負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的制備及其性能測(cè)試

楊 陳，林燕萍，王晨露

(1.江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201；2.紹興文理學(xué)院，浙江 紹興 312000；3.浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 紹興 312000)

全球蚊子種類高達(dá)3 000余種，具有分布廣、繁殖快的特點(diǎn)，是流行性乙型腦炎、登革熱、西尼羅熱等多種傳熱疾病的宿體，給人們的學(xué)習(xí)、生活與身體健康帶來(lái)巨大的困擾與隱患[1]。化工技術(shù)的進(jìn)步，使得驅(qū)蚊、滅蚊化學(xué)合成殺蟲(chóng)劑產(chǎn)品相繼被研發(fā)出來(lái)，給人們生活帶來(lái)方便的同時(shí)也造成了一些問(wèn)題，如健康安全等。環(huán)保與健康意識(shí)的增強(qiáng)，使得研究者將研究重點(diǎn)投入到對(duì)環(huán)境更加友好且更有利于人體健康的天然植物精油驅(qū)蚊劑的開(kāi)發(fā)[2-3]。目前，研究者發(fā)現(xiàn)如艾葉、青篙、薰衣草、荊芥、薄荷等幾十種天然植物精油擁有良好的驅(qū)蚊效果，香茅精油更是實(shí)現(xiàn)了驅(qū)蚊產(chǎn)品的商業(yè)化[4]。除顯著的驅(qū)蚊功能外，天然植物精油還具有很好的消炎抗菌作用[5-6]。實(shí)踐中，用驅(qū)蚊植物精油直接進(jìn)行驅(qū)蚊功能整理后的織物都存在抗菌、驅(qū)蚊功能持續(xù)時(shí)間較短、不耐水洗等問(wèn)題。本文利用微膠囊技術(shù)將青篙精油包覆于明膠中，制備緩釋型的抗菌、驅(qū)蚊劑并用其對(duì)織物進(jìn)行整理，以期改善上述整理問(wèn)題，提高織物的驅(qū)蚊效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

漂白粘膠平紋織物(自制，經(jīng)緯紗線密度均為18.2 tex，經(jīng)向密度320根/(10 cm)，緯向密度280根/(10 cm))；青篙植株(干態(tài)，市售)；溴化鉀、戊二醛、乙酸、硫酸鈉、吐溫20、司本80、乙醇、硫酸鈉、明膠(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；細(xì)菌：金黃色葡萄球菌；真菌：黑曲霉(以上細(xì)菌與真菌菌種均由東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供)。

1.2 儀器與設(shè)備

CPA224S型萬(wàn)分之一電子天平(賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司)、SF/DHS-225型可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱(上海覽浩儀器設(shè)備有限公司)、DHG-9030AD型高溫烘箱(北京恒泰豐科試驗(yàn)設(shè)備有限公司)、INSTRON5590型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(美國(guó)英斯特朗公司)、DP-FTIR-650型傅里葉紅外光譜儀(美國(guó)DESIGNS & PROTOTYPES公司；分辨率1.5 cm-1)、EVO18型蔡司掃描電鏡(卡爾·蔡司股份公司)、DJ-04BDDJ-04型中藥粉碎機(jī)(上海淀久中藥機(jī)械制造有限公司)、WSB-3A型智能式數(shù)字白度儀(溫州際高檢測(cè)儀器有限公司)、SW-24A-I型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(溫州方圓儀器有限公司)、HP-02型真空抽濾裝置(上海領(lǐng)德儀器有限公司)、RE52-98型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)、YG541E型全自動(dòng)激光織物折皺彈性儀(寧波紡織儀器廠)、FAST織物風(fēng)格儀(澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 青篙油的提取

青篙植株清洗干凈，在60 ℃烘箱中烘干后，粉碎至250～380 μm粉末；稱取青篙干粉50 g置于300 mL無(wú)水乙醇中，密封靜置24 h；用醫(yī)用紗布初次過(guò)濾后，使用真空抽濾再次過(guò)濾，所得淡黃色油脂即為青篙揮發(fā)油(以下簡(jiǎn)稱青篙油)[7]；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)掉溶劑中的乙醇，即制備青篙油粗油，濃縮待用。

