天然抗菌紡織品的發展現狀

張海濤,張 雪,劉蒙蒙,肖鳳娟

(山東省產品質量檢驗研究院,山東 濟南250102)

生活中人們與致病菌相伴而生,傳統紡織品為微生物的生長繁殖提供了良好的載體,在適宜的條件和環境中,致病菌大量繁殖,危害服用者身體健康。隨著消費觀念的轉變和健康理念的提升,人們更加追求綠色、健康的衣著方式,其中抗菌紡織品越來越得到消費者的青睞；在家居、醫療衛生、軍用服裝等領域,抗菌紡織品的需求也越來越大。近年來抗菌紡織品已成為功能性紡織品領域內的研究熱點,但有報道稱在使用抗菌織物時會出現皮膚瘙癢、過敏等癥狀,因此研發安全性能高的抗菌紡織品具有重要意義。

1 抗菌紡織品的分類

當前抗菌紡織品可分為3類：天然系、無機系和有機系[1]。

1.1 天然系

天然系抗菌紡織品指以天然抗菌纖維為原料或者使用天然抗菌劑與織物進行抗菌整理而得到的紡織品。相比于無機系和有機系,這類抗菌紡織品具有原料來源廣、成分天然、抗菌譜廣、不產生耐藥性、安全性高等優點。

1.2 無機系

無機系抗菌紡織品是指使用無機抗菌劑對織物進行抗菌整理得到的具有抗菌性能的紡織品。無機抗菌劑可分為以Ag+、Cu2+、Zn2+為代表的金屬離子型抗菌劑和以 TiO2、Zn O、Zr O2、V2O5為代表的光催化型抗菌劑[2]。金屬離子抗菌劑的抗菌機理是Ag+、Cu2+、Zn2+等金屬離子通過破壞微生物的細胞膜,進入細胞與細胞內的酶結合,阻止代謝機能從而殺滅微生物；光催化抗菌劑在光子激發下產生很強的氧化還原能力,進而破壞細菌細胞的增殖[3]。由于無機抗菌劑具有抗菌性能廣、微生物抗藥性小、熱穩定性良好等優點,使此類抗菌劑在紡織品抗菌整理方面被廣泛應用,但由于含有重金屬離子,在耐洗滌及安全性方面逐漸受到重視。

1.3 有機系

有機系抗菌紡織品是指使用有機抗菌劑對織物進行抗菌整理得到的具有抗菌性能的紡織品。常見的有機抗菌劑有季銨鹽類化合物、鹵胺化合物、聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽等[4]。其抗菌機理是通過破壞細胞的組織結構達到抗菌效果。有機抗菌劑殺菌能力強,但毒性較大,在溶出過程中會破壞皮膚的正常菌群。

2 天然系抗菌紡織品的開發

抗菌紡織品的安全性體現在當織物起到抗菌防護作用的同時,對人體不產生毒副作用,不破壞人體正常的生物菌群。天然系抗菌紡織品是三類抗菌紡織品中安全性最高的一類。對天然系抗菌紡織品的研發主要集中在天然抗菌纖維、天然抗菌劑等的開發方面。

2.1 天然抗菌纖維

天然抗菌纖維由于其自身纖維結構或含有的天然抗菌物質對細菌有很好的抑制和殺滅作用,從而使紡織品具有抗菌性能。天然抗菌纖維主要有殼聚糖纖維、甲殼素纖維、麻類纖維、竹纖維、茶纖維、木棉纖維等。

2.1.1 甲殼素纖維和殼聚糖纖維

甲殼素廣泛存在于蝦、蟹、昆蟲的外殼以及藻類、菌類的細胞壁中,是一種極為豐富的天然高分子聚合物[5]。蝦、蟹外殼經稀鹽酸脫除碳酸鈣,熱稀堿脫除蛋白質,再經脫色處理后得到甲殼素,甲殼素經脫乙酰基處理得到殼聚糖,甲殼素和殼聚糖能夠有效抑制細菌和真菌的生長繁殖,具有抑菌活性高、抗菌譜廣、殺滅率高等優點,以甲殼素、殼聚糖為原料通過濕法紡絲制備得到甲殼素纖維、殼聚糖纖維,制得的甲殼素纖維和殼聚糖纖維具有天然抗菌、抑菌性能,是綠色環保纖維[6-8]。朱祎俊[9]利用甲殼素與長絨棉混紡,當甲殼素的混紡比例達到20%時,織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率能達到99.88%,對大腸桿菌的抑菌率能達到91.2%。這類纖維因其較好的生物活性、相容性、降解性和抗菌性在醫用傷口敷料領域也得到廣泛的應用。

