亞東技術學院
纖維與材料應用產業研發碩士專班
碩士論文
兼具抗菌與撥水尼龍織物之研究
The Study of Anti-Bacterial And Water Proofing of
Nylon Fabrics
研究生：黃俊叡
指導教授：黃茂全
摘 要
一般尼龍織物，染色後再經抗菌加工及撥水加工，不但手感變差， 染色堅牢度也會降低，本研究探討尼龍織物在染色後，經不同後整理加 工方式添加抗菌劑及撥水劑，以探討兼具抗菌、撥水及物性的最佳組合 配方及加工方式。係將染色後尼龍織物先經三種（AEM5772、AM110、 AT300）抗菌劑對尼龍染色布進行預處理，使尼龍織物獲得良好的抗菌效 果，後再將尼龍織物以含有氟化物之撥水劑（PM-3630、Teflon、TG-580、 UG-242）進行浸漬、壓吸、預乾及熱處理，然後對加工尼龍織物進行接 觸角、抗菌、表觀色強度（K/S）力度、撥水度、耐水洗等測試；經實驗 結果得知：以AM110預處理過的尼龍織物抗菌性最顯著。其次當添加 Teflon撥水劑，其接觸角與撥水度皆具最佳的效果。另外，尼龍加工織物 皆具優良的水洗牢度，其顯示氟化物的處理有提升其耐水洗堅牢度的作 用 。 關鍵字：抗菌劑、撥水劑、抗菌、接觸角、熱處理Abstract
Generally, the handle and the color fastness of dyed nylon fabrics will both deteriorate after the processes of anti-bacterial treatment and water proof finishing. This study investigated the processing conditions of antimicrobial and water proofing treatment, to reduce the deterioration of handle and color fastness of pre-dyed nylon fabric. Four kinds of antimicrobial agent were applied on pre-dyed nylon fabric accordingly (AEM5772, AM110, AT300), and then the nylon fabric were dipped and padded with fluoride Water repellent (PM-3630、Teflon、TG-580、UG-242), following by pre-drying and heat treatment, then the contact angle, anti-bacterial, the apparent color intensity (K/S) of the processed nylon fabric were tested. The results show that among the processed fabrics, the fabric pretreated with AM110 performs best anti-bacterial property, and the fabric treated with Teflon water repellent agent, has the best contact angle and water repellent property. In addition, all the processed nylon fabric showed excellent wash fastness, it was also found that fluoride water repellent agent could be used to enhance washing fastness.
Keywords: anti-bacterial agent, Water repellent, antimicrobial, contact angle, heat treatment
致謝
兩年的研究所生涯，終於告一段落。回首剛回到校園進修時的期待，以及 現在收成的喜悅，這一切都要感謝許多人對我的提攜與幫助。 這一篇論文能夠順利完成，首先要感謝我的指導教授－黃茂全教授。在老 師辛勞叮嚀論文的進度之下，論文才能夠如期的完成，使的論文可以負梓，這 都需感謝老師對於我的指導跟協助。 再來要感謝我的口試委員林尚明教授與昆山科技大學的黃國賢教授，而兩 位教授在口試時對於我的指導，更讓我發現本論文主題可以更深入探討的地 方，這在我的工作領域上有很大的幫助，能夠真正達到學以致用的目標。 及紡拓會陳進來博士與我的同學陳龍景、洪進興、龍方治、游志偉、葉美 珠，在這段時間給予了很多的協助，尤其是在我工作繁忙時，幫我解決了很多 事務上的問題，讓我可以專注在論文的題目上。由於大家的協助才得以順利完 成兩年的學業。除此要特別感謝我們所上的助理徐桂雲小姐，她不辭勞苦幫我 們處理很多行政事務上的問題。 另外要感謝我的學弟黃偉珉、許家銘，讓我在電子期刊以及文獻探討部份 得到許多的資訊，沒有他們的協助，就無法完成這一篇論文，真的非常感謝他 們對我的協助。 最後要感謝我的家人，這段時間一直在忙工作與學業的問題，與家人相處 的時間很少，因為家人的體諒，才能專心完成學業。另外還有很多曾經幫助過 我的朋友，因為有大家的幫助，我才能有今天的成果。目錄
摘 要……… I Abstract……… II 致謝……… III 目 錄……….... Ⅳ 圖 目 錄 ……… VI 表 目 錄 ……… IX 第一章 緒論……… 1 1-1 前言………... 1 1-2 文獻回顧………... 2 1-2-1 微生物簡介……….. 2 1-2-2 細菌簡介……….. 4 1-2-3 抗菌劑簡介……….. 11 1-2-4 抗菌加工方式……….. 18 1-2-5 撥水劑簡介………... 21 1-3 理論………... 22 1-3-1 酸性染料對尼龍纖維的染色理論……….. 22 1-3-2 抗菌理論………... 23 1-3-3 撥水理論………... 261-4 研究目的………... 28 第二章 實驗……… 29 2-1 實驗材料………... 29 2-2 實驗儀器與設備…..…..………... 30 2-3 實驗流程………... 31 2-4 基本測試………... 31 2-4-1 尼龍染色及表觀色強度(K/S)………. 31 2-4-2 接觸角分析……….. 33 2-4-3 抗菌測試………...………... 33 2-4-4 水洗染色堅牢度……….………. 34 2-4-5 撥水測試………...………... 35 第三章 結果與討論………... 37 3-1 表觀色強度………. 37 3-2 接觸角分析…...……….………. 40 3-3 尼龍織物抗菌測試………. 41 3-4 撥水測試………..………... 44 3-5 染色堅牢度測試………... 46 第四章 結論………... 61 參考文獻.………... 62
圖目錄
圖1-1 機能性織物之發展趨勢………... 2 圖1-2 菌類生長曲線………... 10 圖1-3 3-(trihydroxysilyl) propyldimethyloctadecylammonium chloride (AEM 5700)的化學結構………. 13 圖1-4 Polyhexamethylene biguanide(PHMB)的化學結構... 14 圖1-5 Chlorhexidine 的化學結構………. 14 圖1-6 三氯沙的化學結構………... 15 圖1-7 N-halamine 以及 Peroxyacid 的殺菌及再生機制…... 16 圖1-8 磺胺噻唑的化學結構…………...………...………. 16 圖1-9 環丙沙星的化學結構 ………... 17 圖1-10 左氧氟沙星的化學結構………..……... 17 圄1-11 曲伐沙星的化學結構………...…….. 17 圖1-12 含氟烷基的低聚物………...……….. 18 圖1-13 含全氟烷基的四級銨鹽結構式………. 18 圖1-14 聚醯胺纖維分子與 pH 值之關係圖………... 22 圖1-15 液體於固體表面的表面作用力圖………. 27 圖2-1 實驗流程圖………... 31 圖2-2 AATCC-22 撥水法標準評級圖片……… 36圖3-1 抗菌劑 AEM5772 搭配不同撥水劑之表觀色強度………… 39 圖3-2 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之表觀色強度……… 39 圖3-3 抗菌劑 AT3000 搭配不同撥水劑之表觀色強度..