染整工藝對麻纖維抗菌性能的影響

楊 策 陰建華 張 維

（1.河北科技大學(xué)，河北石家莊，050018；2.河北省紡織服裝技術(shù)創(chuàng)新中心，河北石家莊，050018）

紡織品中的細菌等微生物會導(dǎo)致紡織品出現(xiàn)發(fā)霉、變色、降解等問題，還會刺激人體皮膚，誘發(fā)多種皮膚疾病。目前市場上的抗菌紡織品多是通過抗菌劑對紡織品進行整理，從而獲得抗菌效果。隨著“十四五”規(guī)劃“綠色發(fā)展”“健康中國”“智能制造”發(fā)展綱要的提出，開發(fā)更為環(huán)保、健康、高效的抗菌紡織品，是一個亟待解決的問題。

作為天然系抗菌紡織品，麻纖維及其產(chǎn)品的安全性能很高，不會產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，更不會造成環(huán)境污染，具有吸濕透氣、抑菌防霉、防紫外線、防靜電等天然性能，目前亞麻、苧麻、漢麻、羅布麻等已廣泛應(yīng)用于服裝、家居、軍隊等場合［1-3］。

明確麻類纖維的抗菌機理，提高麻類產(chǎn)品的抗菌性能，對進一步開發(fā)和推廣麻類天然抗菌紡織品具有重要的指導(dǎo)意義和參考價值，有利于促進麻紡織業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，符合綠色環(huán)保的時代發(fā)展要求。

1 麻纖維結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成

麻纖維的抗菌機理與其形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)成分密切相關(guān)。不同種類的麻纖維，其抗菌機理有共同之處，同時因其化學(xué)成分不同也呈現(xiàn)出不同之處。

1.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

不同種類的麻纖維縱向及橫截面的結(jié)構(gòu)特征不完全相同，但其共同特征是內(nèi)部存在大量的空腔及孔隙，如羅布麻纖維表面光滑無轉(zhuǎn)曲，單纖維兩端封閉，截面呈明顯不規(guī)則腰圓形或橢圓形，胞壁較厚且中間有較小空腔；亞麻纖維粗細均勻，其截面特征隨麻莖部位不同而不同，麻莖中部纖維截面為多角形，縱向幾乎無扭曲，有明顯、清晰的橫節(jié)，空隙大、孔洞多，還有特殊的果膠質(zhì)斜扁孔結(jié)構(gòu)［4-5］；漢麻纖維比表面積大、孔洞大、空隙多、孔隙率高，纖維束內(nèi)部和纖維束群體之間也分布著許多空隙和孔洞［6］；苧麻纖維的縱向表面形態(tài)為圓筒形或扁平形，纖維橫截面為橢圓形且橫截面積在其長度方向上的變化很大，苧麻纖維有溝狀空腔，管壁多孔隙，具有篩孔狀結(jié)構(gòu)。不同種類麻纖維的孔隙結(jié)構(gòu)使得纖維內(nèi)部富含氧氣，能對厭氧菌的生長起到抑制作用，表現(xiàn)出一定的天然抗菌性。

1.2 化學(xué)成分

1.2.1 果膠

麻纖維多由纖維素、半纖維素、果膠、木質(zhì)素、脂蠟質(zhì)、水溶物、灰分等組成［7］，各類麻纖維的成分及含量如表1所示。

表1 各類麻纖維的成分及含量

研究發(fā)現(xiàn)：麻纖維中的果膠會對麻纖維的抗菌性能產(chǎn)生影響［8-9］。不同種類的麻纖維果膠含量不同，即便同一種類的麻纖維也會因生長地域及成熟期的不同而果膠含量不同，果膠含量越高，纖維抗菌性越好。從表1中可以看出，羅布麻韌皮組織中果膠含量在各類麻纖維中居于首位，為6%~14%［10］。羅布麻和漢麻的果膠含量明顯高于苧麻和亞麻，這也是羅布麻和漢麻較苧麻和亞麻抗菌性能更好的原因之一。

