張瑞萍， 張葛成， 孟令闊

(南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

茶多酚對棉織物的吸附及其抗菌消臭效果

張瑞萍， 張葛成， 孟令闊

(南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

為開發(fā)植物多酚保健功能紡織品，通過單因素分析法，探討pH值、溫度、處理時間對茶多酚在棉織物上吸盡率的影響；對棉織物進行陽離子改性，分析改性劑濃度、堿劑用量、改性溫度和改性時間對吸盡率的影響；測試茶多酚整理后棉織物的抗菌消臭性能。結果表明：茶多酚對棉織物的浸漬優(yōu)化工藝為茶多酚6%(o.w.f)，溫度40 ℃，時間60 min，浴比1∶30，應用此工藝，茶多酚對棉織物的吸盡率為14.6%；棉織物的陽離子改性優(yōu)化工藝為：改性劑質量濃度25 g/L，堿劑質量濃度6 g/L，溫度70 ℃，時間90 min，浴比1∶30，茶多酚應用此改性工藝處理的棉織物的吸盡率為48.8%。經陽離子改性和茶多酚二步法處理后，棉織物的抑菌率(金黃色葡萄球菌)和消(氨)臭率分別為92.2%和90%，再經銅后媒處理，棉織物的抑菌率(金黃色葡萄球菌)和消(氨)臭率分別達100%和99.9%。

茶多酚； 棉織物； 陽離子改性； 抗菌； 消臭

人們對高品質生活的追求及科技水平的提高，一定程度上推動了衛(wèi)生保健等功能性生態(tài)紡織品的開發(fā)進程[1-2]。天然植物提取劑與化學合成的功能助劑相比,具有很多優(yōu)點[3]:1)安全性。對皮膚無過敏性和致癌性，具有較好的生物可降解性和環(huán)境相容性；2)保健功能。許多藥用植物是我國歷史悠久的中藥，具有各種不同的抗菌殺蟲療傷作用。3)染色功能。染色時天然色素與植物芳香及藥理成分一起被纖維吸收，達到一種自然特別的保健染色效果[2]。因此，利用天然植物功能劑進行保健、舒適加工受到消費者的青睞，并引起許多國家研究和應用機構的關注[4-5]。

茶多酚是茶葉的主要成分，許多研究已充分表明，茶多酚在消除有害自由基、抗菌除臭、抗衰老和增強機體免疫功能的作用，其廣泛用于食品作為優(yōu)良的保鮮劑、祛臭劑、防褪色劑[6-8]。本文探討茶多酚在棉織物上的吸附性，并分析整理后棉織物的抗菌消臭功能，以期為茶多酚保健功能紡織品的開發(fā)提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料

純棉半制品，96%茶多酚(安徽蕪湖天遠科技開發(fā)有限責任公司)，陽離子改性劑3-氯-2-羥基三甲基氯化銨(工業(yè)級，廣州金瑞鷹生物化學品有限公司)，五水硫酸銅、七水合硫酸亞鐵、四水合酒石酸鉀鈉、十二水合磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀等，均為分析純，購自上海化學試劑有限公司)。

1.2 主要實驗儀器

COLOR-YEE-3100電腦測色配色儀(美國Gre-tagMacbeth公司)，TU-1901雙光束帶積分球紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 茶多酚對棉織物的吸盡法處理

茶多酚用量為3%～6%(o.w.f)，吸盡(吸附)溫度為40～80 ℃，吸盡(吸附)時間為30～150 min，pH值為4～8，浴比為1∶30。

1.3.2 棉織物的改性處理

陽離子改性劑質量濃度為0～40 g/L，氫氧化鈉質量濃度為3～7 g/L，改性劑處理溫度為30～80 ℃，時間為10～120 min，浴比為1∶30。

1.3.3 棉織物的銅媒處理

媒染劑用量為1%～6%(o.w.f)，媒染溫度為40 ℃，媒染時間為60 min，浴比為1∶30。

1.4 測試方法

1.4.1 茶多酚的吸盡率

茶多酚的酚羥基能與亞鐵離子形成紫藍色絡合物，最大吸收波長為540 nm，按酒石酸亞鐵比色法分析含茶多酚溶液在最大波長下的吸光度，按下式計算茶多酚在棉織物上的吸盡率：