………….. 40 圖3-4 抗菌劑AEM5772搭配不同撥水劑之接觸角….………. 42 圖3-5 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之接觸角………. 43 圖3-6 抗菌劑 AT-300 搭配不同撥水劑之接觸角.……… 43 圖3-7 Blank 抑菌圈照片……… 47 圖3-8 A1 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 47 圖3-9 A2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 48 圖3-10 A3 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 48 圖3-11 A4 抑菌圈照片( 先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 49 圖3-12 B1 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 49 圖 3-13 B2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 50 圖 3-14 B3 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 50 圖 3-15 B4 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 51 圖 3-16 C1 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 51 圖 3-17 C2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 52 圖 3-18 C3 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 52 圖 3-19 C4 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑) ……… 53
圖3-20 A1 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 53 圖3-21 A2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 54 圖3-22 A3 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 54 圖3-23 A4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 55 圖3-24 B1 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 55 圖3-25 B2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 56 圖3-26 B3 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 56 圖3-27 B4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 57 圖 3-28 C1 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 57 圖 3-29 C2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 58 圖 3-30 C3 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 58 圖 3-31 C4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) ……… 59
表目錄
表1-1 抗菌劑發展史……….. 11 表1-2 兩種抗菌技術的比較……….. 19 表1-3 抗菌劑在纖維上的運用……..……… 20 表3-1 抗菌劑 AEM5772 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化……… 37 表3-2 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化... 37 表3-3 抗菌劑 AT-300 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化………….. 38 表3-4 尼龍織物之表觀色強度變化……….. 38 表3-5 先加撥水劑後加抗菌劑加工方式之撥水評級………. 40 表3-6 先加抗菌劑後加撥水劑加工方式之撥水評級……… 41 表3-7 加入藥劑後接觸角……… 41 表3-8 水洗後接觸角……… 42 表3-9 尼龍織物水洗堅牢度( AATCC) ……… 44 表3-10 尼龍織物水洗堅牢度(ISO) ……….. 45 表3-11 尼龍織物先加抗菌劑後加撥水劑之抑菌率……… 59 表3-12 尼龍織物先加撥水劑後加抗菌劑之抑菌率……… 60第一章 緒論
1-1 前言 聯合國世界衛生組織（WHO）提出，21世紀全球的主題是“健康 與環境”，每個人的生命與健康，60%掌握在自己手中。也就是說， 除去遺傳學等無法改變的因素外，個體所處的環境對生命與健康起重 要的作用。在現代的大都市，空氣中無時無刻散佈著不知名的微生 物，例如細菌、黴菌等，而且台灣地處亞熱帶，潮濕高溫的氣候是細 菌的溫床，同時在生活環境中，亦隱藏著許許多多的有害病菌威脅人 體健康，若能有效控制病菌滋生乃為治本之道。在人體穿著織物的同 時，由於人體會生皮脂、汗液及汙垢等代謝物，而空氣中微生物會以 這些代謝物當作養分進行分解繁殖，進而產生病菌以及惡臭[1]。 近年來，創造健康的環境之要求愈來愈高，因此在衣著上追求舒 適性、健康性的研究開發正不斷受到重視，目前在市場出現了抗菌、 防黴加工之製品，此一產品具有抑制黴菌和微生物之滋長，同時並具 有防止蠹蟲之繁殖及避免織物產生惡臭、變色、著色及脆化等不良現 象，並賦予織物具舒適且健康的功能[2-4] 。除此，現今之紡織產品為 因應多元化社會環境需求，正努力朝著多機能性產品方向邁進，如圖 1-1所示[5]。因此利用撥水、撥油加工以改善織物易吸溼沾汙之缺點， 乃是提高產品附加價值是值得開發之機能性要項之一。除此，若將織 物經加工後使其同時具有抗菌及撥水、撥油等多重特性，則織物在應 用上將更具舒適、便利、衛生及安全等性質，並可應用於特殊用途上： 諸如：手術衣、工作服、外套、鞋子……等。第一次機能 第二次機能 第三次機能 第四次 機能 機能織物 高機能織物 超機能織物 智慧型 織物 基本機能 高度機能 組織機能 智慧機 能 21 世紀 適度抗張強力 彈性率 染色性 耐鹼性、耐酸性 耐熱性、耐候性 舒適性、手感 難汙、防汙織物 防皺、消臭織物 脫臭織物 人工透析中空織物 生體適合性織物 光透過織物 吸濕、保溫織物 吸塵織物 抗菌、防臭織物 環境淨化織物 防汙、脫汙織物 形狀安定、記憶織物 細菌分離中空織物 電磁波遮蔽織物 環境變化緩衝織物 長距離用光纖 透濕防水織物 撥水織物 蓄熱、保溫織物 保溫、斷熱織物 環境安全、形成纖維 自己清潔型織物 自己修復、再生織物 血液淨化中空纖維 芳香類自我診療型織物 情報變換型光纖 感溫型織物 透濕防水織物 環境因應型蓄熱 保溫性織物 圖1-1 機能性織物之發展趨勢 1-2 文獻回顧 1-2-1 微生物簡介 微生物(microorganism)細胞構造簡單、體型微小無法以肉眼辨識 等低等生物的統稱，既非動物也非植物，早期曾經歸之於原生生物界 (protista) 。 現 今 則 是 將 所 有 的 生 物 分 為 五 界 ， 分 別 為 原 核 界 (Monera) 、真菌界(Fungi)、原生生物界(Protista)、動物界(Animalia)
與植物界(Plantae)。其中原核界、原生生物界及真菌界都是屬於微生
物的範疇。微生物的種類繁多，在原核界為原核生物，包含早期稱為
藍綠藻的藍細菌(Cyanobacteria)及細菌(Bacteria)等；原生生物界屬於
單細胞的真核生物，包含黏液菌(Slime molds)、單細胞藻類(Unicellular
