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(xì)菌等微生物會(huì)導(dǎo)致紡織品出現(xiàn)發(fā)霉、變色、降解等問(wèn)題，還會(huì)刺激人體皮膚，誘發(fā)多種皮膚疾病。目前市場(chǎng)上的抗菌紡織品多是通過(guò)抗菌劑對(duì)紡織品進(jìn)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(guó)”“智能制造”發(fā)展綱要的提出，開(kāi)發(fā)更為環(huán)保、健康、高效的抗菌紡織品，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)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(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，更不會(huì)造成環(huán)境污染，具有吸濕透氣、抑菌防霉、防紫外線(xiàn)、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(duì)等場(chǎng)合［1-3］。

明確麻類(lèi)纖維的抗菌機(jī)理，提高麻類(lèi)產(chǎn)品的抗菌性能，對(duì)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣麻類(lèi)天然抗菌紡織品具有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值，有利于促進(jìn)麻紡織業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，符合綠色環(huán)保的時(shí)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(jī)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(lèi)的麻纖維，其抗菌機(jī)理有共同之處，同時(shí)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(lèi)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(wú)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(xì)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(wú)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(zhǎng)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(lèi)麻纖維的孔隙結(jié)構(gòu)使得纖維內(nèi)部富含氧氣，能對(duì)厭氧菌的生長(zhǎng)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(lèi)麻纖維的成分及含量如表1所示。

表1 各類(lèi)麻纖維的成分及含量

研究發(fā)現(xiàn)：麻纖維中的果膠會(huì)對(duì)麻纖維的抗菌性能產(chǎn)生影響［8-9］。不同種類(lèi)的麻纖維果膠含量不同，即便同一種類(lèi)的麻纖維也會(huì)因生長(zhǎng)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(lèi)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(guò)對(duì)麻纖維的化學(xué)成分進(jìn)行分析，麻纖維中還含有一定成分的黃酮類(lèi)、酚類(lèi)、甾體類(lèi)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(lèi)成分

黃酮類(lèi)化合物可破壞微生物細(xì)胞壁及細(xì)胞膜的完整性，使微生物菌體扭曲變形，改變細(xì)胞膜通透性引起細(xì)胞質(zhì)損傷，進(jìn)而細(xì)胞壁破裂，內(nèi)容物外漏，直至成為空殼或分解為顆粒狀殘?jiān)?。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(lèi)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(lèi)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(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有抑制作用。張潔［14］對(duì)漢麻纖維黃酮類(lèi)化合物進(jìn)行提取，發(fā)現(xiàn)提取后的漢麻纖維對(duì)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(lèi)成分

漢麻纖維中還含有抑菌成分漢麻酚類(lèi)化合物，漢麻酚類(lèi)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(lèi)物質(zhì)能阻礙霉菌代謝作用和生理活動(dòng)，破壞菌體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞原生質(zhì)體的解體和細(xì)胞壁損壞等，最終抑制微生物的生長(zhǎng)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(chēng)鞣酸類(lèi)物質(zhì)，其主體是多價(jià)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(rèn)為，纖維細(xì)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(lèi)物質(zhì)，同樣也對(duì)羅布麻纖維抗菌性能產(chǎn)生影響［19］。

在麻纖維的加工過(guò)程中，盡管部分酚類(lèi)物質(zhì)會(huì)被除去，但仍有微量化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的酚類(lèi)物質(zhì)即使經(jīng)染整加工，還會(huì)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(lèi)物質(zhì)的存在就足以滅殺霉菌類(lèi)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(zhǎng)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(duì)其抗菌性能也有影響［20］。采用振蕩法對(duì)幾種不同產(chǎn)地、不同品種麻纖維的抗菌性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)地和品種對(duì)麻纖維抗菌性能都有影響。有研究表明，亞麻能散發(fā)出對(duì)細(xì)菌有很強(qiáng)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(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有一定的抑制作用。

對(duì)于羅布麻的抗菌機(jī)理，XU X等［21］針對(duì)羅布麻中的抗菌化合物經(jīng)過(guò)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(shuō)：羅布麻中具有抑菌活性的成分會(huì)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(lèi)衍生物存在密切相關(guān)，抑菌能力從高到低依次為類(lèi)黃酮衍生物、多酚衍生物、類(lèi)黃酮、丹寧。

