天然系抗菌紡織品的開發(fā)進(jìn)展

徐 奕，周衡書，劉晉夫，鐘文燕

(1.湖南工程學(xué)院紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭 411104；2.湖南省新型纖維面料及加工工程技術(shù)研究中心，湖南 益陽 413000;3.湖南莎麗襪業(yè)股份有限公司，湖南 益陽 413000)

天然系抗菌紡織品的開發(fā)進(jìn)展

徐 奕1,2，周衡書1,2，劉晉夫2，3，鐘文燕1，2

(1.湖南工程學(xué)院紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭 411104；2.湖南省新型纖維面料及加工工程技術(shù)研究中心，湖南 益陽 413000;3.湖南莎麗襪業(yè)股份有限公司，湖南 益陽 413000)

歸納了天然系抗菌紡織品具備安全性高，對(duì)人體無毒害、無刺激，環(huán)保性能好等諸多優(yōu)勢(shì)。從天然系抗菌纖維、天然系抗菌染料和天然系抗菌劑三個(gè)方面，詳細(xì)論述了天然系抗菌紡織品的抗菌原理以及開發(fā)進(jìn)展，生產(chǎn)工藝復(fù)雜和產(chǎn)品耐熱性差是天然系抗菌紡織品生產(chǎn)面臨的主要難題。

天然系 抗菌紡織品 開發(fā) 進(jìn)展

在人們的生產(chǎn)生活中不可避免地接觸到各種病毒、細(xì)菌和真菌等微生物，這些微生物不僅污染環(huán)境，而且還導(dǎo)致許多疾病的產(chǎn)生，嚴(yán)重的威脅了人類的身心健康。隨著人們生活品質(zhì)的提高和衛(wèi)生意識(shí)的不斷增強(qiáng)，抗菌問題受到了人們的高度重視，而紡織品作為人不可或缺的必需品，是這些微生物的良好生存之地，同時(shí)也是疾病的重要傳播源。在這些前提下，抗菌紡織品應(yīng)運(yùn)而生，在消除異味、防止細(xì)菌滋生和減少皮膚傳染病等方面滿足了廣大消費(fèi)者的需求。

目前，抗菌紡織品可分為三類：天然系、無機(jī)系和有機(jī)系。區(qū)別于無機(jī)系和有機(jī)系，天然系抗菌紡織品的高安全性，對(duì)人體無刺激、無毒害，環(huán)保性能好，使其成為了抗菌紡織品開發(fā)和應(yīng)用的首選。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展[1-3]

最早使用的抗菌紡織品可以追溯到4000年前的古埃及，他們使用的是抗菌植物浸漬布匹，從而保存木乃伊?，F(xiàn)代抗菌紡織品的研究則以Domag的研究為起點(diǎn)，1935年Domag報(bào)告了用季銨鹽處理后的服裝具有抗菌的功能。第二次世界大戰(zhàn)時(shí)，德國(guó)人用季銨鹽處理軍服降低了傷員的感染率。直到1950年，抗菌織物才在民用產(chǎn)品中開始推廣。