2.1.2 麻類纖維

作為四大天然纖維之一,麻纖維具有吸濕透氣、抗菌防霉、抗紫外線和無靜電等優良特性,是紡織行業的重要原料。麻纖維的抗菌性與其獨特的多孔結構和含有的抗菌成分有關。多孔結構使纖維內部富含氧氣,抑制厭氧菌的生長；纖維中含有的抗菌物質如麻甾醇、黃酮、酚類物質等對細菌有很好的抑制作用[10]。

史加強[11]的研究表明亞麻織物對金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分別為87.07%和65.37%。郝新敏[12]的研究表明漢麻織物對金黃色葡萄球菌的抗菌率約為91.43%,對大腸桿菌的抗菌率約為80%,對白色念珠菌的抗菌率約為85.71%。王群等[13]對黃麻的抑菌成分進行分析,發現抑菌成分主要為三萜、甾體類成分。顧秦榕[14]對羅布麻混紡織物進行測試,結果表明當羅布麻纖維含量達到40%時,混紡織物對大腸桿菌的抑菌率達到74.6%,對金黃色葡萄球菌的抑菌率達到68.7%。

2.1.3 竹纖維

竹纖維是我國自主研發成功并投入生產的紡織材料,用于紡織原料的竹纖維分為竹原纖維和竹漿再生竹纖維[15]。竹纖維具有多孔中空的結構,同時竹子中含有的蒽醌類物質,賦予了竹纖維良好的天然抗菌性能。

席麗霞[16]的研究表明竹漿黏膠纖維作為一種再生纖維素纖維對金黃色葡萄球菌抑菌率達70%以上。張赟琦等[17]以滌綸與竹纖維混紡生產抗菌性鞋墊的研究表明抗菌鞋墊的抑菌率隨著竹纖維含量的增加而升高,同時試驗表明純竹纖維的抑菌率可達到92.21%；孫居娟[18]的研究也發現竹纖維與不具有抗菌性的纖維混紡,抗菌性會隨竹纖維含量的降低而下降。由于后整理會對竹纖維的抗菌性能產生影響,崔潔等[19]的研究表明竹原纖維適合在酸性條件下處理,使用Na2SO4代替NaCl工藝,采用活性染料染色對其抑菌率影響較小。竹炭纖維作為竹纖維中的一員同樣具有良好的抗菌性能,竹炭纖維的抑菌率高達90%以上,竹炭纖維混紡織物的抑菌率會隨著竹炭纖維含量的增加而呈上升趨勢,且當竹炭纖維含量大于80%時,混紡織物具有良好的抑菌作用[20]。

2.1.4 茶纖維

茶纖維是將茶葉中含有的茶多酚、茶色素等抗菌劑以微細粒或溶液的形式加入黏膠紡絲溶液,采用常規濕法紡絲噴絲工藝制得的一種具有抗菌防臭功能的黏膠纖維,廣泛用于家用紡織品和貼身服裝等領域。茶葉中含有的茶多酚具有廣譜的抗菌性能,唐裕芳[21]、潘素君[22]、劉丹丹[23]等的研究均表明茶多酚對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌有很好的抑制作用。張瑞萍等[24]的試驗表明經茶多酚整理后棉織物的抑菌率(金黃色葡萄球菌)能達到92.2%。陳寧等[25]以茶纖維為經紗,麥飯石纖維為緯紗開發出一種多功能家紡面料。

2.1.5 木棉纖維

近年來對木棉纖維的研究逐漸增多,木棉纖維作為天然纖維素纖維,具有超細質輕、浮力小、吸濕性好、抗菌防螨等優異性能。研究表明木棉纖維對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有一定程度的抑制作用,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌率都在50%以上。木棉纖維抗菌的主要原因：一是木棉纖維上的伴生物,例如黃酮類和三萜類物質有抗菌作用；二是木棉纖維高中空,纖維表面微孔多,比表面積大,使得木棉纖維內部富含氧氣,厭氧菌無法生長繁殖[26]。王靜[27-29]用Sunlite纖維、聚酯基咖啡碳纖維與木棉纖維混紡研發出的織物均表現出良好的抗菌性能。