algae)及原生動物(Protozoa)等；真菌界屬於多細胞真核生物，包含黴
菌(molds) 、 酵 母 菌 (Yeasts) 等 。 真 核 生 物 (eukaryotes) 與 原 核 生 物
(prokaryotes)的差別在於核膜(nuclear membrane)，前者具有核膜，有 典型的細胞核，細胞構造與一般動植物相似；後者沒有核膜，沒有真 正的細胞核，故核內的物質直接暴露在細胞質中。所有的生命皆由細 胞(cell)構成，由多種不同的細胞參與執行複雜的生命現象者，稱為多 細胞生物(multicellular organisms)。反之，只有單一細胞構成也表現出 生命現象者，稱之為單細胞生物(unicellular organisms)。自然界還存 在一種不屬於上述五界中任何一界，介於生物與非生物之間，不具細 胞構造，卻具有生命現象的病毒(viruese)。病毒只由核酸(DNA 或 RNA) 與蛋白外殼(protein coat)所構成，為最小的傳染病原體，會侵入活細 胞中繁殖，並表現高效率的生殖作用，可引起動植物與微生物的疾 病，故也在微生物的討論範疇內。 藻類為無根莖葉區分的單細胞或多細胞植物，大多存在於水中或 是潮濕的土壤裡，具有葉綠素，可行光合作用製造養料並釋出氧氣，
是地球無數生物賴以維生的重要來源，可以行有性及無性兩種生殖，
對人體無致病性，其中的藍綠藻為原核細胞，綠藻為真核細胞。
原生動物雖無葉綠素不能行光合作用，但能利用鞭毛、偽足或纖
毛等構造運動，是單細胞真核生物，例如纖毛蟲( ciliates)、變形蟲
( amoebae)，瘧原蟲( malarial parasites)。廣泛分佈於土壤、池塘、糞
便與海洋中，有些種類可能引起高等生物的疾病，如惡性瘧原蟲
(Plasmodium falciparum) 、三日瘧原蟲(Plasmodium malariae)、蛋形瘧
原蟲(Plasmodium ovale)及間日瘧原蟲(Plasmodium vivax)會使人類感
染瘧疾，而其他種類的瘧原蟲則會感染其他種動物。 1-2-2 細菌簡介 細菌是一個完整的個體，能獨立完成生長、繁衍、新陳代謝等生 命過程，也有獨特的致病性。細菌是單細胞的原核生物，與真核生物 一樣具有完整的細胞結構，其差別僅在於沒有細胞核，亦即沒有核膜 將遺傳物質與細胞質分開。所以將其與真核生物(Eukaryotes)有所區 別，稱之為原核生物(Prokaryotes)。 細菌按其形態可以分為三類，球菌、桿菌及曲狀菌，其中曲狀菌 又包含弧菌以及螺旋菌。共同結構又稱一般結構，例如細胞壁(cell wall)、細胞膜(cell membrane)、細胞質(cytoplasm)、類核體(nucleoid)； 非共同結構則為特殊細菌才具有的特殊構造，如鞭毛(nagella)、線毛
(pili)、莢膜(capsule)、黏液層(slime)等[6-10]。 1. 細胞壁(cell wall) 幾乎所有細菌的外層都有一個堅固的細胞壁以為對外的屏障，它 決定細胞的形態，並且保護細胞，當其內部滲透壓大於外界環境時， 可避免產生滲透性分解(裂解)，也是細胞生長與分裂所必需；具有抗 原性，可引發抗體的產生。主要是由勝肽聚醣(peptidoglycan，勝肽與 多醣的聚合物)所構成，可分為：(1)以 N-乙醯壁酸(N-acetylmuramic
acid，簡稱 NAM)與 N-乙醯葡萄糖胺(N-acetylglucosamine，簡稱 NAG)
交替連接形成的骨架(backbone)；(2)由四個胺基酸(tetrapeptide)串起來 的多肽鏈接在N-乙醯壁酸上形成側鏈(side chain)；以及(3)各個側鏈再 以勝肽鍵連接而組合成複雜的聚合物，緊密地堆積在細胞膜外。 細菌因細胞壁組成的不同，而具有不同的革蘭氏染色(Gram Stain) 的表現，可分為革蘭氏陽性菌(Gram-Positive Bacteria)與革蘭氏陰性菌 (Gram-Negative Bacteria) 兩種。 革蘭氏陽性菌具有較厚且均勻的細胞壁，是由很岸的勝肽聚醣與 磷壁酸(teichoic acid，又稱台口酸)所形成的厚且堅固的構造。磷壁酸 是以磷酸多元醇重複結構為主鏈的陰離子聚合物，磷酸多元醇大多是 磷酸甘油或磷酸核醣醇。其功能為：(1)協助勝肽聚醣鞏固細胞壁；(2)
高膜結合酶的活性；(4)構成噬菌體的吸附點；(5)形成表面抗原決定
簇； (6)革蘭氏陽性致病菌與其宿主問的黏連。
革 蘭 氏 陰 性 菌 除 了 較 薄 的 勝 肽 聚 醣 ， 還 有 脂 多 醣
(lipopolysaccharide，簡稱 LPS)、外膜(outer membrane)以及脂蛋白
(lipoprotein) 等 多 層 構 造 ， 勝 肽 聚 醣 含 量 較 少 。 (1) 脂 多 醣 (lipopolysaccharide，間稱 LPS)：可穩定細胞膜，是由脂質 A(lipid A) 與 多醣體(polysaccharide)所構成，並以脂質 A 與外膜相連，是毒性的來 源，細胞溶解方能釋出，故稱為內毒素(endotoxin)。多醣體是由多種 不同單醣聚合而成核心多醣，再加上側鏈所組成的結構，附在外膜上 形成菌體最表面的結構，為菌體之主要表面抗原，稱為 O 抗原(O antigen)，能誘發免疫反應；(2)外膜(outer membrane)：是雙層含磷脂 質的構造，類似細胞膜，具攜帶運輸功能，可防止細胞壁與細胞膜間 的膜層間隙(periplasmic space)蛋白質的外洩並保護細菌免受宿主膽 鹽以及水解醣的損害。外膜內含特殊的蛋白質，可提供一定的孔隙供 物質進出，但會阻礙大分子如抗生素或是溶菌酶的進入；(3)脂蛋白 (lipoprotein)：是勝肽醣層與外膜連接的橋樑，能穩定外膜。 雖然細胞壁是細菌的基本構造，但自然界仍有少數的菌種並不具 有細胞壁，例如黴漿菌(Mycoplasma)與熱原體屬(Thermoplasma)，因 此它們具有變化多端的細胞形態。其不具細胞壁而能維持細胞正常功
能，係因細胞膜含有特殊的固醇(sterol)，可抵擋細胞內外的滲透壓差 的緣故[6-10]。 2. 細胞膜(cell membrane) 又稱胞膜，位於細胞壁內側，包覆在細胞質的外側， 係具有彈 性與半透性的雙層生物膜，主要由磷脂質(phospholipid)與蛋白質所構 成。除黴漿菌與熱原體屬外的細菌細胞膜，都不具有固醇類，此黠與 真核細胞有很大的差異。 細胞膜的功能為：(1)控制營養物或是排泄物的進出。(2)是細菌 電子傳遞與氧化磷酸化的重要場所。(3)參與細胞壁的聚合。(4)可分 泌溶菌素或胞外水解酶，將大分子分解為小分子。(5)具多種化學接 受器(chemoreceptor)，是化學物質作用系統。(6)是鞭毛著生部位，也 提供鞭毛擺動所需能量的部位。此外，細胞膜常會向內褶成許多囊狀 的構造，稱為間體(mesosome)，可分為中隔間體(septal mesosome) 和 側端間體(lateral mesosome)兩種，前者與細胞分裂有關，後者與細胞 的分泌有關，故在生長旺盛的細菌中，細胞膜所擔任的角色更為重 [6-10]。 3. 細胞質(cytoplasm) 是細菌執行各種生理反應的主要場所，其申包含了許多核酸、核 糖體以及各形各式的酵素。細菌決定遺傳特性的物質稱為類核體
(nucleoid)，是一條圓形且雙股的 DNA 緊密纏繞在一起，且不具核膜，
又稱細菌染色體。許多細菌還存在一種小而環形的 DNA，稱為質體
(plasmid)，是類核體以外的遺傳物質，可自行複製，對於細菌，質體
雖絕非必要存在，但可決定細菌的許多特性。核醣體(ribosome)是由
RNA 與蛋白質所形成的顆粒狀物質，是蛋白質合成的場所。另外還
有儲存性顆粒體(reserve granules)或包涵體(inclusion body)，是多餘養
分堆積的場所[6-10]。 4. 莢膜(capsule) 莢膜可讓細菌附著在物體的表面，利於在不同環境下生存，還可 以保護細菌避免受到破壞。同種細菌之下，具有莢膜的細菌比不具莢 膜的細菌，較難被殺菌劑殺死。在缺乏營養的環境下，莢膜還可以被 分解重新再利用。但莢膜並非細菌生存所必需，失去莢膜細菌仍可生 存[6-10]。 5. 鞭毛(flagella) 與細菌的運動有關，藉著鞭毛的擺動，細菌可進行運動。隨著鞭 毛 的 數 目 與 所 在 位 置 又 可 分 為 單 鞭 毛(monotrichaete) 、 雙 鞭 毛 (amphitrichaete) 、叢鞭毛(lophotrichaete)、周鞭毛(peritrichaete)等。上 述鞭毛若只侷限在菌體之端點部份，都稱為端鞭毛(polar flagella) [6-10]。