1.2.2 其他抗菌化合物

通過對麻纖維的化學(xué)成分進行分析，麻纖維中還含有一定成分的黃酮類、酚類、甾體類等化合物，這些化合物均具有一定的抗菌作用［11-12］。

1.2.2.1 黃酮類成分

黃酮類化合物可破壞微生物細胞壁及細胞膜的完整性，使微生物菌體扭曲變形，改變細胞膜通透性引起細胞質(zhì)損傷，進而細胞壁破裂，內(nèi)容物外漏，直至成為空殼或分解為顆粒狀殘渣。此外，黃酮呈弱酸性，能使部分蛋白質(zhì)凝固或變性，也有殺菌和抑菌作用。

亞麻、漢麻、苧麻、羅布麻均含有一定成分的黃酮類化合物。李明華［13］采用現(xiàn)代分離技術(shù)（如硅膠柱層析、高效液相色譜等）從羅布麻原麻提取物中分離得到的黃酮類化合物為槲皮素、山萘酚、異槲皮素、金絲桃甙、木犀草素。研究表明：除了金絲桃甙、異槲皮素外，其他三種都對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有抑制作用。張潔［14］對漢麻纖維黃酮類化合物進行提取，發(fā)現(xiàn)提取后的漢麻纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率比提取前有所降低。

1.2.2.2 酚類成分

漢麻纖維中還含有抑菌成分漢麻酚類化合物，漢麻酚類化合物水溶性差，是一種非溶出性的、天然的抗菌物質(zhì)，使得漢麻纖維抗菌性能更加持久［15］。漢麻中的酚類物質(zhì)能阻礙霉菌代謝作用和生理活動，破壞菌體結(jié)構(gòu)，促進細胞原生質(zhì)體的解體和細胞壁損壞等，最終抑制微生物的生長和繁殖［16］。

亞麻纖維中的著色物質(zhì)葉黃素、葉綠素等含有丹寧，丹寧又稱鞣酸類物質(zhì)，其主體是多價酚，可使蛋白質(zhì)、生物堿沉淀，具有抗菌作用，因此有研究者認為，纖維細胞中殘存的色素也可能是亞麻纖維具有抗菌性能的原因之一［17-18］。羅布麻莖中也含有鞣酸類物質(zhì)，同樣也對羅布麻纖維抗菌性能產(chǎn)生影響［19］。

在麻纖維的加工過程中，盡管部分酚類物質(zhì)會被除去，但仍有微量化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的酚類物質(zhì)即使經(jīng)染整加工，還會嵌入在纖維素基質(zhì)中，與纖維素和木質(zhì)素牢固地結(jié)合，使麻纖維仍保留了一些抗菌性能，微量的漢麻酚類物質(zhì)的存在就足以滅殺霉菌類微生物。

1.3 其他

不同品種麻纖維的抑菌率不同。不同的生長期、地域、種植密度，以及同一植株不同部位的化學(xué)成分也有所區(qū)別，對其抗菌性能也有影響［20］。采用振蕩法對幾種不同產(chǎn)地、不同品種麻纖維的抗菌性能進行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地和品種對麻纖維抗菌性能都有影響。有研究表明，亞麻能散發(fā)出對細菌有很強抑制作用的香味，苧麻不僅含有抗菌性能的麻甾醇等有益物質(zhì)，還含有叮嚀、嘧啶、嘌呤等成分，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有一定的抑制作用。

對于羅布麻的抗菌機理，XU X等［21］針對羅布麻中的抗菌化合物經(jīng)過化學(xué)脫膠后如何留在纖維中提出了一種轉(zhuǎn)化沉積假說：羅布麻中具有抑菌活性的成分會轉(zhuǎn)化為不溶性的產(chǎn)物沉積在纖維中且新的衍生化合物保留了抑菌活性。羅布麻的抗菌性與不溶于水的多酚類衍生物存在密切相關(guān)，抑菌能力從高到低依次為類黃酮衍生物、多酚衍生物、類黃酮、丹寧。

