后织物物理机械性能测试
• 6.1 织物性能测试指标
• 6.1.1 断裂强力
• 6.1.2 透气性
• 6.1.3 悬垂性
• 6.2 样品的调试与准备
• 6.2.1 样品调试
• 6.2.2 样品准备
• 6.3 实验仪器
• 6.4 实验方法
• 6.5 结果与讨论
• 6.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文清单