6. 線毛(pili or fimbriae)
許多細菌還具有比鞭毛更細更短更直的構造，稱為線毛。與運動
無關。可分為性線毛(sex pili)與體線毛(somatic pili)兩種。性線毛除了
可以決定細菌的性別外，還可以進行接合生殖(conjugation)體線毛則 是分佈於菌體表面，可幫助細菌附著於物體的表面，增加其致病力， 故細菌的體線毛與其致病有關[6-10]。 細菌的生長繁殖包括菌體各成份有規律的增長及菌體數量的增 加。細菌行稱單的二分裂無性繁殖，特點為速度極快。細菌倍增的時 間稱為代時，細菌的代時決定於細菌的種類以及環境條件，一般為 20~30 分鐘。也就是一兩週內就能遺傳 300 代的繁殖速度使其能快速 地變異，而產生新的以及耐藥性的品種[7] ，菌體的生長曲線如圖 1-2。 大腸桿菌的代時為 20 分鐘，一個細胞 8 小時後可繁殖到 200 萬 個， 10 小時後可超過 10 億個，24 小時後的數量龐大到難以計算。 然而隨著細胞的繁殖，營養物質消耗加速，毒性物質的堆積增加以及 pH 值的改變等，細菌不可能保持原速無限地繁殖，一段時間後，細 菌繁殖的速度逐漸減慢，細菌死亡增加，因此活菌率逐漸減低[7]。
圖 1-2 菌類生長曲線 1. 遲滯期(Lag Phase) 菌種正在適應新的環境，繁殖極少故此期曲線平坦穩定。遲滯期 長短會因菌種、接種菌量、菌齡以及營養物質等不同而異，一般為 1~4 小時。於此期間細菌體積增大且代謝活躍[6-8]。 2. 對數期(Log Phase) 又稱指數期，活菌的數目隨著時間以幾何級數大幅增加，致病力 強。此期間細菌生長速度、形態與生理特徵較為一致，對外界環境因 素的作用敏感，因此研究細菌性狀及抗菌劑作用均以此期細菌最好 [6-8]。 3. 穩定期(Stationary Phase) 此時期由於營養物的耗盡、以及代謝出來的毒素累積等不利的因 素，細菌繁殖速度逐漸下降，細菌死亡速度逐漸上升，兩者之間可能 達到平衡，使得細菌的數量並沒有淨成長。細菌的形態、染色體與生 物活性都可能出現變化，同時產生二次新陳代謝的產物，如外毒素、
內毒素、抗生素以及芽孢等[6-8]。 4. 衰亡期(Death Phase) 此時期的細菌，因為缺乏養分加上排放毒性新陳代謝產物，因此 活菌數量急遽減少[6-8]。 1-2-3 抗菌劑簡介 雖然人類很早就知道用大量的食鹽來保存食物，但真正研究殺菌 劑係始於十九世紀中葉，其發展歷程如表1-1 所示[7,9]。 表 1-1 抗菌劑發展史 年代 重要事蹟 1850 維也納的匈牙利醫生Semmelweiss 利用漂白粉防止感染，緊接 者氯氣被用在自來水消毒，並沿用至今。 1851 去國人M. Crison 將石灰與硫磺以 1:1 的比例共煮以製得 Crison 農藥，是農藥先趨。 1865 Lister 將苯酚用於外科手術防止感染。 1873 發現硫磺具有抗菌效果。 1874 Kolbt 和 Thersch 發現水楊酸有抗菌效果。 1875 發現苯甲酸具有抗菌性。 1882 Millardet 在籬笆上噴灑硫酸銅和石灰的混合液，發現葡萄不會感 染霜黴病，經過多年的研究後製成著名的，波爾多液＂（硫酸 銅：石灰：水＝3：1：100）。 1888 脫利拉胞發現甲醛的殺菌作用。 1907 德國人Ehrlich 合成第一個砷化物（arsphenamin）目的抗微生物 藥劑，通稱606，可用於治療梅毒。 1914 發現具殺菌性氯化汞苯。 1923 Sablitschka 發現對羥基苯甲酸酯類具有抗菌作用。
1928 英國細菌學家佛萊明(Alexander Fleming)，發現金黃色葡萄球菌 (Staphyloccoccus aureus)的培養基受到青黴菌(Penicillium
notatum)污染後菌落的分佈受到影響，他推測青黴菌所分泌的物 質可殺死金黃色葡萄球菌，而稱此物質為抗生素(antibiotics)。這 種由青黴菌所分泌的物質稱為青黴素(penicillin)。
1934 Matin 和 Tisdale 與 Williams 不約而同地同時提出二硫代氨基甲 酸鹽化合物具有殺菌效果。 1935 德國生物學家杜馬克發現Prontosil 在水中可以分解成具有抗菌 效果的4-胺基苯磺酸(sulfanilamide)，可以殺死鏈球菌。導致隨 後開發出數千種磺胺基藥劑。 40 年代 陸續發現鏈黴素、金黴素、氯黴素等。 50 年代 陸續發現土黴素、紅黴素等。英國 Beecham 研究小組合成出 6-胺基黴烷酸，開闢了半合成青黴素的道路。 60 年代 Abraham 從頭孢黴菌代謝物中發現頭孢黴菌素 C，水解後開發出 抗菌效果好的頭孢菌素，為現在β-內醯胺類抗生素的先驅。 70 年代 頭孢菌素迅速發展，美國、日本、法囤等大型製藥公司先後推 出頭孢孟多、頭孢呋新、頭孢替胺、頭孢呱酮、磺芐頭孢素、 頭孢西尼、頭孢美哇等。 80 年代 第三代頭孢菌素類、β-內醯胺酶抑制劑及喹諾酮類抗生素崛起。 90 年代 針對細菌耐藥性研發新藥，主攻β-內醯胺類抗生素與喹諾酮類 抗生素。 21 世紀 奈米銀、光觸媒抗菌劑等商品蓬勃發展。 紡織品用的抗菌劑一般可以分為無機抗菌劑與有機抗菌劑兩大系 列。 1. 無機系列： 許多重金屬無論是離子或是化合物對微生物均具有毒性，微量即 可達到殺菌的功效。此類抗菌劑通常是與細胞內蛋白質結合，使其失 去功能，雖然有良好的抗菌效果，但由於重金屬離子對人體有害，因 此，近年此種抗菌劑已被淘汰。目前較常被使用的為銀離子與沸石結
合的抗菌劑。然而，銀離子的釋放會被纖維的物性和化性所影響，如
能穩定地釋放則可增加其抗菌期限[6,7,11-13]。
2. 有機系列：
有機系列的抗菌劑種類繁多，一般可分為下列五類。
a. 四級銨鹽系
四級銨鹽(Quaternary ammonium compounds， QACs)抗菌劑通常
是在帶正電荷的氮原子上鍵結12~18 個碳原子的長鏈，可對細菌進行 細胞膜的破壞、細胞結構的損壞或是蛋白質的變性，而達到殺菌的效 果。缺點如與陰離子作用會使抗菌效果變差，且已有部分細菌具有抗 藥性[6,7,11]。 Si O O O (CH2)3 CH3 CH3 CH3 N CH3 CH3 (CH2)17 CH3
圖1-3 3-(trihydroxysilyl) propyldimethyloctadecylammonium chloride
(AEM 5700)的化學結構
b. 胍系列抗菌劑
PHMB(polyhexamethylene biguanide)為非均相分散型混合物，平
泛運用在食物的防腐劑、游泳池的消毒以及漱口水。PHMB 會將細胞 膜完全破壞，且分子量增加，抗菌效果提高，如與陰離子結合，則降 低抗菌效果。除了洗必太(Chlorhexidine)以外較少發現抗藥性的案例 [6,7]。 * N H NH NH N H * NH2Cl n=11-15 圖1-4 Polyhexamethylene biguanide(PHMB)的化學結構 Cl N H C NH N H C NH N H C H2 N H N NH H N NH H Cl 6 圖1-5 Chlorhexidine 的化學結構 c. 三氯沙(Triclosan)系列 三氯沙(Triclosan)是用途廣泛的殺菌劑，可以殺死一般常見的細 菌，在水溶液中不會解離，不會與陰離子結合，1960 年開始即被廣 泛的運用在牙膏、洗手乳、沐浴乳、防臭劑、漱口水等商品上。它利 用阻止脂質的合成來達到抑制細菌的生長。細菌對三氯沙的抗藥性已 被證實，而且陽光曝曬會降解成具致癌性的2， 8-dichlorodibenzo-p-dioxin，因此歐洲一些國家已禁止使用三氯沙[6,11]。
OH Cl O Cl Cl 圖1-6 三氯沙的化學結構 d. 天然物系列 甲殼質(Chitin)水解後所得的脫乙醯甲殼質(Chitosan)，具抗菌性 又具備無毒性、生物可分解性與生物相容性等優勢。甲殼質來源是蝦 與螃蟹等甲殼類動物的殼。經水解後所得的脫乙醯甲殼質對於一般常 見的細菌具有廣泛的殺菌作用，其水解的程度以及分子量分佈會影響 抗菌效果。脫乙醯甲殼質的抗菌機制目前還不是很清楚，推測是一級 胺提供正電荷，與細胞表面帶負電荷的基團作用或是滲透到細胞內與 細胞內的物質產生作用，使之達到抗菌效果 [6,11 ,14]。 e. 可再生系列
N-halamine 是廣泛使用的殺菌劑，過氧酸(Peroxy acid)則是醫院
常用的殺菌劑；二者皆可以用接枝或是壓染的方法，將抗菌劑吸附到
織物上。N-halamine 用 N-Cl 鍵殺死細菌後會轉變成 N-H 鍵，之後可
與漂白水作用，再生N-Cl 鍵又具有抗菌性，如圖 1-7。N-Cl 鍵的再