2 染整工藝對麻纖維抗菌性能的影響

2.1 脫膠

麻纖維中的半纖維素、木質(zhì)素、果膠等成分會影響麻纖維的可紡性，脫膠是麻纖維加工過程中的重要環(huán)節(jié)。麻纖維膠質(zhì)中含有抑菌物質(zhì)，脫膠過程會使麻纖維的天然抑菌性能隨著果膠含量的降低而減弱［22-23］，且不同的脫膠工藝和加工程度對麻纖維的天然抑菌性能也會產(chǎn)生影響［24］。采用草酸銨-復(fù)合酶法脫膠比傳統(tǒng)化學(xué)法、化學(xué)-生物酶法脫膠的麻纖維抑菌率高［25］。

2.2 染色

棉、麻等纖維素纖維因染色工藝較簡單，所以常用直接染料、活性染料、植物染料染色［26］。

2.2.1 染料種類

麻纖維種類、染料種類以及染料濃度等會對麻纖維的抑菌率產(chǎn)生影響。章黎［27］采用直接金黃2GL-A染料、活性染料-紅3BS5、合成靛藍染料及植物靛藍染料對漢麻紗線進行染色性能測試，隨染料濃度增加，除植物靛藍染料由于具有一定抗菌性使得纖維抑菌率會有所提高外，其余染料制得的漢麻紗線抑菌率呈下降趨勢。邢江元等［28］65采用活性藏青BES、直接黃R對經(jīng)草酸銨-復(fù)合酶法脫膠并漂白的漢麻纖維進行染色后，抑菌率分別為45.87%、44.73%，抑菌率遠遠低于染色前的83.26%。王滿華等［29］采用香樟葉植物染料對苧麻織物進行染色，染色后苧麻具有較強的抗菌性能，抑菌率為87%左右。張曉芳等［30］采用植物染料對不同比例羅布麻混紡織物染色，研究表明織物抗菌性隨羅布麻纖維含量增加而增加，采用植物染料染色后，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分別達到了97%、97%、82%。

麻纖維采用化學(xué)染料染色后抑菌率較染色前低，且隨著染料濃度增加抑菌率呈下降趨勢。相比于化學(xué)染料，植物染料有一定的抗菌性能，植物染料染色后抗菌性能較好，隨染料濃度增加抑菌率會稍有增加。

2.2.2 染料助劑

染色過程中用到的NaCl，Na2CO3，NaOH等染色助劑會造成麻纖維中抗菌成分的流失，對麻纖維的抗菌性能產(chǎn)生不同的影響，影響程度從大到小依次為NaOH、Na2CO3、保險粉、滲透劑，隨著染料助劑用量增加抑菌率呈下降趨勢。邢江元等［28］66采用15 g/L Na2CO3、NaOH和NaCl水溶液在60 ℃處理漢麻纖維，抑菌率分別下降了39.55%、100%和21.67%，得出NaOH對大麻纖維抗菌性能的影響最大，Na2CO3次之，NaCl影響最小的結(jié)論，且隨著染料助劑用量增加抑菌率呈下降趨勢。

3 抗菌整理對麻織物抗菌性能的影響

近年來，由于各類傳染病頻發(fā)，人們對紡織品的抗菌、抑菌需求急劇增加，紡織品抗菌整理可以分為物理抗菌整理和化學(xué)抗菌整理。

3.1 物理抗菌整理

物理抗菌整理是指采用物理作用（如微波、超聲波等）對織物進行處理，主要包括電磁輻射整理和微波輻射整理［31］。電磁輻射整理是利用高能量的電磁波，破壞細菌的細胞壁和細胞膜，破壞細胞內(nèi)的核酸和氨基酸，導(dǎo)致細菌死亡，使織物具有抗菌功能［32-33］。微波輻射整理是通過微波輻射產(chǎn)生的熱能和非熱能效應(yīng)作用于微生物，破壞細胞膜和細胞壁結(jié)構(gòu)的功能，使微生物死亡，從而達到抗菌效果［34］。

