茶纖維性能測試研究

賀志鵬

［1.中國紡織信息中心，北京 100010；2.中聯(lián)品檢（北京）檢驗技術(shù)有限公司，北京 100025］

我國是茶葉的故鄉(xiāng)，茶文化已有幾千年的歷史。來自中國茶葉流通協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國茶葉產(chǎn)量為291.77萬t，穩(wěn)居世界第一。茶葉除了日常飲用及制作成茶飲料以外，還可以制作成茶葉冰激凌、茶葉餅干、茶粥、茶葉蛋等眾多茶食品，茶多酚作為茶葉中所含的一類多羥基類化合物，由于其獨特的抗菌、保健等功能，為茶葉的開發(fā)利用增添了新的途徑——茶纖維紡織品。

茶纖維紡織品可以分為純茶纖維的紡織品和含茶纖維的紡織品。茶葉以飲用為主，市售茶葉通常摘取頂部嫩芽及幾片葉子，老葉則為新芽提供養(yǎng)分，不宜大量摘取，因此限制了茶纖維產(chǎn)量。目前已知的茶纖維紡織品以含茶纖維的紡織品為主，如已授權(quán)的發(fā)明專利《一種長效廣譜抗菌天茶纖維及其制備方法》［1］是將黏膠初生纖維絲束通過茶葉植物源浴液涂覆于織物表面；已授權(quán)的發(fā)明專利《一種抗菌防螨天茶纖維及其制備方法》［2］是將茶葉等天然植物提取物制成微膠囊，然后將其加入紡絲原液中進行紡絲而制得。北京花香麻生物科技發(fā)展有限公司則開發(fā)出了純茶纖維紗線產(chǎn)品。

茶纖維作為再生纖維素纖維，按照現(xiàn)行GB/T 29862—2013《紡織品纖維含量的標識》的要求，化學(xué)纖維名稱采用GB/T 4146.1 規(guī)定的名稱，而現(xiàn)有標準GB/T 4146.1—2009《紡織品 化學(xué)纖維 第1 部分：屬名》中暫未收錄，所以目前僅可按大類標注為再生纖維素纖維或性能相近的某一種再生纖維素纖維，或按照GB/T 29862—2013 附錄B 標注為新型再生纖維素纖維，但眾多檢測機構(gòu)對“新型”的把握存在偏差。

本試驗以純茶纖維紗線為樣品，研究了茶纖維燃燒性能、化學(xué)溶解性能、結(jié)構(gòu)及抗菌功能性等，以期增加對茶纖維的了解，為茶纖維紡織品的開發(fā)和鑒別等提供有益的借鑒。

1 試驗

1.1 試劑

二甲基甲酰胺（DMF，沸點152～154 ℃），次氯酸鈉溶液（1 mol/L），甲醇、磷酸、乙腈（色譜純）。

1.1.1 甲酸氯化鋅溶液

按GB/T 2910.6—2009《紡織品定量化學(xué)分析第6 部分：粘膠纖維、某些銅氨纖維、莫代爾纖維或萊賽爾纖維與棉的混合物》4.1進行配制。

1.1.2 80%甲酸溶液

按GB/T 2910.7—2009《紡織品定量化學(xué)分析第7 部分：聚酰胺纖維與某些其他纖維混合物（甲酸法）》4.1進行配制。

1.1.3 75%硫酸溶液

按GB/T 2910.11—2009《紡織品 定量化學(xué)分析第11 部分：纖維素纖維與聚酯纖維的混合物（硫酸法）》4.1進行配制。

1.1.4 20%鹽酸溶液

按GB/T 37630—2019《紡織品定量化學(xué)分析醋酯纖維或三醋酯纖維與某些其他纖維的混合物（鹽酸法）》4.1進行配制。

1.2 儀器

使用GB/T 2910.1—2009《紡織品 定量化學(xué)分析第1 部分：試驗通則》和GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的測定第3 部分：振蕩法》規(guī)定的設(shè)備，恒溫水浴鍋［溫控范圍：（室溫+5 ℃）～100 ℃，溫控精確度±1 ℃］，IS 5傅里葉變換紅外光譜儀，高效液相色譜儀（配二級陣列管檢測器），250 mL 具塞三角燒瓶等。