化氫)反應可再生成過氧酸，如圖 1-7；但不耐洗滌且再生效率逐次遞 減是其缺點[11 ,15-18]。 N Cl + H2O Kill microbes Bleach N H + Cl + OH A, Regenerable N-halamine B, Regenerable peroxyacids C O R OH + H2O2 Kill microbes Bleach C O OOH R + H2O 圖1-7 N-halamine 以及 Peroxyacid 的殺菌及再生機制 其他總類抗茵劑 1. 磺胺噻唑的抗菌 磺胺噻唑(Sulfathiazole)，屬於磺胺類抗菌劑，為畜牧業常用的抗 生素之一。對革蘭氏陽性菌與陰性菌均具有抗菌抆果，但與它的磺胺 類藥劑間有交叉抗藥性，圖1-8 為磺胺噻唑的結構式[19]。
H
2N
S
OO
N
H
N
S
圖1-8 磺胺噻唑的化學結構2. 有機氟的抗菌 將對抗革蘭氏陰性菌的喹諾酮類(Quinolone)抗生素第三代，於 R-6 位置導入氟原子，可製得氟喹諾酮(fluoroquinolone)抗菌劑對革蘭 氏陰性與陽性菌皆具抗菌性。此類抗菌劑如環丙沙星 (Ciprofloxacin)、左氧氟沙星(Levofloxacin)與曲伐沙星(Trovafloxacin) 等[20,21]。 HO O N O N F N NH HO O N O F O N N 圖1-9 環丙沙星的化學結構圖 圖 1-10 左氧氟沙星的化學結構 HO O N O N F F F N H H NH2 圄1-11 曲伐沙星的化學結構 Hideo Sawada 等人發表多篇含氟烷基的低聚物具有抗菌，甚至抗
HIV-1 效果的論文，如圖 1-12 所示[16~26]此外，Feng- Ling Qing 等人
也發表含全氟烷基鏈的四級銨鹽的抗菌效果較相對應鏈長烷基四級
RF N RF Me Me Cl n RF= CF(CF3)OC3F7 RF=CF(CF3)OCF2CF(CF3)OC3F7 N RF H H Cl n RF= CF(CF3)OC3F7 RF (H2C HC)X NH3H2C Cl RF (H2C HC)x NH3H2C Cl (CH2 CH2)y COOH RF RF= CF(CF3)OC3F7 RF=CF(CF3)OCF2CF(CF3)OC3F7 圖1-12 含氟烷基的低聚物 N CaF17 l 1 N C6F17 l 2 N CH2CH2(CF2)mCF3 l 3 m= 5 4 m= 7 N (CF2)7CF2Cl l 5 圖 1-13 含全氟烷基的四級銨鹽結構式 1-2-4 抗菌加工的方式 目前市面上抗菌紡織品大致可分為下列兩大類： (1)後處理法： 將具有抗菌劑經由各種後處理製程吸附於紡織品上，使紡織品具有抗 菌的功能。(2)共混紡絲法：將抗菌劑加入紡絲浴中，經熔融紡絲以 製得抗菌纖維。
表1-2 兩種抗菌技術的比較 後處理法 共混紡絲法 方法 性質 好 好 抗菌效果 稍差 好 耐久性 各類纖維 合成纖維 適用範圍 廣泛 略差 產品手感 稍有影響 很少影響 顏色 不影響 不影響 一般而言，抗菌劑除了要適用範圍與方法廣泛外，還需要加工簡 單、相容性好、無毒且耐久性佳，更要能適應製造過程的環境，例如 熔融紡絲所使用的抗菌劑就需要能耐高溫。不同的抗菌技術有不同的 優點，如表1-2 所示。常見的抗菌劑以及其適用範圍與方法如表 1-3 所示。
表1-3 抗菌劑在纖維上的運用 抗菌紡織品應具備以下性質： 1. 對人體沒有毒性。 2. 對有害的微生物具有廣泛以及高效能的抗菌性。 3. 具有良好的透氣性，不會破壞纖維，不使織物產生物化性的變 化。 4. 與其他加工整理劑具有相容性。 5. 對於洗滌與乾洗具有良好的耐久性。 6. 加工方法簡單與成本低廉。
抗菌紡織品日前已被廣泛的應用於生活與醫療保健等各方面的，例如 內衣褲、鞋子襯裡、嬰兒尿布、成人尿布，醫用敷料、無菌室濾布與 抗菌防塵口罩等[11]。 1-2-5 撥水劑簡介 一般常用的撥水劑可分為氟化碳氫化合物(Fluorocarbons) 及矽 化合物(Silicone) 兩大類。 1. 氟化碳氫化合物(Fluorocarbons) 氟化碳氫化合物具有低介面能，用於防水兼防油加工劑。經過氟化的 脂肪基，可使加工物表面形成非極性，使油污不易黏著。氟化碳氫化 合物的價格昂貴，雖然在單獨使用時，防水防油效果良好，但不經濟 且不安定，故常與其他防水劑併用，可節省用量，亦使操作較為安定 [28]。 2. 高分子矽化合物 (Silicone) 此類化合物可用於各類纖維的防水加工，除具有優良的防水效果外， 加工後織物具有平滑的手感，其化學結構為聚矽氧化合物 (Polysilloxone)，一般主要有兩大類：
1. 甲基氫聚矽氧烷(methyl hydrogen poly siloxione)
此類產品在聚合鍵上有未反應之質子，具有反應性而形成網狀聚合，
2. 甲基聚矽氧烷(methyl polysiloxane) 此類產品不具有反應性，主要用作柔軟劑。一般市售品大部份為甲基 氫聚矽氧烷單獨使用，或與甲基聚矽氧烷混合使用。 1-3 理論 1-3-1 酸性染料對尼龍纖維的染色理論 酸性染料除了被廣泛地運用在聚醯胺纖維的染色上，還大量用於 羊毛及蠶絲的染色。不同於羊毛，聚醯胺纖維僅在分子鏈的兩端才有 羧基和胺基，分子鏈中只含有碳鏈和醯胺基，碳鏈提供疏水性，而分 子鏈中的醯胺基、末端的胺基，則是提供染著席位，但以聚醯胺鏈的 末端基影響為大。聚醯胺纖維的構造類似蛋白質纖維，但末端胺基與 羧基比蛋白質纖維少，為疏水性，又因主鏈醯胺基(-NH.‧CO-)為鹽 基性基，對水溶性染料有親和性，因此有較大的膨潤性、吸著性與染 色性。聚醯胺纖維有多種形式，主要為Nylon6與Nylon 66。Nylon 6 的非結晶部分比Nylon 66多，所以飽和染著量較大、染色速度較快。
H
2
N 聚醯胺
COO
OH
H
H
3
N 聚醯胺
COO
H
OH
H
3
N 聚醯胺 COOH
圖1-14 聚醯胺纖維分子與 pH 值之關係圖聚醯胺纖維在水中主要以兩性離子的形式存在，但會與pH 值的 改變而調整，如圖 1-14 所示。當 pH 低於 5 時，幾乎所有的—COO -皆變成—COOH，而以 NH3+與陰離子染料結合，染料的飽和吸附量 與纖維的末端胺基含量相當。當pH 到 3 時，醯胺基開始吸附質子， 形成新的陰離子染料吸附中心，造成染料吸附量急遽增加，但是這種 鍵結並不牢固，當 pH 增加時，染料分子也跟著失去與纖維的鍵結 [29-32]。 1-3-2 抗菌理論 滅菌與抑菌的效果 抗菌劑的滅菌與抑菌效果取決於被作用的微生物及使用的環境 和條件。不同類型的微生物對抗菌劑的抵抗力不同。一般來說，革蘭 氏陽性菌比革蘭氏陰性菌對抗菌劑更加敏感，主要是因為細胞壁的組 成不同所造成的。革蘭氏陽性菌的細胞壁是由很厚的肽聚醣組成，表 面帶負電荷，故對於四級銨鹽類抗菌劑比較敏感；而革蘭氏陰性菌的 細胞壁雖然較革蘭氏陽性菌薄，但其組成較複雜，較易阻止抗菌劑進 入細胞的柵欄，故其對抗能力比革蘭氏陽性菌強，尤其是綠膿桿菌 [6-8]。 滅菌與抑菌原理 一般說來，要靠阻斷微生物所需的養分或是能量來抑制其生長是
相當困難的，故只能破壞微生物的結構或是功能物質來達到滅菌與抑 菌。微生物的細胞外圍存在著葡聚醣、幾丁質、肽聚醣等的合成酶； 細胞裡面則存在著電子傳遞系統酶、能量代謝系統酶、蛋白質合成酶 以及核酸合成酶等，這些都是抗菌劑可以攻擊的點。微生物的細胞 壁、細胞膜、細胞質與細胞核等也是攻擊點。 抗菌劑的作用機制大致可分為下列四個方向： 1. 蛋白質的變性 細胞內具有功能的蛋白質，不論是結構性蛋白或主掌細胞活性的 酶，都有一定的構造。若以化學或物理的方法破壞其結構(稱為蛋白 質的變性)，會直接導致其功能的喪失，並影響細胞的存活。功能基 或是輔酶的受損也會幹擾酶的活性，使細胞無法正常生長。蛋白質分 子通過一些弱的化學鍵形成一定的空間構像，這對維持蛋白質的生理 活性十分重要。當蛋白質的空間構像受到破壞，就會失去原有活性。 重金屬的抗菌劑能破壞酶蛋白的結構，甲醛、苯酚與異硫氰酯類抗菌 劑則能與蛋白質的硫基和胺基相互作用而破壞酶蛋白的立體構像。 α、B-不飽和酮也能與蛋白質的硫基和胺基結合而使蛋白質變性。鹵 素，可將蛋白質的硫氫基氧化成雙硫鍵(-S-S-)，而使蛋白質失去活性。 2. 細胞壁或細胞膜的破壞 細胞壁受損會導致細胞內外滲透壓的不平衡，細胞很快會溶解。
