羥丙基-β-環糊精包合茶多酚對滌綸織物的復合功能整理

王秋萍，王洛豪，戴 悅，張瑞萍

（1.南通大學杏林學院，江蘇南通 226019；2.南通大學紡織服裝學院，江蘇南通 226017；3.江蘇欣捷襯布有限公司，江蘇啟東 226221）

近幾年，隨著人們生活水平的提高和對自身健康的關注，天然抗菌消臭材料在織物保健功能整理中的應用成為熱點。茶多酚不僅可以對織物進行染色，而且具有優異的抗菌活性，是天然的抗菌劑［1］，但茶多酚容易氧化［2］，影響功能整理效果，而且顏色變深會影響原色織物的色光。β-環糊精具有獨特的疏水空腔結構，可選擇性地包合外來客體分子形成穩定的超分子化合物［3］。袁愛琳等［4］用三聚氯氰與β-環糊精反應，再與棉織物進行接枝反應，使茶多酚進入β-環糊精的空腔結構，整理的棉織物具有優良的抗菌性能和抗菌持久性。β-環糊精的水溶性有限，羥丙基-β-環糊精（HP-β-CD）的溶解度較大，目前未見羥丙基-β-環糊精包合茶多酚對滌綸織物進行復合整理的報道。本課題研究了羥丙基-β-環糊精整理滌綸織物后包合茶多酚的工藝，通過單因素實驗分析整理效果，以280 nm 處的紫外透射比為指標確定包合工藝。

1 實驗

1.1 材料及儀器

材料：滌綸織物（85 g/m2，經緯向密度分別為400、280 根/10 cm，新世嘉家紡有限公司），茶多酚（蕪湖天遠生物科技有限公司），羥丙基-β-環糊精（山東濱州智源生物科技有限公司），檸檬酸、次亞磷酸鈉（分析純，上海潤捷化學試劑有限公司）。儀器：YG(B)912E 紡織品防紫外性能測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），Datacolor 650 測色配色儀（美國Datacolor公司），PB1 橫式壓染機、R-3 自動定型烘干機（廈門瑞比精密機械有限公司），01AB-1 電熱恒溫干燥箱，HH-S 恒溫水浴鍋（浙江省余姚市檢測儀器廠）。

1.2 整理方法

浸軋（羥丙基-β-環糊精20～100 g/L，次亞磷酸鈉30 g/L，檸檬酸100 g/L，帶液率80%）→焙烘（180 ℃，20 min［5］）→包合（茶多酚2～10 g/L，浴比1∶50，50～90 ℃，30～150 min）。

1.3 測試

紫外透射比和防護系數UPF：用紡織品防紫外性能測試儀測試。

顏色參數（K/S值）：用測色配色儀測試。

耐皂洗性能：按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行皂洗，比較皂洗前后滌綸織物的紫外透射比。

抗菌性能：委托南通出入境檢驗檢疫局按GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3 部分：振蕩法》測試。

消臭性能：參照日本（一社）纖維評價技術協會SEK 標志纖維制品認證基準21，委托上海市出入境檢驗檢疫局使用氣體檢測管法測試。

2 結果與討論

2.1 茶多酚溶液的光譜曲線

茶多酚是一類組成復雜、分子質量不同、極性與結構差異很大的多酚類衍生物混合體。由圖1 可知，茶多酚在紫外區270～280 nm 處有一個吸收峰。這是由于茶多酚的主要成分為黃烷-3-醇衍生物，其基本結構如下，至少包括A、B、C 3 個環核，酯化后還有D環，為2-苯基苯并吡喃的衍生物［6］。

圖1 茶多酚在蒸餾水中的紫外可見吸收光譜

茶多酚主要成分的紫外吸收主要是A 環、B 環中苯環的B 帶。因此除了200 nm 附近苯環的E 帶吸收外，在紫外區以一個單峰（λmax=280 nm）形式出現［6］。本課題用280 nm 處的紫外透射比間接表示整理后滌綸織物上茶多酚的質量分數，茶多酚質量分數越高，280 nm 處的紫外透射比越小。

2.2 影響茶多酚整理效果的因素

2.2.1 羥丙基-β-環糊精用量

茶多酚屬于多酚化合物，對糊精具有親和性，但開鏈線狀的糊精與茶多酚結合很弱，只有環糊精的疏水性空穴與茶多酚具備強烈的結合能力［6］。β-環糊精獨特的疏水空腔結構包合茶多酚可防止其氧化。羥丙基-β-環糊精是β-環糊精的羥丙基化衍生物，與其母體β-環糊精相比，水溶性有很大改善［7］，既能很好地溶解于水中，便于整理到滌綸織物上，又能包合茶多酚，優化對織物的整理性能。HP-β-CD 通常是在NaOH 水溶液中由環氧丙烷與β-CD 反應制備，反應式［7］如下：