E=(1-A/A0)×100%

式中：A為處理殘液的吸光度；A0為未放織物的處理原液的吸光度。

1.4.2 織物的顏色特征值和表面深度K/S值

采用D65光源，10°視場，將平整布樣對折4層，在測色配色儀上測試顏色特征值L*(明度)、a*(紅綠，+表示偏紅，-表示偏綠)、b*(黃藍，+表示偏黃，-表示偏藍)、C*(艷度)、h(色相)、K/S值，測4次，取平均值。

1.4.3 織物的消臭性能

參照日本(一社)纖維評價技術協(xié)會SEK標志纖維制品認證基準21.消臭性實驗:氣體檢測管法，委托上海出入境檢驗檢疫局測試。臭氣為氨氣，初始體積分數(shù)為0.01%，實驗時間為2 h。

1.4.4 織物的抑菌率

按GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》進行測試，菌種為大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌。

2 結果與討論

2.1 茶多酚對棉織物的吸附性能

2.1.1 處理液pH值對茶多酚吸盡率的影響

按1.3.1的方法，將棉織物放在不同pH值的茶多酚溶液中進行處理，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如表1所示。

表1 處理液pH值對茶多酚吸盡率的影響Tab.1 Influence of pH value on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

注：用蒸餾水、自來水所配的同濃度茶多酚處理棉織物吸盡率分別為12.67%，7.1%。

由表1可知：隨著pH值的增大，棉織物對茶多酚的吸盡率略有降低。當pH值為7和8時，茶多酚處理殘液的吸光度比原液的吸光度還高，這可能是由于茶多酚隨著pH值的增大，特別是在堿性下極易氧化成醌，直至生成共軛醌發(fā)色團[4]，顏色變深。用蒸餾水和自來水所配的同濃度茶多酚處理棉織物，二者的吸盡率相差很大，可能是由于自來水中存在的鈣鎂離子均能和茶多酚中的酚羥基發(fā)生絡合反應，影響了茶多酚對棉織物的吸附，吸盡率降低很明顯?？紤]到棉纖維不耐酸，為方便分析，以下實驗均采用茶多酚的蒸餾水溶液。

2.1.2 處理溫度對茶多酚吸盡率的影響

按1.3.1的方法，將棉織物放入不同溫度的6%(o.w.f)茶多酚溶液中處理60 min，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖1所示。

旅游休閑是人的普遍需求，然而這種需求很多時候受到了社會、環(huán)境、經濟等方面的限制[1].城市公園是人們外出休閑游憩的重要場所，在我們的生活中扮演著越來越重要的角色.城市公園其本質是服務于市民的城市公共場所，具有公益性、平等性和文化性[2].其公益性應該體現(xiàn)在服務人群的多樣性和公平性上.然而現(xiàn)有城市公園卻較少考慮到殘障人士的需求.據(jù)全國殘疾人抽樣調查結果顯示，中國各類殘疾人總數(shù)接近一億，約占全國人口總數(shù)的7%[3].龐大的殘障人士群體分布在社會各個階層，使我們不得不注意到這一特殊群體的休閑需求，關注城市公園中的無障礙環(huán)境建設.

圖1 處理液溫度對茶多酚吸盡率的影響Fig.1 Influence of temperature on adsorption of amount tea polyphenols on cotton fabric

由圖1可知，棉織物對茶多酚的吸盡率隨著溫度的升高而降低。這是由于一方面溫度的升高會增加茶多酚的氧化程度[4]，殘液的吸光度增加；另一方面，茶多酚在棉纖維上的吸附是放熱過程，升高溫度則茶多酚對棉的親和力降低，會使吸附平衡向解吸方向移動，吸盡率下降，因此，為了防止茶多酚的氧化，提高其對棉織物的吸附，選擇處理溫度為40 ℃。

2.1.3 處理時間對茶多酚吸盡率的影響

按1.3.1的方法，將棉織物放入3%(o.w.f)和6%(o.w.f)茶多酚溶液中于40 ℃處理不同時間，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖2所示。

圖2 處理時間對茶多酚吸盡率的影響Fig.2 Influence of time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由圖2可知：棉織物在6%(o.w.f)的茶多酚溶液中處理60 min，基本達到吸附平衡，吸盡率為14.6%；棉織物在3%(o.w.f)的茶多酚溶液中處理90 min能基本達到吸附平衡。6%(o.w.f)茶多酚處理的棉織物其顏色更深，但由于初始液中茶多酚的濃度大，吸光度A0就大，因此，吸盡率總體比3%(o.w.f)茶多酚低。