1.3.2 負(fù)載青篙油微膠囊的制備

由文獻(xiàn)[8]中的測(cè)試結(jié)論可知，當(dāng)青篙油微膠囊芯壁比為2∶1時(shí)，微膠囊粒徑較小且均勻，對(duì)粘膠織物進(jìn)行驅(qū)蚊整理后，粘膠織物不僅保持了其服用性能，也兼具較佳的驅(qū)蚊效果。基于此，本文制備芯壁比為2∶1的核殼結(jié)構(gòu)青篙油微膠囊，但調(diào)整青篙油微膠囊所用壁材，旨在提高微膠囊緩釋性，具體制備工藝如下：明膠在蒸餾水溶脹1 h后配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的明膠蒸餾水溶液；取一定量青篙油加入明膠溶液，攪拌使其充分離散，乳化；配置硫酸鈉溶液(200 g/L)，并以2.5 mL/min的速度滴入不停攪拌的明膠乳液中，使明膠完全沉積在青篙油表面；冰浴使溶劑反應(yīng)體系溫度降至5 ℃；調(diào)節(jié)pH值至9，使用戊二醛溶液(體積分?jǐn)?shù)37%)使其交聯(lián)、硬化；乙醇清洗3次經(jīng)離心上述懸浮液獲取青篙油微膠囊后，使用5 ℃蒸餾水再次清洗；將清洗干凈的青篙油微膠囊噴霧干燥待用。

1.4 負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物制備工藝

制備工藝流程：配置負(fù)載青篙油微膠囊整理液→二浸二軋(軋余率80%)→預(yù)烘(溫度90 ℃，時(shí)間2 min)→焙烘(溫度110 ℃，時(shí)間4 min)→清洗→烘干。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 織物服用性能測(cè)試

測(cè)試青篙油微膠囊整理前后粘膠織物的服用性能。力學(xué)性能：參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》進(jìn)行測(cè)試；白度：參照GB/T 8424.2—2001 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》進(jìn)行測(cè)試；折皺回復(fù)性能：參照GB/T 3819—1997 《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》進(jìn)行測(cè)試；回潮率：參照GB/T 9994—2018《紡織材料公定回潮率》進(jìn)行測(cè)試；光滑度：依據(jù)FAST織物風(fēng)格儀測(cè)試說(shuō)明進(jìn)行測(cè)試換算。根據(jù)5項(xiàng)指標(biāo)變化分析青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物的最佳整理工藝。

1.5.2 微觀形貌觀察

經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物利用EVO18蔡司掃描電鏡進(jìn)行微觀形貌觀察，噴金時(shí)長(zhǎng)120 s。

1.5.3 分子結(jié)構(gòu)性能測(cè)試

將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物剪碎成沫狀后，與溴化鉀充分混合、碾磨，制成溴化鉀壓片；利用紅外光譜儀對(duì)壓片試樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試參數(shù)：波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，分辨率1.5 cm-1。

1.5.4 抗菌性能測(cè)試

利用磷酸鹽緩沖液分別洗去肉湯培養(yǎng)基上的金黃色葡萄球菌細(xì)菌菌臺(tái)與馬鈴薯培養(yǎng)基上的黑曲霉真菌菌臺(tái)；經(jīng)充分震蕩，使細(xì)菌菌種與真菌菌種分別分布在懸浮液中后將懸浮液稀釋至5×104cfu/mL。將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物裁剪成5 mm×5 mm方形，稱取3 g分別投入到裝有100 mL不同菌種的懸浮液中，在室溫條件下細(xì)菌充分震蕩12 h，真菌充分震蕩24 h后，記下菌落數(shù)Ma；利用式(1)計(jì)算各菌種的抗菌率。該試驗(yàn)重復(fù)操作5次，取平均值。將負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物在耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)皂洗5次、10次后再按照上述步驟測(cè)試負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的抗菌性能。

(1)

式中：Ma為負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物加入后菌落數(shù)；M0為未經(jīng)整理粘膠織物加入后菌落數(shù)。