若細胞膜受損，內外物質出入失調，養分無法正常進入，則細胞的生 物合成會受阻，很快會面臨死亡；若廢物無法排出，也會對細胞的代 謝造成影響，直接影響細胞的存活。抗菌劑破壞細胞壁的情況大致有 下列三種：(1)細胞壁的物質被溶解或被破壞；(2)細胞壁的酶類被抑 制；(3)細胞壁的生物合成受到影響。細胞壁是細胞的最外層，它的 破壞會使原生質滲出，發生溶菌作用。如革蘭氏陽性菌表面因富有磷 壁酸（帶陰電性）容易與帶正電荷的四級銨鹽作用，引起結構的破壞， 使細胞的內含物外洩，導致細胞的死亡。 細胞膜是一層具有高度選擇性的半透膜，主要功能是控制細胞內 外的一些物質的交換作用。抗菌劑對細胞膜的破壞方式有下列三種： (1)水楊酸、苯甲酸、硝基苯酚等抗菌劑會破壞細胞膜中脂質分子與 蛋白質的定向排列，損害正常細胞膜的脂質-蛋白質結構的基本骨架 直至死亡； (2)重金屬離子會改變細胞膜的表面電荷，破壞其通透 性，使各種代謝物質滲出細胞外；(3)嘧啶、咪唑、吡啶等抗菌劑會 抑制細胞膜的合成。 3. 核酸物質的破壞 核酸包含 DNA 及 RNA 是傳遞遺傳資訊的基礎物質，其結構直 接受損或是基因表現無法進行，都會影響細胞的存活。抗菌劑對核酸 的影響有下列四種：(1)苯並咪唑類抗菌劑的化學結構與嘌呤很相
像，容易冒充腺嘌呤或鳥嘌呤，參與假 DNA 的合成。(2)阻止核苷酸 結合到核酸。(3)酮類、酚類與胺基類抗菌劑會與 DNA 的羥基或胺基 反應，使DNA 分子雙螺旋交連起來，不能分開作為範本。(4)與 DNA 上的核苷酸殘基形成複合物，進而影響DNA 的轉錄及複製。 4. 拮抗作用(antagonism) 化學物質若干擾細胞內酶與受質之間的作用(稱為拮抗作用)，會 造成細胞內物質代謝的失調，細胞能量的產生可能受阻，新物質無法 合成，此時細胞無法分裂，微生物的生長因而受到抑制。一些抗菌劑 因攜帶某些成份，能嵌入菌體細胞的蛋白質或是核酸分子中，若這個 部位是酶的活動中心，酶就會失去活性。抗菌劑也可以用下列形式破 壞酶的活性：(a)若抗菌劑與輔酶競爭酶的活性中心，以阻礙作用物與 酶的接觸或阻止酶與基質分開。(b)抗菌劑可以取代某些代謝產物以 抑制前階段的反應，進而影響整個代謝的反應速度(一般稱為反饋性 抑制)。(c)抗菌劑使輔酶失去作用，連帶使其相對應的酶也無法作用。 (d) 抗菌劑與基質反應，而使酶無法與基質作用，造成微生物的中毒 [6-8]。 1-3-3 撥水理論 固體-液體間存在多種關係，例如濕潤、舖展以及抗拒，牽涉到 液體與固體間的介面性質，包括液體的表面張力及固體的表面能。織
物的撥水性是指水滴在織物衣面凝聚成球狀，而不進入織物內部。其
撥水性可用織物表面與液滴之接觸角來評定。如圖 1-15 所示，由固
體表面與液滴相接觸之點沿液滴畫一切線，由固體表面經過液滴到液
滴切線間之夾角稱接觸角(Θ,Contact Angle)。
Zisman 等人發現，同系物液體在同一固體表面上的接觸角θ隨
液體表面張力的降低而變小。以接觸角之餘弦值(cosθ)對液體的表面
張力(γLV，作圄，可得到一直線，將此線延長至 cosθ= 1 處，其相
對的x 座標值即為該固體之臨界表面張力(Critical surface tension, γ
cc).。臨界表面張力值越低，則固體表面之疏水性愈強。若要將其固 體表面濕潤，則要選擇臨界表面張力更低的液體。因此，只要固體的 臨界表面張力低於水的臨界表面張力(72.8 dyne/cm，20℃)，即具備撥 水性。 1-4 研究目的 一般尼龍織物，染色後再經抗菌加工及撥水加工，不但手感變 差，染色堅牢度也會降低，因此本研究是以染後尼龍織物，在三種不 同抗菌劑預處理後，再添加不同撥水劑的組合配方，和不同後加工製 程下，探討其接觸角、抗菌性、表觀色力度(K/S)、水洗牢度、撥水 性等，以找出最佳的製程配方及加工方式。
第二章 實驗
2-1 實驗材料 1. 基材 nylon 6，（167×106 70D/24F×120D/96F） 2. 抗菌劑 (1) AEM5772 (AEGIS 公司提供) (2) AM110 (Huntsman 公司提供) (3) AT-300 (Polygiene 公司提供) 3. 撥水劑 (1) PM-3630 (3M 公司提供) (2) Teflon (DuPont 公司提供) (3) TG-580 (DAIKIN 公司提供) (4) UG-242 (ASAHI 公司提供) 4. 染料Everacid Milling Yellow MR (C.I.Acid Yellow 42)
N N CCH CH OH CH3 N N SO3Na SO3Na N N CH HC C N N OH CH3 (台灣永光化學工業股份有限公司提供)
2-2 實驗儀器與設備
(1)多功能快速試色機(LABTEC H-24M TBB100)
(2)電腦對色系統(Color Quality Control System)：
Sphere Spectrophotometer X-Rite SP62
(弘大科技股份有限公司) (3)瑞比 Timing 樹脂壓染機 型號：TM 201 壓力：3.0 ㎏ (4) James H.heal 撥水度測試機 噴灑孔：孔徑0.035 英吋 19 孔 角度：試樣架角度45 度 距離：噴灑孔到試樣布中心點垂直距離6 英吋
(5)接觸角測試儀 (Contact Angle Meters)：
(Fast/60, GBX) 測試範圍：1~180° 精密度±1°
(6) 37℃培養箱 (Lianshen)
(7)無菌操作臺 (JW-6N, 培基化工)
(8)高溫高壓滅菌釜 (HL-343, 培基化工)
(9)恆溫震盪槽 (DKW40, Deng Yng)
(10)純水機 (Easy pure II, Barnstead)
(12)電子天平 (GX-400, 培基化工) 2-3 實驗流程 圖 2-1 實驗流程圖 2-4 基本測試 2-4-1 尼龍染色及表觀色強度(K/S) 1. 常壓染色法 (1)布重： 3g (2)染料： 1％(o.m.f.) (3)pH ： 5.0~5.5 (4)浴比： 1：20
2. 皂洗 (1)中性皂絲：2 g/L (2)浴比：1：20 3. 染色升溫曲線 4. 表觀色強度(K/S) (1)將染色後織物使用電腦配色系統測試。 (2)以電腦配色系統(Data Color )測試，使其在穩定狀態下，先予以校 正測試後，再正式進入測試。 (3)進入系統內，選取需測試項目，再將試樣放於待測位置。使用電 腦配色系統測量其表觀色強度(K/S 值)。其數據乃依據下式： K ( 1-R )2 S = 2R K：吸收係數、S：散射係數、R：最大吸收波長的反射率
2-4-2 接觸角分析 以去離子水為測試液，利用接觸角測量儀測試親疏水性，操作步驟如 下： 1. 將織物置於載臺上待測。 2. 以注射針筒吸取去離子水，用針頭將水滴出，形成圓球狀，並控 制液滴之重量為3 mg。 3. 上升載台使織物沾到液滴，迅速量測水滴與織物之間的角度。 2-4-3 抗菌測試 菌活性質之計算
金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus , ATCC 6538 P)，將試驗
菌在固態斜面培養基上進行劃線培養，以37℃培養 18 小時後，從斜
面培養基中取1 ml 含有 1 x 105 CFU (colony-forming units)金黃色葡萄
球菌的菌液植入於對照組(無測試樣本)，將對照組接種後的植菌數與 經18 小時培養後之菌數的對數比值，稱為增殖值。當增殖值大於 1.5 時，表示細菌之活性足夠，該試驗進行正常，評定試驗為有效；當增 殖值小於等於1.5 時，則表示細菌之活性不足，評定該試驗為無效， 需重新再試驗，利用下列方程式求出增殖值。 增殖值 = Mb - Ma 其中，Mb：對照組經 18 小時培養後之菌數的對數值
Ma：對照組植入之菌數(1 x 105 CFU)的對數值 抗菌活性 本實驗中選用之菌株為金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, ATCC 6538 P)，將試驗菌在固態斜面培養基上進行劃線培養，以 37℃ 培養18 小時後，從斜面培養基中取 1 ml 含有 1 x 105 CFU 金黃色葡 萄球菌的菌液，加到放入處理過織物的離心管中，將上述菌液置於 37℃培養箱中培養 18 小時，經 18 小時培養後，加入 9 ml 食鹽水至 離心管中，然後進行10 倍稀釋，分別由稀釋液中各自取出 0.1 ml 菌 液到9 cm 平板培養皿上，加入 nutrient agar(45℃)充分混合後冷卻成 固態，最後將培養皿置於37℃培養箱中培養 18 小時後取出，計算菌 落數目和菌液之濃度。 2-4-4 水洗染色堅牢度 依據ISO 及 AATCC 水洗染色堅牢度測試法，將染色好的尼龍纖 維與試驗附布縫合後，分別放入鋼瓶中。ISO 105 C06 A2S 為洗劑 0.4%、過硼酸鈉 0.1%、不鏽鋼珠 10 顆、液量 150 mL、測試溫度 40±2℃、測試時間 30 分鐘；AATCC 61 1A 為洗劑 0.37%、不鏽鋼珠 10 顆、液量 200 mL、測試溫度 40℃、測試時間 45 分鐘，最後從測 試樣布及試驗附布以變褪色及染汙灰色標評判染色堅牢度。(評級結 果共有1~5 級，5 級最佳，1 級為最差)