1.3 樣品

茉莉花茶，純茶纖維紗線（北京花香麻生物科技發(fā)展有限公司，如圖1所示）。

圖1 純茶纖維紗線

2 結(jié)果與討論

2.1 燃燒性能

按照FZ/T 01057.2—2007《紡織纖維鑒別試驗方法第2 部分：燃燒法》進行燃燒試驗。結(jié)果表明，樣品燃燒時具有紙燃味，殘留物呈黑色絮狀并有顆粒感，樣品燃燒后殘留物特征見圖2。

圖2 樣品燃燒后殘留物

2.2 化學(xué)溶解性能

取適量試驗樣品，于規(guī)定溫度下分別使用80%甲酸、20%鹽酸、DMF、1 mol/L 次氯酸鈉溶液、75%硫酸和甲酸-氯化鋅進行充分溶解，除在二甲基甲酰胺中為90～95 ℃下溶解外，其余均為室溫下溶解。

溶解結(jié)果表明，樣品在80%甲酸、DMF、20%鹽酸、1 mol/L 次氯酸鈉中溶解后質(zhì)量損失均在16%左右，呈現(xiàn)和常規(guī)再生纖維素纖維不一樣的化學(xué)溶解特性；在75%硫酸、甲酸-氯化鋅中完全溶解，與常規(guī)再生纖維素纖維溶解特性一致。結(jié)合燃燒后殘留物狀態(tài)，認為16%左右的質(zhì)量損失很有可能是在紡絲過程中加入的各類紡織助劑以及部分茶葉的化學(xué)成分。為了進一步對上述推測進行驗證，后續(xù)對原樣品及樣品溶解后的剩余物分別進行了截面形態(tài)觀察、紅外光譜和高效液相色譜測試，結(jié)果均證明了上述猜測。

2.3 纖維截面形態(tài)

按照FZ/T 01057.3—2007《紡織纖維鑒別試驗方法第3 部分：顯微鏡法》對原樣品及樣品溶解發(fā)生質(zhì)量損失后的剩余物進行縱向及橫截面形態(tài)觀察，結(jié)果如圖3～7所示。

圖3 原樣品橫截面和縱向形態(tài)圖

圖4 用DMF 溶解后剩余物的橫截面和縱向形態(tài)圖

圖5 用1 mol/L 次氯酸鈉溶解后剩余物的橫截面和縱向形態(tài)圖

由圖3～7 可以看出，溶解后的剩余物與原樣品橫截面形態(tài)一致，均為不規(guī)則多邊形，但在縱向形態(tài)上表現(xiàn)出了明顯的差異。原樣品的縱向表面粗糙，有附著物；而溶解后的剩余物表面平滑，可見被溶解去除的應(yīng)該是紡織助劑等表面附著物。

2.4 紅外光譜

按照FZ/T 01057.8—2012《紡織纖維鑒別試驗方法第8 部分：紅外光譜法》對原樣品及樣品經(jīng)溶解發(fā)生質(zhì)量損失后的剩余物進行紅外光譜測試，結(jié)果如圖8～9 所示。因DMF 等4 種溶劑溶解后剩余物的紅外光譜圖基本一致，并未在文中一一提供。

圖6 用80%甲酸溶解后剩余物的橫截面和縱向形態(tài)圖

圖7 用20%鹽酸溶解后剩余物的橫截面和縱向形態(tài)圖

圖8 原樣品的紅外光譜圖

圖9 樣品經(jīng)溶解發(fā)生約16%質(zhì)量損失后剩余物的紅外光譜圖

由圖8、9 可以看出，原樣品和溶解后的剩余物在近紅外區(qū)的振動吸收基本一致，且與FZ/T 01057.8—2012 附錄中標B.1 纖維素纖維的特征頻率吻合。3 200 cm-1左右為—OH 的伸縮振動吸收峰，峰形較寬，可見其數(shù)量較多；2 900 cm-1左右為飽和碳原子上C—H 的伸縮振動吸收峰，1 650 cm-1左右為環(huán)結(jié)構(gòu)及不飽和鍵的特征吸收峰，990～1 150 cm-1為C—O 的伸縮振動吸收峰，890 cm-1左右為C—C 的伸縮振動吸收峰。

2.5 抗菌性能

按照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價第3 部分：振蕩法》的要求，采用振蕩法分別對原樣品和溶解后的剩余物進行抗菌性能測試。不同菌種測試結(jié)果見圖10～12。抑菌率結(jié)果如表1 所示。由圖10～12、表1 可以看出，原樣品和溶解后的剩余物均具有優(yōu)良的抗菌效果，滿足GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評析第3 部分：振蕩法》對抗菌效果的評價要求。由此可見，被溶物并非全部為茶葉中的有效成分。