抗菌紡織品大致經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。 第一階段是從1955年 至1965 年，稱為抗菌紡織品的孕育時(shí)期，許多人開始認(rèn)識(shí)到抗菌紡織品的可行性和實(shí)用價(jià)值，積極參與研究開發(fā)工作，抗菌紡織品“Sanitized”開始投放市場(chǎng)。第二階段是從1965年至1975年，稱為抗菌紡織品的應(yīng)用時(shí)期，應(yīng)用前期，抗菌紡織品的抗菌效果是人們追求的重點(diǎn)，當(dāng)時(shí)用于抗菌紡織品的抗菌劑主要是有機(jī)金屬化合物類、氯代酚以及含硫化合物類等強(qiáng)抗菌性化學(xué)物質(zhì)，這些抗菌劑在抗菌紡織品用量雖然較少，但效果顯著；應(yīng)用后期，人們開始關(guān)注抗菌紡織品的安全性，美國(guó)的環(huán)保局和食品醫(yī)藥局最先發(fā)現(xiàn)部分有機(jī)金屬化合物以及含硫化合物會(huì)破壞人體的細(xì)胞和組織，從而引起皮膚炎癥和皮膚斑疹，同時(shí)也開始了對(duì)抗菌劑的安全性進(jìn)行檢驗(yàn)。接著日本也在1973年制定了關(guān)于抗菌紡織品安全性能的有關(guān)規(guī)定，并實(shí)施食品、藥品、生活用品、紡織品等安全性檢驗(yàn)，停止使用部分有機(jī)金屬化合物類有害物質(zhì)。針對(duì)抗菌強(qiáng)度和對(duì)人體安全的矛盾為第二階段的主要發(fā)展方向，研發(fā)安全性高的抗菌紡織品也成為了下一階段的重點(diǎn)。第三階段始于1973年美國(guó)Dow Corning公司的DC -5700 型抗菌劑的開發(fā)成功，耗資高達(dá)一億美元以上，與此同時(shí)，DC -5700 型抗菌劑的開發(fā)成功也使得抗菌與安全兩種性能同時(shí)得到社會(huì)的認(rèn)可。1975年得到美國(guó)環(huán)境保護(hù)局和食品醫(yī)藥局的批準(zhǔn)，開始投放市場(chǎng)。這一階段稱為抗菌紡織品的發(fā)展時(shí)期，各種新型抗菌劑及制備工藝不斷涌現(xiàn)。從此，抗菌紡織品開始了穩(wěn)步發(fā)展。尤其是在1980年以后，國(guó)內(nèi)開始大量對(duì)于抗菌紡織品進(jìn)行研究。1990年至今，抗菌紡織品領(lǐng)域的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳w維加工方式賦予最終織物抗菌性能，替代以后整理工藝為主的抗菌織物產(chǎn)品，抗菌纖維和織物的耐洗滌性能進(jìn)一步提高。

2 天然系抗菌紡織品的性能特點(diǎn)

2.1 高度的安全性

天然系抗菌紡織品就是本著成分天然、安全性高，因此天然系抗菌紡織品具有高度的安全性。

2.2 資源的多樣性

天然系抗菌紡織品是將天然成分從紡織品成形的各個(gè)工藝中選擇性添加，其種類繁多，有天然抗菌纖維、天然植物染料、天然抗菌劑，這些就涵蓋了動(dòng)植物、微生物以及礦物，因此來源較為廣泛。

2.3 高效而廣譜的抗菌性

天然系抗菌紡織品不僅對(duì)金色葡萄球菌、大腸桿菌等細(xì)菌有良好的抗菌效果，也對(duì)黑曲霉、毛霉菌等霉菌有抗菌效果，大部分對(duì)皮膚真菌也有抗菌效果，天然動(dòng)物類抗菌性甚至對(duì)耐藥性細(xì)菌也有抗菌效果。同時(shí)，很多天然抗菌物質(zhì)的微量存在便能滅殺霉菌類微生物。

2.4 綠色環(huán)保

天然系抗菌紡織品均使用的是天然抗菌物質(zhì)，丟棄和排放后的抗菌物質(zhì)會(huì)自然分解，不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，更不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

3 天然系抗菌紡織品的抗菌機(jī)理及進(jìn)展

3.1 天然抗菌纖維

3.1.1 麻類纖維

麻類纖維的抗菌機(jī)理有兩個(gè)方面：第一，麻類纖維中含有的麻甾醇、鞣質(zhì)等有效的天然抗菌物質(zhì)，這些抗菌物質(zhì)的微量存在足以滅殺霉菌類微生物；第二，纖維韌皮部的木質(zhì)素是一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，纖維表面粗糙，有許多裂縫和孔洞，內(nèi)表面積大、孔隙多，許多裂縫和孔洞的內(nèi)部和外部的纖維縱向和橫向分布連接，富含氧氣使厭氧菌無法生存[4]。

目前，北京麻世紀(jì)流行面料研發(fā)有限公司開發(fā)了一種包芯麻紗線并將其與高紗支麻紗線混紡應(yīng)用于內(nèi)衣[5-6]；江蘇薌菲服飾有限公司將莫代爾、羅布麻、甲殼素按5：4：1的比例進(jìn)行合股開發(fā)了一種羅布麻多纖混紡針織面料，并將其應(yīng)用于夏季服裝[7]；蘇州摩維天然纖維材料公司開發(fā)了一種蠶絲麻纖維混合填充芯料，并將其應(yīng)用于被子的填充[8]。

3.1.2 竹纖維

竹纖維由于工藝不同分為竹原纖維和竹漿纖維。竹纖維的強(qiáng)度高、彈性好,具有很好的耐磨性和懸垂性[9]。竹子在其生長(zhǎng)過程中無需任何農(nóng)藥，竹子依然沒有受到蟲蛀，也沒有腐爛，就是因?yàn)橹褡幼陨砗幸环N名為“竹醌”的抗菌物質(zhì)。