目前一些公司對織物進行遠紅外輻射源物理抗菌整理，無化學(xué)成分添加且使織物具備持久的抗菌作用，例如通過光子寬頻抗菌技術(shù)對織物進行處理，可達到5A級抗菌效果且抗菌效果持久。物理抗菌整理具有工藝簡單、成本低、抗菌性好等特點，受到了越來越多的關(guān)注。

3.2 化學(xué)抗菌整理

除了應(yīng)用物理抗菌劑整理之外，化學(xué)方法多用于麻織物的抗菌整理。常用的抗菌整理劑根據(jù)其成分組成和抗菌原理，大致分為無機抗菌劑、有機抗菌劑和天然抗菌劑3類［35］。

3.2.1 無機抗菌劑

無機抗菌劑成分穩(wěn)定，主要是利用銀、銅、鈦等金屬及其離子的殺菌或抑菌能力制得的抗菌劑［36］。

曾嬋娟等［37］用殼聚糖絡(luò)合銅、鋅離子整理劑通過浸漬+微波的整理工藝對苧麻纖維進行抗菌整理，抑菌率達到90%以上。魏帥男［38］將納米銀溶膠對亞麻織物進行整理，發(fā)現(xiàn)其中的絲膠蛋白能有效增強亞麻織物的抗菌性能，經(jīng)該工藝處理的氧化亞麻織物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌率均大于99%。

3.2.2 有機抗菌劑

有機抗菌劑的種類繁多，根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)可大致分為季銨鹽類、鹵化物類、酚類等［39］。

孫萍［40］合成的兩種新型鹵胺化合物前驅(qū)體，一種是含有季銨基的新型三嗪類鹵胺前驅(qū)體DMTAT，另一種是含有季銨基的新型不飽和雙鍵類鹵胺前驅(qū)體DMPOA， 經(jīng)DMTAT改性并氯化的亞麻織物可在5 min內(nèi)殺滅100%的金黃色葡萄球菌，1 min內(nèi)殺滅100%的大腸桿菌；DMPOA改性并氯化亞麻織物可在1 min內(nèi)殺滅100%的金黃色葡萄球菌和100%的大腸桿菌。

張淑敏等［41］合成了一種季銨鹽抗菌劑：2-二甲基-2-十六烷基-1-甲基丙烯酰氧乙基溴化銨（DEHMA），對采用該抗菌劑整理后的滌綸織物進行抗菌測試。結(jié)果表明：經(jīng)DEHMA整理后的滌綸織物表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，整理后的滌綸織物在與細菌接觸1 min即可殺死100%的金黃色葡萄球菌及大腸桿菌，抑菌率可達100%。

3.2.3 天然抗菌劑

天然抗菌劑主要是從黃芩、大黃等植物中提取抗菌劑以及從含有甲殼素的螃蟹、蝦等動物中提取的殼聚糖。

中草藥黃芩中有一種屬于黃酮類物質(zhì)的有效抗菌成分黃芩甙［42］，穆學(xué)慧等［43］用其對滌麻織物進行抗菌整理，整理后的抑菌率為：大腸桿菌98.9%、金黃色葡萄球菌98.0%、白色念珠菌82.9%、紅色毛癬菌84.3%。周靜等［44］對苧麻織物進行殼聚糖整理，整理后的苧麻顯示出了很好的耐久抗菌性，且隨著殼聚糖濃度的增大，苧麻的抗菌性能也隨之增強。

4 結(jié)語

麻纖維的種類、產(chǎn)地、形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分不同，其抗菌性能也會有所區(qū)別。在麻纖維天然抗菌性能的基礎(chǔ)上，采用天然抗菌劑、物理抗菌整理、植物染料染色等方法，可有效降低麻纖維生產(chǎn)加工過程中抗菌成分的流失，進一步提高麻織物的抗菌性能，是綠色環(huán)保麻型紡織品開發(fā)的理想途徑。隨著綠色循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展和綠色生產(chǎn)技術(shù)的不斷進步，體感柔軟舒適、抗菌性能、吸濕透氣性能、抗皺性能優(yōu)良的棉麻、絲麻等麻類產(chǎn)品將會是未來產(chǎn)品開發(fā)的熱點。