1.5.5 驅(qū)蚊性能測(cè)試

參考文獻(xiàn)[9]：制作驅(qū)蚊實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物分別置于A、C腔中，50只雌性伊蚊置于B腔；去除隔板10 min后通過(guò)A、C腔2腔中伊蚊數(shù)量計(jì)算負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的驅(qū)蚊率，計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。將負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物在耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)皂洗5次、10次后再次按照上述步驟測(cè)試負(fù)載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的驅(qū)蚊性能。

(2)

式中：NA為A腔伊蚊數(shù)量，只；NC為C腔伊蚊數(shù)量，只。

圖1 驅(qū)蚊實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳整理工藝分析

2.1.1 青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度的影響

青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度對(duì)粘膠織物整理性能影響的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度對(duì)粘膠織物整理性能影響

由表1可以看出，隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，粘膠織物的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、回潮率均有不同程度的提高，折皺回復(fù)角、白度、光滑度均有不同程度的下降，這是由于青篙油微膠囊整理使得粘膠織物形成了一層固態(tài)膜，青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的不斷增加使得膜的厚度不斷增加，從而致使整理后的粘膠織物力學(xué)性能提高，折皺回復(fù)性能下降；同時(shí)由于整理液白度沒(méi)有原漂白織物高，隨著整理液中青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，織物白度下降；青篙油微膠囊殼材料是明膠，明膠回潮性能優(yōu)于粘膠，因此隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，織物回潮率不斷上升；整理后，青篙油抗菌驅(qū)蚊微膠囊覆蓋在織物的表面，造成織物光滑度下降，且隨著青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加而不斷下降。另一方面，當(dāng)青篙油微膠囊質(zhì)量濃度超過(guò)40 g/L時(shí)，力學(xué)性能與回潮率增加幅度減小；折皺回復(fù)角、白度、光滑度3項(xiàng)指標(biāo)隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度增加，減小幅度較小；由此可確定，青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物最佳整理質(zhì)量濃度為40 g/L。

2.1.2 焙烘時(shí)間與焙烘溫度的影響

焙烘時(shí)間與焙烘溫度對(duì)粘膠織物整理性能影響的測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)表2、3。可以看出，焙烘時(shí)間與焙烘溫度對(duì)粘膠織物整理性能影響大致相似，當(dāng)焙烘時(shí)間低于4 min或當(dāng)焙烘溫度低于110 ℃時(shí)，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、回潮率隨時(shí)間或溫度的增加而增加；當(dāng)焙烘時(shí)間高于4 min或當(dāng)焙烘溫度高于110時(shí)，斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、回潮率隨時(shí)間或溫度的增加而降低；折皺回復(fù)角與白度的變化趨勢(shì)和力學(xué)性能與回潮率的變化相反；織物光滑度隨焙烘時(shí)間與焙烘溫度的增加持續(xù)降低。上述指標(biāo)變化原因是由于焙烘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或焙烘溫度過(guò)高使得青篙油抗菌驅(qū)蚊微膠囊的殼材料明膠發(fā)生了一定程度的裂解和外型結(jié)構(gòu)變化，致使青篙油流失，微膠囊芯壁比例發(fā)生變化；同時(shí)，相比低于4 min的焙烘時(shí)間與110 ℃的焙烘溫度，當(dāng)超過(guò)4 min的焙烘時(shí)間與110 ℃的焙烘溫度時(shí)，上述指標(biāo)變化幅度減小。基于此，可確定青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物最佳整理焙烘時(shí)間為4 min，焙烘溫度為110 ℃。

表2 焙烘時(shí)間對(duì)粘膠織物整理性能影響的測(cè)試結(jié)果

表3 焙烘溫度對(duì)粘膠織物整理性能影響的測(cè)試結(jié)果

由以上分析可知，青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物最佳的整理工藝為：質(zhì)量濃度40 g/L，焙烘時(shí)間4 min，焙烘溫度為110 ℃。