由表1 可知，當HP-β-CD 用量為20 g/L 時，透射比為1.70%；隨著HP-β-CD 用量增加，透射比下降，因為HP-β-CD 用量增加，包合的茶多酚越多，被氧化的茶多酚越少，K/S值減小，280 nm 處的吸收多，透射比小；當用量為100 g/L 時，透射比降至0.76%，UPF達到100+。故HP-β-CD 用量選擇100 g/L。

表1 HP-β-CD 用量對整理效果的影響

2.2.2 包合溫度

由表2 可知，70 ℃以下時，隨著包合溫度的升高，透射比下降，這是由于溫度升高，包合的茶多酚增加。70 ℃時包合茶多酚織物的透射比為0.67%，UPF達到100+；超過70 ℃時，隨著包合溫度的升高，透射比增加；90 ℃時包合茶多酚織物的透射比增加到1.03%，這是由于溫度過高，茶多酚氧化加劇；70 ℃時透射比最小，表明此溫度下茶多酚的包合量最高，故包合溫度選擇70 ℃。

表2 包合溫度對整理效果的影響

2.2.3 包合時間

包合時間對K/S值、透射比的影響見圖2。

圖2 包合時間對K/S 值、透射比的影響

由圖2 可知，在90 min 以內，隨著包合時間的延長，透射比稍下降，這是由于隨著時間的延長，包合的茶多酚增加；當包合時間為90 min 時，透射比最低（0.53%）；隨著包合時間的進一步延長，K/S值升高，透射比也變大，這是由于時間過長，包合的茶多酚氧化加劇。所以，包合時間選擇90 min。

2.2.4 茶多酚用量

由圖3 可知，當茶多酚用量在6 g/L 以下時，隨著茶多酚用量的增加，K/S值增大，透射比稍下降，這是因為羥丙基-β-環糊精的量不變，包合量一定，隨著茶多酚用量的增加，未包合的茶多酚增加，容易氧化。當茶多酚用量為6 g/L 時，透射比最小，表明包合量多，氧化量少，故茶多酚用量選擇6 g/L。

圖3 茶多酚用量對K/S 值、透射比的影響

2.3 羥丙基-β-環糊精包合茶多酚整理滌綸織物的性能

2.3.1 耐皂洗性能

由表3 可知，羥丙基-β-環糊精包合茶多酚整理織物經皂洗后雖然K/S值和a值下降明顯，但是透射比只是稍有降低，因此整理織物的耐皂洗性能較好。

表3 羥丙基-β-環糊精包合茶多酚整理滌綸織物對皂洗性能的影響

2.3.2 抗菌消臭性能

茶多酚可破壞微生物細胞膜的脂質層，因此具有抗菌效果。細胞膜的主要成分是脂質雙分子層，其中含有親水端和疏水端，茶多酚可直接進入脂質雙分子層，通過酚羥基與其中的親水端結合，擾亂細胞膜的脂質雙分子結構，破壞保護功能，最終導致細胞膜功能喪失和微生物死亡。

茶多酚的消臭效果源于其獨特的結構，其酚羥基可與胺基、氨基等進行縮合、中和反應，消除游離在環境中的異味物質；并且由于茶多酚具有多個酚羥基，也具有與甲醛反應的能力；此外，羥丙基-β-環糊精的空腔本身也能包合或吸附一些臭氣分子［8］。由表4 可知，羥丙基-β-環糊精包合法對甲醛的消臭率遠低于氨氣，原因可能是羥丙基-β-環糊精的空腔結構更容易包合氨氣或是茶多酚對氨的消臭活性比對甲醛高。

表4 羥丙基-β-環糊精包合茶多酚整理滌綸織物的抑菌消臭率

3 結論

（1）羥丙基-β-環糊精包合茶多酚對滌綸織物的優化復合整理工藝：羥丙基-β-環糊精100 g/L，檸檬酸100 g/L，次亞磷酸鈉30 g/L，180 ℃焙烘20 min；茶多酚6 g/L，浴比1∶50，70 ℃包合90 min。

（2）羥丙基-β-環糊精包合茶多酚整理滌綸織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率為82.5%，消臭率分別為89.0%（氨）、50.8%（甲醛），透射比為0.58%，UPF 達到100+。