2 染整工藝對(duì)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(huì)影響麻纖維的可紡性，脫膠是麻纖維加工過(guò)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(guò)程會(huì)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(duì)麻纖維的天然抑菌性能也會(huì)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(jiǎn)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(lèi)

麻纖維種類(lèi)、染料種類(lèi)以及染料濃度等會(huì)對(duì)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(lán)染料及植物靛藍(lán)染料對(duì)漢麻紗線(xiàn)進(jìn)行染色性能測(cè)試，隨染料濃度增加，除植物靛藍(lán)染料由于具有一定抗菌性使得纖維抑菌率會(huì)有所提高外，其余染料制得的漢麻紗線(xiàn)抑菌率呈下降趨勢(shì)。邢江元等［28］65采用活性藏青BES、直接黃R對(duì)經(jīng)草酸銨-復(fù)合酶法脫膠并漂白的漢麻纖維進(jìn)行染色后，抑菌率分別為45.87%、44.73%，抑菌率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于染色前的83.26%。王滿(mǎn)華等［29］采用香樟葉植物染料對(duì)苧麻織物進(jìn)行染色，染色后苧麻具有較強(qiáng)的抗菌性能，抑菌率為87%左右。張曉芳等［30］采用植物染料對(duì)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(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分別達(dá)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(shì)。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(huì)稍有增加。

2.2.2 染料助劑

染色過(guò)程中用到的NaCl，Na2CO3，NaOH等染色助劑會(huì)造成麻纖維中抗菌成分的流失，對(duì)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(xiǎn)粉、滲透劑，隨著染料助劑用量增加抑菌率呈下降趨勢(shì)。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(duì)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(shì)。

3 抗菌整理對(duì)麻織物抗菌性能的影響

近年來(lái)，由于各類(lèi)傳染病頻發(fā)，人們對(duì)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(duì)織物進(jìn)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(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，破壞細(xì)胞內(nèi)的核酸和氨基酸，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，使織物具有抗菌功能［32-33］。微波輻射整理是通過(guò)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(xì)胞膜和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的功能，使微生物死亡，從而達(dá)到抗菌效果［34］。

目前一些公司對(duì)織物進(jìn)行遠(yuǎn)紅外輻射源物理抗菌整理，無(wú)化學(xué)成分添加且使織物具備持久的抗菌作用，例如通過(guò)光子寬頻抗菌技術(shù)對(duì)織物進(jìn)行處理，可達(dá)到5A級(jí)抗菌效果且抗菌效果持久。物理抗菌整理具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、抗菌性好等特點(diǎn)，受到了越來(lái)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(wú)機(jī)抗菌劑、有機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑3類(lèi)［35］。

3.2.1 無(wú)機(jī)抗菌劑

無(wú)機(jī)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(guò)浸漬+微波的整理工藝對(duì)苧麻纖維進(jìn)行抗菌整理，抑菌率達(dá)到90%以上。魏帥男［38］將納米銀溶膠對(duì)亞麻織物進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)其中的絲膠蛋白能有效增強(qiáng)亞麻織物的抗菌性能，經(jīng)該工藝處理的氧化亞麻織物對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌的抑菌率均大于99%。

3.2.2 有機(jī)抗菌劑

有機(jī)抗菌劑的種類(lèi)繁多，根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)可大致分為季銨鹽類(lèi)、鹵化物類(lèi)、酚類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(duì)采用該抗菌劑整理后的滌綸織物進(jìn)行抗菌測(cè)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(xì)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(dá)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(dòng)物中提取的殼聚糖。

中草藥黃芩中有一種屬于黃酮類(lèi)物質(zhì)的有效抗菌成分黃芩甙［42］，穆學(xué)慧等［43］用其對(duì)滌麻織物進(jìn)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(duì)苧麻織物進(jìn)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(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

麻纖維的種類(lèi)、產(chǎn)地、形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分不同，其抗菌性能也會(huì)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(guò)程中抗菌成分的流失，進(jìn)一步提高麻織物的抗菌性能，是綠色環(huán)保麻型紡織品開(kāi)發(fā)的理想途徑。隨著綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和綠色生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)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(lèi)產(chǎn)品將會(huì)是未來(lái)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。