2.2 微觀形貌觀察

粘膠織物經(jīng)青篙油微膠囊整理前后微觀形貌見(jiàn)圖2。可以看出，粘膠織物經(jīng)過(guò)青篙油微膠囊整理后，織物表面覆蓋一層青篙油微膠囊。從圖2(b)右上角5 000倍的放大截圖可以看到青篙油微膠囊多以團(tuán)簇形式存在于粘膠纖維的溝槽中，形成這種現(xiàn)象一方面是青篙油微膠囊自身表面張力，另一方面是由于青篙油微膠囊與粘膠織物間的結(jié)合力。青篙油微膠囊的這種分布方式提高了織物的比表面積，減少了纖維間的強(qiáng)力弱環(huán)，提高了織物的力學(xué)性能與回潮率，降低織物了折皺回復(fù)角、白度與光滑度，這也驗(yàn)證了上述織物指標(biāo)在測(cè)試中的變化。

圖2 粘膠織物青篙油微膠囊整理前后微觀形貌(×500)

2.3 分子結(jié)構(gòu)性能分析

圖3 粘膠織物經(jīng)青篙油微膠囊整理前后紅外光譜曲線

2.4 抗菌驅(qū)蚊性能分析

水洗次數(shù)對(duì)青篙油微膠囊整理粘膠織物抗菌驅(qū)蚊性能影響的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。可以看出，未經(jīng)水洗的青篙油微膠囊整理粘膠織物對(duì)金黃色葡萄球菌抗菌率為88.31%，對(duì)黑曲霉抗菌率為17.75%，對(duì)細(xì)菌的抗菌性能優(yōu)于真菌，這是由于青篙油中含有高達(dá)41.8%的1,8—桉葉素，其對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌具有較好的抑殺效果，在相同濃度下對(duì)真菌的敏感性要差很多。整理后的粘膠織物在未經(jīng)水洗條件下的驅(qū)蚊率高達(dá)85.95%，這是由于青蒿油中含有一定量的黃酮類化合物、半萜內(nèi)脂化合物、樟腦、青蒿酮等，這些物質(zhì)對(duì)蚊蟲(chóng)均有一定的驅(qū)殺作用[10]。經(jīng)過(guò)10次水洗后，負(fù)載青篙油微膠囊驅(qū)蚊織物對(duì)金黃色葡萄球菌抗菌率與驅(qū)蚊率仍達(dá)到原有效果的78.73%與63.49%，驗(yàn)證了該整理工藝對(duì)改善織物抗菌與驅(qū)蚊性能緩釋性的可行性。

表4 水洗次數(shù)對(duì)青篙油微膠囊整理粘膠織物抗菌驅(qū)蚊性能影響的測(cè)試結(jié)果

3 結(jié) 論

①固定青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物整理中的青篙油微膠囊質(zhì)量濃度、焙烘時(shí)間與焙烘溫度3個(gè)指標(biāo)中的2個(gè)，對(duì)另一個(gè)進(jìn)行變量分析得出青篙油微膠囊對(duì)粘膠織物最佳整理工藝為：青篙油微膠囊質(zhì)量濃度40 g/L，焙烘時(shí)間4 min，焙烘溫度110 ℃。經(jīng)該工藝整理，提高了織物的力學(xué)性能與回潮率，但使織物折皺回復(fù)角、白度與光滑度出現(xiàn)一定程度的降低。

②掃描電鏡照片觀察可知織物整理后表面覆蓋一層青篙油微膠囊，紅外光譜曲線測(cè)試證實(shí)整理后織物表面過(guò)氧基團(tuán)的倍半萜化合物的存在，均直接證明了整理后織物表面青篙油微膠囊的存在。負(fù)載青篙油微膠囊驅(qū)蚊織物對(duì)金黃色葡萄球菌抗菌率為88.31%，驅(qū)蚊率為85.95%，經(jīng)過(guò)10次水洗后，對(duì)金黃色葡萄球菌抗菌率與驅(qū)蚊率仍達(dá)到原有效果的78.73%與63.49%，驗(yàn)證了該整理工藝對(duì)改善織物抗菌與驅(qū)蚊性能緩釋性的可行性。