圖10 金黃色葡萄球菌菌落生長圖

圖11 大腸桿菌菌落生長圖

圖12 白色念珠菌菌落生長圖

表1 原樣品和溶解后剩余物的抑菌率

2.6 液相色譜

2.6.1 高效液相色譜測試方法

準確稱取5.00 g 茶葉和10.00 g 紗線樣品，分別置于250 mL 錐形瓶中，加入100 mL 甲醇，置于水浴鍋或電加熱爐中煮沸1 h，煮沸過程中應(yīng)根據(jù)情況，適當添加甲醇以補充煮沸過程中的損失量（可根據(jù)測試結(jié)果適當稀釋提取液或縮減樣品量）。煮沸后取出錐形瓶冷卻至室溫，使用濾紙過濾提取液，將提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至約2 mL，過0.45 μm 有機濾膜后分別上機測試。

測試條件：色譜柱為Syncronis C18 柱，250 mm×4.6 mm，柱溫35 ℃；檢測波長為全波段；進樣量10 μL，流速1.0 mL/min，流動相設(shè)置如表2所示。

表2 流動相設(shè)置

2.6.2 測試結(jié)果

全波段分別對茶葉和紗線濃縮提取液進行檢測，確定二者有3 處共同吸收波長，依次為206、246、274 nm。試驗結(jié)果表明：無論選擇哪個檢測波長，各峰的分離度均較好，具體見圖13～15。

圖13 206 nm 處的液相色譜圖

對照文獻［3］可知，保留時間6 min 左右應(yīng)為表沒食子兒茶素（EGC）的出峰位置，保留時間15 min 左右應(yīng)為兒茶素（C）的出峰位置，保留時間18 min 左右應(yīng)為表兒茶素（EC）的出峰位置，保留時間20 min 左右應(yīng)為表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）的出峰位置，保留時間24 min 左右應(yīng)為沒食子兒茶素沒食子酸酯（GCG）的出峰位置，保留時間27 min 左右應(yīng)為表兒茶素沒食子酸酯（ECG）的出峰位置。由圖13～15 可以看出，使用二甲基甲酰胺、1 mol/L 次氯酸鈉、80%甲酸、20%鹽酸等對試樣進行溶解，試樣中部分有效物質(zhì)被溶解，主要應(yīng)為表沒食子兒茶素和表兒茶素沒食子酸酯；此外，對比原樣品和溶解后剩余物發(fā)現(xiàn)，兩者顏色稍有區(qū)別，前者為淺米色，后者為米白色，也同樣表明茶葉中的部分色素發(fā)生了溶解。

圖14 246 nm 處的液相色譜圖

圖15 274 nm 處的液相色譜圖

3 結(jié)論

（1）茶纖維因化學(xué)成分的多樣性，含有茶多酚類、植物堿、蛋白質(zhì)、氨基酸和色素等多種物質(zhì)以及在紡絲過程中加入的化學(xué)助劑，表現(xiàn)出了與常規(guī)再生纖維素纖維不同的性能，如燃燒物有顆粒感，在二甲基甲酰胺、1 mol/L 次氯酸鈉、80%甲酸和20%鹽酸中發(fā)生較大質(zhì)量損失的溶解，以及截面形態(tài)等特有特征。但其本質(zhì)仍為再生纖維素纖維，具有纖維素纖維的燃燒特性，在75%硫酸和甲酸-氯化鋅中的溶解性能、紅外光譜圖與纖維素纖維基本吻合。

（2）高效液相色譜分析表明，茶纖維含有茶葉中普遍存在的6 種主要兒茶素，但部分兒茶素及化學(xué)成分會被二甲基甲酰胺、1 mol/L 次氯酸鈉、80%甲酸和20%鹽酸溶解，但被二甲基甲酰胺等溶劑溶解掉部分物質(zhì)并未影響其抗菌性。

（3）綜合不同的茶纖維性能特征來建立相應(yīng)的鑒別方法，對相關(guān)紡織產(chǎn)品品質(zhì)進行把控，可以指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)和維護各方利益。北京花香麻生物科技發(fā)展有限公司已利用本研究部分成果，成功建立了該領(lǐng)域的企業(yè)標準Q/110106010HXM002—2021《茶纖維紡織品的鑒別》。