2-4-5 撥水測試 1.將施與撥水劑加工之各布種裁剪約 180 mm * 180 mm 試樣，於紡織 試驗溫濕度標準狀態(20 土 2)℃,(65 士 2)%R.H 放至恆量。 2.將試樣以直徑 150 士 5mm 的兩個金屬環套合，使織物表面平滑無 皺摺後，放 5 置於支架上，且測試面朝上，此時固定框應保持 45°傾 斜，並使金屬噴嘴之中心與固定框之中心一致，距離為150 士 2mm， 調整試樣的經向平行於水流方向。 3.將 250ml 在室溫下的蒸餾水慢慢注入漏斗內，噴灑時間約即 20~30 秒，在完成試驗後由金屬環一端拿起，使測試面向下對著固定物簡捷 的輕敲一下，再轉180°握持，將另一端輕敲一下。 4.將試樣上的沾濕情形及點狀圖形與標準圖片比對(如圖 2-2 所示), 評級結果以最差級數表示。
圖 2-2 AATCC-22 撥水法標準評級圖片
100：表面沒有濕潤 70：表面積大部份濕潤
90：表面積有溼潤 50：表面全部均濕潤
80：表面積分散小面積之濕潤 0：完全濕潤
100- NO STICKING OR WETTING 70- PARTIAL WETTING OF WHOLE OF UPPEER SURFACE. OF UPPER SURFACE.
90- SLIGHT RANDOM STICKING OR 50- COMPLETE WETTING OF WHOLE WETTING OF UPPER SURFACE. OF UPPER SURFACE.
80- WETTING OF UPPER SURFACE 0- COMPLETE WETTING OF WHOLE AT SPRAY POINTS. UPPER AND LOWER SURFACE.
第三章 結果與討論
3-1 表觀色強度 染色後的色布經由分光測色儀測量反射率，再經電腦換算得到表 觀色強度，以比較染色後色布與經處理與水洗後表觀色強度之變化， 從表3-1~3-4 可看出染色後尼龍織物，在不同抗菌劑與撥水劑組合配 方條件下表觀色強度會有明顯不同的變化。圖3-1~3-3 為各抗菌劑配 方表觀色強度之比較。 表 3-1 抗菌劑 AEM5772 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化 染色後(K/S) 加藥後(K/S) 水洗後(K/S) Blank 1.42 1.40 A1 1.47 1.34 A2 1.48 1.38 A3 1.54 1.36 A4 1.46 1.48 1.47 抗菌劑： A：AEM5772 撥水劑： 1：PM-3630 2：Teflon 3：TG-580 4：UG242 表3-2 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化 染色後(K/S) 加藥後(K/S) 水洗後(K/S) Blank 1.42 1.40 B1 0.76 0.68 B2 0.93 0.92 B3 0.87 0.82 B4 1.46 0.86 0.81 抗菌劑： B： AM110 撥水劑： 1：PM-3630 2：Teflon 3：TG-580 4：UG242表 3-3 抗菌劑 AT-300 搭配不同撥水劑之表觀色強度變化 染色後(K/S) 加藥後(K/S) 水洗後(K/S) Blank 1.42 1.40 C1 1.48 1.40 C2 1.48 1.44 C3 1.50 1.37 C4 1.46 1.46 1.34 抗菌劑： C：AT-300 撥水劑： PM-3630 2：Teflon 3：TG-580 4：UG242 表 3-4 尼龍織物之表觀色強度變化 染色後（K/S） 加藥後（K/S） 水洗後（K/S） Blank 1.42 1.40 A1 1.47 1.34 A2 1.48 1.38 A3 1.54 1.36 A4 1.48 1.47 B1 0.76 0.68 B2 0.93 0.92 B3 0.87 0.82 B4 0.86 0.81 C1 1.48 1.40 C2 1.48 1.44 C3 1.50 1.37 C4 1.46 1.46 1.34 抗菌劑： A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
(AEGIS) (Huntsman) (Polygiene) 撥水劑： 1：PM-3630 2：Teflon 3：TG-580 4：UG242 (3M) (DuPont) (DAIKIN) (ASAHI)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
PM-3630
Teflon
TG580
UG242
表觀色強 度 (K /S )撥水劑
染色後 加藥後 水洗後 圖 3-1 抗菌劑 AEM5772 搭配不同撥水劑之表觀色強度0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
PM-3630
Teflon
TG580
UG242
表觀色強度 (K/S)撥水劑
染色後 加藥後 水洗後 圖 3-2 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之表觀色強度0
0.5
1
1.5
PM-3630
Teflon
TG580
UG242
撥水劑
表觀色強度
(K/
S
)
染色後
加藥後
水洗後
圖3-3 抗菌劑 AT3000 搭配不同撥水劑之表觀色強度 3-2 撥水測試 尼龍織物染色後依不同後處理加工方式，添加不同撥水劑組合後，及利用AATCC 22 (Water repellency: Spray test)法所測得的撥水效
果評級，前如表3-5~3-6所示。 表3-5 先加撥水劑後加抗菌劑加工方式之撥水評級 撥水劑 抗菌劑 PM-3630 Teflon TG-580 UG-242 AEM5772 70 80 80 80 AM110 70 70 80 80 AT-300 70 80 70 80
表3-6 先加抗菌劑後加撥水劑加工方式之撥水評級 撥水劑 抗菌劑 PM-3630 Teflon TG-580 UG-242 AEM5772 80 90 90 80 AM110 70 70 80 90 AT-300 80 90 80 90
抗菌劑：A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
撥水劑：1：PM-3630 2：Teflon 3：TG-580 4：UG242 3-3 接觸角分析 根據文獻報告，織物要具有極佳之撥水撥油功能，其表面要 有兩個重要特性，一為類似絨毛的無機物構造，另一為覆蓋在此織物 四週之疏水性薄膜。而一般在業界之加工方式僅止於利用氟化物塗覆 於 織 物 表 面 ， 所 以 其 撥 水 功 能 並 非 很 好 ， 因 此 本 實 驗 利 用 pad-dry-curve 的方式，以探討不同撥水劑及配方組合下接觸角的差 異，從表 3-7~3-8 可看出添加撥水劑處理後及經水洗後接觸角的變 化。圖2-6～2-8 為各抗菌劑配方接觸角之比較。 表3-7 加入藥劑後接觸角 撥水劑 抗菌劑 PM-3630 Teflon TG-580 UG-242 AEM5772 95.7 129 132 89.2 AM110 87 88.4 87.4 91.7 AT-300 89 91 126.8 87.4
表3-8 水洗後接觸角 撥水劑 抗菌劑 PM-3630 Teflon TG-580 UG-242 AEM5772 85.5 91.2 127.6 80.8 AM110 82.1 82.8 82.2 81.8 AT-300 80.4 90.5 97 81.7
抗菌劑：A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
撥水劑：1：PM-3630 2： Teflon 3：TG-580 4：UG242
0
20
40
60
80
100
120
140
PM-3630
Teflon
TG580
UG242
撥水劑
接觸角
(Θ
)
添加撥水劑後 水洗後 圖 3-4 抗菌劑AEM5772搭配不同撥水劑之接觸角76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