綜上分析表明，茶多酚對棉織物較好的吸附工藝為：茶多酚用量6%(o.w.f)，處理溫度40 ℃，處理時間60 min，滲比1∶30。在此條件下，吸盡率為14.6%。為進一步提高茶多酚在棉織物上的吸盡率，采用陽離子改性劑對棉織物進行預處理。

2.2 茶多酚對改性棉織物的吸附性能

2.2.1 改性劑用量對茶多酚吸盡率的影響

將棉織物按1.3.2的方法進行改性處理，處理溫度為60 ℃，然后水洗至近中性，再用6%(o.w.f)的茶多酚溶液在40 ℃處理60 min，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖3所示。

圖3 改性劑質量濃度對茶多酚吸盡率的影響Fig.3 Influence of modifier dosage on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由圖3可知：隨著陽離子改性劑質量濃度的增加，改性棉織物對茶多酚的吸盡率增大；當改性劑質量濃度達到25 g/L后，吸盡率最高接近45%。改性后的棉織物對茶多酚的吸盡率明顯比未改性織物高，這是由于經改性后棉纖維陽離子化而帶有正離子，與茶多酚的酚羥基負離子以庫侖力結合，提高了茶多酚的在棉織物上的吸盡率。故選擇改性劑的質量濃度為25 g/L。

2.2.2 堿劑用量對茶多酚吸盡率的影響

將棉織物按1.3.2的方法進行改性處理，改性劑質量濃度為25 g/L，處理溫度為60 ℃，然后水洗至近中性，再用6%(o.w.f)茶多酚溶液在40 ℃處理60 min，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖4所示。

由圖4可知，隨著改性處理劑中堿劑質量濃度的增加，改性棉織物對植物提取劑的吸盡率呈線性增加，這是因為3-氯-2-羥基三甲基氯化銨作為改性劑，在堿性條件下能脫去氯化氫，形成帶環(huán)氧基團的陽離子化合物，活潑的環(huán)氧基與棉纖維素的葡萄糖剩基6位碳原子上的羥基反應[9]，形成陽離子化改性棉。但是當堿劑質量濃度增加至6 g/L后，吸盡率增加不明顯，因此選擇堿劑質量濃度為6 g/L。

圖4 堿劑質量濃度對茶多酚吸盡率的影響Fig.4 Influence of alkaline agent dosage on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

2.2.3 改性時間對茶多酚吸盡率的影響

將棉織物按1.3.2的方法進行改性處理，改性劑質量濃度為25 g/L，堿劑質量濃度為6 g/L，在60 ℃處理不同時間后，水洗至近中性，然后用6%(o.w.f)的茶多酚溶液在40 ℃處理60 min，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖5所示。

圖5 改性時間對茶多酚吸盡率的影響Fig.5 Influence of modification time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由圖5可知：隨著改性時間的延長，改性棉織物對茶多酚的吸盡率增加；當時間達到90 min后，吸盡率基本不變。故改性時間選擇90 min。

2.2.4 改性溫度對茶多酚吸盡率的影響

將棉織物按1.3.2的方法進行改性處理，改性劑質量濃度為25 g/L，堿劑質量濃度為6 g/L，在不同溫度下處理90 min后，水洗至近中性，然后用6%(o.w.f)茶多酚溶液在40 ℃處理60 min，測試并計算其在棉織物上的吸盡率，結果如圖6所示。

圖6 改性溫度對茶多酚吸盡率的影響Fig.6 Influence of modification temperature on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由圖6可知，隨著改性溫度的升高，改性棉織物對植物提取劑的吸盡率增加，當溫度達到70 ℃，吸盡率達到最大值，故陽離子改性溫度選擇70 ℃。

綜上所述，棉織物的優(yōu)化陽離子改性工藝為：改性劑質量濃度25 g/L，堿劑質量濃度 6g/L，改性溫度70 ℃，改性時間90 min。此時茶多酚對改性棉織物的吸盡率由未改性棉的14.6%左右增大48.8%。

2.3 銅媒處理對織物顏色參數(shù)的影響

按照2.1和2.2小節(jié)得出的茶多酚吸附和改性工藝及1.3.3小節(jié)的銅后媒法處理棉織物，不同處理對棉織物顏色特征值的影響如表2所示。

表2 不同處理后棉織物的顏色特征值Tab.2 Color characteristic values of cotton fabric treated by different process