2.2 天然抗菌劑

天然抗菌劑是指從動植物體內提取的具有抗菌活性的有機物質,將織物用抗菌劑進行后整理加工,從而賦予織物抗菌性能。天然抗菌劑分為動物類抗菌劑和植物類抗菌劑。

2.2.1 動物類抗菌劑

動物類抗菌劑主要有殼聚糖、甲殼素及其衍生物等。

2.2.2 植物類抗菌劑

植物類抗菌劑包括抗菌植物染料及植物抗菌提取物等。植物抗菌劑按其抗菌有效成分分為：黃酮類抗菌劑,如黃芩；蒽醌類抗菌劑,如紫蘇、大黃、蘆薈、茜草等；多酚類抗菌劑,如茶多酚、蘇木、蘆薈、姜黃、梔子、槐米等；生物堿類抗菌劑,如黃芩、黃連、黃柏等；帶有正電荷性的抗菌劑,如黃連；二酮類抗菌劑,如姜黃、石榴皮等。一種植物染料中可能包含多種抗菌成分[30]。

(1)抗菌植物染料

目前常用的植物染料已達300多種,廣泛應用在嬰幼兒產品、真絲制品、功能產品、家紡用品等領域[31]。具有抗菌功能的染料大多為中草藥,中草藥本身具有一定的抗菌抑菌作用,在用其染色的同時賦予織物抗菌性能。

林明霞[32]、全紹華[33]研究了經姜黃、大黃、黃連、黃芩4種天然植物染料染色的羊毛織物的抗菌性能,結果表明染色后的羊毛織物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎桿菌、綠膿桿菌均有一定的抗菌性。沙香玉[34]篩選出的 W-CT、H-CY植物染料在羊毛制品的應用方面表現出較好的染色和抗菌特性,染色后的織物具有較強的抗菌作用,且都對金黃色葡萄球菌的抗菌性強于大腸桿菌。趙寶艷[35]研究了姜黃/活性黃復合染色的新工藝,并對其耐曬牢度和抗菌性進行了測試,測試發現通過復合染色能夠提高織物的耐曬牢度,并且具有一定的抗菌作用。殷雪[36]研究了紫甘薯、姜黃及石榴皮3種植物染料的抗菌效果,研究還發現2種染料復配能夠增強紡織品的抗菌功能,提高色牢度等級。

(2)植物抗菌提取物

植物中的抗菌成分主要為揮發油、有機酸、生物堿、黃酮類、醌類、鞣質等化合物。把植物中含有抗菌、抑菌的成分提取出來作為抗菌劑整理織物,使織物獲得抗菌性能是近年來探尋天然抗菌劑的一個研究方向。

安利霞[37]把漢麻提取物整理到棉、竹黏、莫代爾、黏膠、滌綸纖維上,使織物的抗菌性得到明顯提升。田翠芳[38]研制的大青葉黏膠纖維對金黃色葡萄球菌的抗菌率為93.8%。吳紅霞[39]用大青葉提取物—黃酮類化合物作為抗菌劑整理純棉織物,對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率能達到94.9%和96.7%。趙艷芹[40]使用中藥提取物制備的抗菌防霉改性棉纖維對金黃色葡萄球菌的抑菌率達99.81%,水洗20次后對金黃色葡萄球菌的抑菌率仍達90.2%。穆學慧等[41]使用黃芩提取物-黃芩甙整理滌綸、棉布和滌麻,經整理后,滌麻織物的抗菌性能最好,水洗15次后,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌和紅色毛癬菌的抑菌率分別為79.0%、73.9%、63.5%、66.1%。此外,利用土大黃、五倍子、金銀花、石榴皮、蒲公英等中藥提取物對織物進行抗菌整理,整理后的織物均能獲得很好的抗菌效果[42-44]。

3 結語

抗菌紡織產品是紡織行業的一個發展方向,隨著綠色、健康、時尚觀念的深入人心,天然抗菌紡織品也必然會占有更大的市場。但天然抗菌紡織品也存在一些缺陷,如織物的抗菌性能會隨著水洗次數的增加而降低,使其限制在一次性抗菌紡織品領域,怎樣增加耐洗滌次數仍是需要研究的課題；另外天然抗菌劑的提取過程復雜、收得率低,怎樣簡化提取程序、提高收得率也是值得思考的問題。