PM-3630
Teflon
撥水劑
TG580
UG242
接觸角
( Θ
)
添加撥水劑後 水洗後 圖3-5 抗菌劑 AM110 搭配不同撥水劑之接觸角0
20
40
60
80
100
120
140
PM-3630
Teflon
TG580
UG242
撥水劑
接觸角
(Θ
)
添加撥水劑後
水洗後
圖3-6 抗菌劑 AT-300 搭配不同撥水劑之接觸角3-4 染色堅牢度測試
染色堅牢度是指織物在染色加工過程後，染料或顏料在各種外界
因素的影響下，能夠保持原來色澤的能力，及不褪色、變色的能力，
視為衡量產品品質的重要指標，各種外界因素包含染色產品用途，其
所處環境的變化及後續加工方式等所產，生影響因素。尼龍織物用酸
性染料(C.I.Acid Yellow 42) 染色後依水洗染色堅牢度做測試(ISO 及
AATCC)。由表 3-9 和 3-10 結果顯示，尼龍織物添加抗菌劑和撥水劑 後，經pad-dry-curve 處理，水洗牢度及變褪色皆具優良效果。 表 3-9 尼龍織物水洗堅牢度( AATCC) 水洗堅牢度 試驗項目 附布評級 Blank A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 變褪色 3~4 4.0 3.0 3~4 3~4 3~4 3.0 3.0 3.0 4~5 4~5 3~4 4.0 Acetate 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 Cotton 4~5 4~5 4~5 5.0 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 Nylon 5.0 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 PET 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 5.0 4~5 4~5 4~5 Acrylic 2~3 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 染汙 Wool 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5
抗菌劑： A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
表 3-10 尼龍織物水洗堅牢度(ISO) 水洗堅牢度 試驗項目 附布評級 Blank A1 A2 A3 A4 B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4 變褪色 3~4 3~4 3~4 4~5 3~4 2~3 2~3 2 3 4~5 3 3~4 3~4 Acetate 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4.0 4~5 4.0 4.0 4.0 4~5 3~4 Cotton 5 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 Nylon 5 5.0 4~5 5.0 5.0 4~5 4~5 5.0 4~5 5.0 5.0 5.0 5.0 PET 3~4 3~4 4~5 3~4 4~5 4~5 3~4 3~4 4~5 3~4 4~5 3~4 3~4 Acrylic 3 3.0 3.0 3.0 2~3 2~3 3.0 2~3 5.0 2~3 5.0 3.0 3.0 染汙 Wool 4~5 4~5 4.0 4~5 4~5 4.0 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5 4~5
抗菌劑： A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
3-5 尼龍織物抗菌測試 本實驗分別探討尼龍織物染色後依不同後加工方式添加抗 菌劑及撥水劑，以比較不同後加工方式其抗菌效果，及尋求最佳的抗 菌劑與撥水劑的配方組合。從圖 3-7 是以金黃葡萄球菌為測試菌種做 抗菌定性測試，未經後處理加工，圖 3-8~3-19 為先添加抗菌劑後加 撥水劑組合抑菌圈之比較，圖3-20~3-31 為先添加抗菌劑後加撥水劑 組合抑菌圈之比較，當中先加抗菌劑後加撥水劑的後加工方式，有明 顯顯著的抑菌圈，為最佳加工方式，當中又以添加抗菌劑 AM110 系 列與不同撥水劑配方組合，為最佳組合配方。表 3-11 是以金黃葡萄 球菌為測試菌種做抗菌定量測試，以先加抗菌劑後加撥水劑方式所測 得不同抗菌劑與撥水劑組合之抗菌抑菌率，表 3-12 是以先加撥水劑 後加抗菌劑方式所測得不同之抗菌抑菌率，從抑菌率數據中再次證明 先加抗菌劑後加撥水劑的後加工方式，為最佳加工方式，及以抗菌劑 AM110 系列組合其抗菌效果最佳。
圖3-7 Blank 抑菌圈照片
圖3-9 A2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑)
圖3-11 A4 抑菌圈照片( 先加抗菌劑後加撥水劑)
圖3-13 B2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑)
圖3-15 B4 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑)
圖3-17 C2 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑)
圖3-19 C4 抑菌圈照片 (先加抗菌劑後加撥水劑)
圖 3-21 A2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑)
圖 3-23 A4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑)
圖3-25 B2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑)
圖3-27 B4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑)
圖3-29 C2 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑)
圖3-31 C4 抑菌圈照片 (先加撥水劑後加抗菌劑) 表3-11 尼龍織物先加抗菌劑後加撥水劑之抑菌率 菌數 抑菌率（%） Blank 4.28 E+7 X A1 6 E+6 85.9 A2 1.4 E+7 67.2 A3 4.3 E+6 89.9 A4 8.4 E+6 80.3 B1 2.6 E+3 99.9 B2 0 100 B3 1.15 E+4 99.9 B4 0 100 C1 2.2 E+5 99.4 C2 4.4 E+4 99.8 C3 1.15 E+5 99.7 C4 2.06 E+5 99.5
表3-12 尼龍織物先加撥水劑後加抗菌劑之抑菌率 菌數 抑菌率（%） Blank 4.28 E+7 X A1 4.13 E+7 3.5 A2 4.19 E+7 2.1 A3 4.17 E+7 2.5 A4 4.22 E+7 1.4 B1 3.87 E+7 9.6 B2 3.92 E+7 8.4 B3 3.94 E+7 7.9 B4 3.89 E+7 9.1 C1 4.02 E+7 6.1 C2 4.01 E+7 6.3 C3 4.05 E+7 5.4 C4 4.09 E+7 4.4
抗菌劑：A：AEM5772 B：AM110 C：AT-300
第四章 結論
本研究探討尼龍織物在染色後，經後整理加工方式添加抗菌劑及 撥水劑，以得到兼具抗菌及撥水的最佳組合配方。並對加工後之尼龍 織物的表觀色強度(K/S)、接觸角分析、抗菌測試、撥水測試、染色 堅牢度測試，結果顯示： 1. 尼龍織物添加抗菌劑 AEM5772、AT-300 系列組合後，其處理後和 水洗後表觀色強度變化值差異較小。 2. 尼龍織物添加撥水劑 Teflon 系列組合後，水洗後其仍有較佳的撥 水接觸角。 3. 尼龍織物添加抗菌劑 AM110 系列組合後，其具抗菌效果較其他系 列組合最佳。 4. 尼龍織物添加撥水劑 TG-580、UG242 系列組合後，其具較佳的撥 水效果。 5. 尼龍織物添加抗菌劑 AEM5772、AT-300 系列組合後，其具有較佳 的變褪色效果及水洗牢度。參考文獻
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