技術記事

繊維製品の抗菌剤として使用されるナノマテリアル

2024-06-18

1. 抗菌剤とその分類

抗生物質とは、細菌の増殖を抑え、細菌の生活環境にダメージを与え、効果を持続的に効果的に発揮する薬のことを指します。抗菌剤は有機系抗菌剤と無機系抗菌剤の2つに分類されます。このうち、有機系抗菌剤には天然系と合成系があり、無機系抗菌剤には主に金属、金属イオン、酸化物などがあります。一般的に言われる抗菌対策には、細菌によって分泌される毒素の阻害、死滅、排除、および予防が含まれます。無機抗菌剤は熱安定性が強く、機能が長く持続し、安全性・信頼性が高いことから、近年の超微細化技術の発展と相まって、ナノスケールの無機抗菌剤を大量生産し、化学繊維に配合・複合化することが可能となっています。抗菌化学繊維の工業化を確実にします。

tio2 dispersion

2. ナノ抗菌剤

光触媒特性は、ナノ半導体材料の重要な特性の 1 つです。一般的な半導体化合物材料には、TiOz、ZnO、ZnS、CdS&PbS などが含まれます。安全性とコスト要因を考慮すると、TiO2 と ZnO の方が実用性が高く、TiO2 が最も一般的に使用されます。

半導体の吸収波長閾値は、ほとんどが紫外領域にあります。光子のエネルギーが半導体の吸収閾値を超えると、半導体の価電子帯電子はバンド間遷移、つまり価電子帯から伝導帯への遷移を起こし、光生成電子 (e) と正孔 (h+) が生成されます。 。このとき、ナノ粒子の表面に吸着した溶存酸素は電子を捕らえてスーパーオキシド陰イオン(・05)を形成し、一方、正孔は触媒表面に吸着した水酸化物イオンと水を酸化して水酸化物ラジカル(・OH)を形成します。スーパーオキシド陰イオンと水酸化ラジカルはどちらも強力な酸化特性を持っており、大部分の有機物を酸化して最終生成物 CO2 と H2O にすることができます。光触媒自体としても知られるこの半導体材料は、反応プロセス中に何の変化も受けません。

多くの研究で、ナノ粒子を添加すると、ZnOナノへTiO2または、ナノ ZnO にナノ TiO2 を添加すると、単一のナノ材料と比較して、布地に対する抗菌効果が向上します。これは、ナノ TiO2 と ZnO の間にナノ相乗効果が存在することを示しています。これは、ナノ TiO2 と ZnO の表面原子によるものです。

粒子の表面効果は環境やバンドギャップ幅の違いによって変化するため、光、特に紫外線の吸収には独自の特徴的なバンドがあります。綿布地をナノ TiO2 および ZnO 複合材料で処理すると、より広い波長範囲にわたって紫外線を吸収し、より自由に移動する負に帯電した電子と正に帯電した正孔を分解し、光生成電子正孔対を形成することができます。周囲の水や酸素と反応して、より多くのO-、H2O・、HOO・、H2O2を生成し、細菌を効果的に殺し、生地の抗菌効果を向上させます。

ナノ酸化チタンは殺菌剤として次のような特徴もあります。第一に、銀系抗菌剤の効果が約 24 時間で現れるなど、即効性に優れています。一方、ナノ酸化チタンは約 1 時間しかかかりません。第二に、TiO2 は、溶解効果が徐々に低下する他の抗菌剤とは異なり、その抗菌効果を維持する半永久的な抗菌剤です。第三に、安全性が高く、皮膚に触れても悪影響を及ぼしません。ナノスケールの超微粒子TiO2を紡績原料に分散させ、化学繊維を紡績した繊維は抗菌性に優れ、安価です。そのため、ナノスケールのTiO2は機能性繊維の主要な抗菌・防臭剤として広く使用されています。

tio2 dispersion

3.金属イオン系抗菌剤

金属イオン系抗菌剤は、有機系抗菌剤と比較して、安全性が良い(低毒性、発がん性がない)、抗菌活性が高い、耐熱性が良い、抗菌範囲が広い、持続性が長い、薬剤耐性がないなどの利点を持っています。エレクトロニクス、自動車、建材、水処理、医療、食品、飼料、包装、繊維、環境保護などの分野で幅広く使用できます。

金属イオン抗菌剤は、含まれる金属イオンの違いにより、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、バナジウムイオン抗菌剤などに分けられます。

一部の金属粒子 (銀ナノ粒子や銅ナノ粒子など) には、特定の殺菌特性があります。化学繊維と複合紡績することにより、一般的な抗菌繊維に比べて抗菌効果が強く、洗濯回数も長い抗菌機能繊維です。例えば、超微粒子抗菌パウダーは樹脂製品に抗菌性能を付与し、各種細菌、菌類、カビに対して抑制効果を発揮します。この粉末を合成繊維に1%添加すると、紡糸性の良い抗菌性繊維が得られます。


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