由表2可知：1)與未改性的織物相比，茶多酚處理后的改性棉織物L*下降，a*、b*、c*、h均稍增加，K/S值增加明顯，織物顏色加深，陽離子改性提高了茶多酚對棉的吸附量；2)銅后媒處理后，由于銅離子與茶多酚酚羥基的絡合物呈黃棕色，L*和a*降低，b*、c*、h和K/S值均增加，織物顏色加深；3)隨媒染劑用量的增加，未改性織物的a*增加較明顯，其他如L*、b*、c*、h、K/S值增加均不明顯。媒染劑選擇2%(o.w.f)即可。

2.4 茶多酚處理后棉織物的抗菌消臭性能

將棉織物用優(yōu)化工藝進行改性，然后按2.1的優(yōu)化工藝進行茶多酚的吸盡法處理，測試茶多酚織物銅媒染前后的抗菌消臭效果，結果如表3所示。

表3 茶多酚處理后棉織物的抗菌和消臭性能Tab.3 Antibacterial and deodorant properties of cotton fabric treated with tea polyphenols

由表3可知，茶多酚處理的棉織物對大腸桿菌、白色念珠菌有一定的抗菌性，對金黃色葡萄球菌具有很好的抗菌效果，抑菌率達92.2%。銅媒處理后，織物上的茶多酚-銅絡合物提高了織物對大腸桿菌、白色念珠菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性，抑菌率分別達到87.0%、91.9%和100%。茶多酚的主要活性分子為兒茶素類，分子中鄰位酚羥基活性較強[10]，易脫氫轉化為羰基與細菌作用，從而達到抗菌的效果。

氨氣是許多生活惡臭中存在的氣體，所以選用氨氣評價織物的消臭性能。由表3可知，由茶多酚處理的棉織物對氨氣有很好的消臭效果，消臭率達90%。銅媒處理后，織物上的茶多酚-銅絡合物提高了織物的消臭性能，消臭率增至99.9%。

3 結 論

1)茶多酚對棉織物較好的吸附工藝為：茶多酚用量6%(o.w.f)，處理溫度40 ℃，處理時間60 min，浴比1∶30。在此工藝條件下，茶多酚對棉織物的吸盡率為14.6%。

2)棉織物的陽離子改性工藝為：改性劑質量濃度25 g/L，堿劑質量濃度6 g/L，改性溫度70 ℃，改性時間90 min，浴比1∶30。在此工藝條件下，茶多酚對改性棉織物的吸盡率達到48.8%。

3)改性棉織物經茶多酚處理后的抑菌率(金黃色葡萄球菌)和消(氨)臭率分別為92.2%和90%，再經銅媒處理后織物的抑菌率(金黃色葡萄球菌)和消(氨)臭率分別達100%和99.9%。FZXB

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Adsorption of tea polyphenols on cotton fabric and its antibacterial and deodorant properties

ZHANG Ruiping， ZHANG Gecheng， MENG Lingkuo

(CollegeofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China)

In order to develop the plant polyphenol health functional textiles, the influences of pH value, temperature, treatment time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric were discussed by the single factor analysis method. The cotton fabrics were cationised. The influences of modifier and alkaline agent dosage, modification temperature and time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric were analyzed. Antibacterial and deodorant performances of the cotton fabrics treated by tea polyphenols were tested. The results showed that adsorption rate of tea polyphenols on cotton fabric was 14.6% when the cotton fabric was impregnated in 6% (o.w.f) tea polyphenols solution at 40 ℃ for 60 min with bath ratio 1∶30.Cationic modification process of cotton fabric were as follows: modified agent concentration 25 g/L, alkali concentration 6 g/L, temperature 70 ℃, time 90 min and bath ratio 1∶30. The adsorption rate of tea polyphenols on the modified cotton fabric was 48.8%. The results of deodorizing and antibacterial tests indicate that the modified cotton fabric treated by tea polyphenols has 92.2% antibacterial activity agaistStaphylococcusaureusand 90% deodorizing activity agaist ammonia. The modified cotton fabric treated with tea polyphenols followed by copper sulphate has 100% antibacterial activityStaphylococcusaureusand 99.9% deodorizing activity agaist ammonia.

tea polyphenols; cotton fabric; cationic modification; antibacterial; deodorizing

10.13475/j.fzxb.20160401305

2016-04-05

2016-08-10

江蘇省產學研合作前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2015047-03)； 江蘇省重點研發(fā)計劃(產業(yè)前瞻與共性關鍵技術)-競爭項目(BE2016111)

張瑞萍(1964—)，女，教授，博士。研究方向為紡織品生態(tài)染整技術。E-mail: zhang.rp@ntu.edu.cn。

TS 195.6

A