5.2.3.1　多元羧酸对棉纤维的改性技术

首先将经过预处理的棉织物置于含有规定浓度的多元羧酸（酒石酸：TA、柠檬酸：CA或丁烷四羧酸：BTCA）和NaH2PO4的水溶液中浸渍5min，随后使用均匀轧车对浸渍后的棉织物进行二浸二轧处理以除去多余浸渍液（轧液率70%～80%）。然后在100℃对浸轧棉织物进行预烘3min，最后在180℃高温焙烘1.5min，得到多元羧酸改性棉织物（简称PCA-Cotton），并测定PCA-Cotton的羧基含量（QCOOH，mmol/g）。

5.2.3.2　PCA-Cotton与Fe3+离子的配位反应

使具有一定QCOOH值的PCA-Cotton与Fe3+在50℃发生配位反应，制备PCA-Cotton铁配合物（简称Fe-PCA-Cotton），其反应过程如图5-5所示，并测定Fe-PCA-Cotton的铁配合量（QFe，mmol/g）。

图5-5　Fe-PCA-Cotton的制备反应过程

5.2.3.3　PCA-Cotton及其铁配合物的抗菌性(www.daowen.com)

将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为模型细菌，三种PCA-Cotton（QCOOH约为0.85mmol/g）及其铁配合物（QFe约为0.38mmol/g）的抗菌率（R）如图5-6和表5-6所示。

表5-6　PCA-Cotton及其铁配合物对两种细菌的抑制率

图5-6　与棉织物和三种Fe-PCA-Cotton接触12h后试样表面残留细菌菌落照片

图5-6显示，三种PCA-Cotton存在时试样表面两种细菌的菌落数显著少于未处理棉织物存在时的菌落数，尤以金黄色葡萄球菌为甚。并且从表5-6可发现，三种PCA-Cotton试样对两种细菌的R值均未达到50%，而三种相应的铁配合物的R值均超过50%，其中Fe-CA-Cotton比其他两种铁配合物具有更高的R值。这说明尽管PCA-Cotton对两种细菌都具有一定的抑制功能，但是当其与Fe3+配位后，所得到的铁配合物显示出更高的抗菌活性。主要是因为弱有机酸是一种常用的抗菌和防腐剂，它们可以显著降低微生物细胞内部的pH，从而抑制它们的生长繁殖。此外，多元羧酸与纤维素纤维分子中的羟基反应生成的酯键更易于与细菌表面带负电荷的原生质（protoplasm）接触，进而破坏细菌的细胞膜组织而导致其死亡。研究证明，铁配合物具有比其游离配体更高的活性，经过Fe3+配位后棉纤维的抗菌活性增加的现象可以通过Tweedy螯合理论解释。一般而言，螯合作用可以显著降低金属离子的极性，这有利于金属离子和细菌脂质之间的相互作用，导致细胞的渗透性屏障系统破坏，从而对正常细胞生理过程进行干扰，以达到破坏细胞新陈代谢的目的。另一方面，铁配合物能够与细菌体内DNA碱性基团发生结合，从而使得DNA遭到破坏。因此，PCA配体和Fe3+离子的协同作用提高了PCA-Cotton铁配合物的抗菌活性。需要特别说明的是，Fe-TA-Cotton和Fe-CA-Cotton对金黄色葡萄球菌的抗菌性能显著高于Fe-BTCA-Cotton，而Fe-CA-Cotton对大肠杆菌的抗菌性能最高。这可能主要与三种多元羧酸之间在电离性能、溶解度、空间结构和酸度等方面的差异有关，尤其是因相同摩尔浓度的TA和CA水溶液具有较低的酸性，因此这两种PCA-Cotton显示出更好的抗菌性能。另外，我们以前的研究也证明，Fe-BTCA-Cotton具有比其他两种配合物更高的疏水性能，这阻碍了Fe-BTCA-Cotton试样与细菌之间的接触作用，从而阻碍了其对两种细菌生长的抑制性。