目前，南通錦悅服裝設(shè)計(jì)有限公司將竹纖維面料和中藥材纖維面料以棉線連接固定開發(fā)了竹纖維保健枕套[10]；純維衛(wèi)生用品有限公司將竹纖維無紡布用于衛(wèi)生巾開發(fā)了一種竹纖維抗菌衛(wèi)生巾[11]；湖南莎麗襪業(yè)股份有限公司將自己開發(fā)的一種全竹纖維應(yīng)用于襪子[12]。

3.1.3 甲殼素纖維

甲殼素分子中有帶正電的氨基，氨基會(huì)吸附細(xì)菌,使細(xì)菌細(xì)胞壁膜蛋白變性,阻礙細(xì)菌生長(zhǎng)；同時(shí),甲殼素苷鍵斷裂,阻止細(xì)菌內(nèi)外物質(zhì)的傳遞,使細(xì)菌內(nèi)部組織外露而死亡。因此，甲殼素具有極佳的抗菌性能[13]。

目前，山東濱州亞光毛巾有限公司將棉紗外表設(shè)有環(huán)形甲殼素纖維層開發(fā)了甲殼素纖維抗菌毛巾[14]；蘇藝強(qiáng)發(fā)明了一種甲殼素纖維紙尿片，是將甲殼素纖維作為親水無紡布內(nèi)層從而達(dá)到親膚抗菌的功效[15]；紫羅蘭家紡科技股份有限公司將甲殼素纖維與滌綸短纖一定的比例混合作為枕芯開發(fā)了一種甲殼素纖維保健枕，解決了全滌枕芯有異味等問題[16]。

3.2 天然抗菌植物染料

天然抗菌植物染料不僅顏色種類繁多而且其成份也多樣化，抗菌機(jī)制也因此不同。如姜黃中含有的姜黃素是一種很強(qiáng)的抗氧化劑，從而達(dá)到抗菌的目的；大黃中含有的大黃素等是蒽醌衍生物；板藍(lán)中的有效成分是多種色胺酮類化合物；黃連(黃色)主要抑菌成分為黃連素(小檗堿)[17]； 黃芩(黃色)的有效成分是多種黃酮類化合物；石榴皮中含有多種抗菌活性物質(zhì)，主要包括鞣質(zhì)(多酚)、黃酮類、糖苷、生物堿和有機(jī)酸等[18]；紫草中的有效抗菌成分是紫草素類化合物。

目前，祝洪哲發(fā)明了純天然中草藥植物染料加工的生態(tài)自潔護(hù)膚面料，是將大黃、板藍(lán)，姜黃等作為染料上染麻纖維、棉纖維等纖維素纖維再經(jīng)過特殊工藝整理以后的面料[19]；鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)改性后的莫代爾纖維、牛奶纖維采用大黃染料進(jìn)行媒染染色，并將纖維混紡制成紗線應(yīng)用于抗菌、保健內(nèi)衣面料中[20]。

3.3 天然抗菌劑

通過提取天然物質(zhì)中有效的抗菌成分作為天然抗菌劑，并將其加入到紡織品的工藝過程中，從而得到天然的抗菌紡織品。

3.3.1 天然動(dòng)物類抗菌劑

天然動(dòng)物類抗菌劑是通過提取動(dòng)物體內(nèi)的有效抗菌活性物質(zhì)，如甲殼素和殼聚糖、蛋白質(zhì)類、高分子糖類等，其來源也十分豐富。目前較為廣泛研究應(yīng)用的動(dòng)物源抗菌劑是殼聚糖和蛋白質(zhì)類。蛋白質(zhì)類大部分是提取的昆蟲抗菌性蛋白質(zhì)，它是紡織工業(yè)利用生物技術(shù)的一個(gè)方面，從昆蟲中分離出的抗菌蛋白約有150種以上，昆蟲對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力很強(qiáng)，對(duì)細(xì)菌、病毒等微生物的侵襲有很強(qiáng)的抵抗力。從它們體內(nèi)分泌出的抗菌性蛋白質(zhì)不僅具有耐熱性、廣譜的抗菌性，同時(shí)對(duì)耐藥性病菌也有一定作用。

3.3.2 天然植物類抗菌劑

天然植物類抗菌劑不僅種類繁多而且其結(jié)構(gòu)也多樣化，因此其作用機(jī)制也各不相同，其作用機(jī)制主要包括以下幾種：破壞或者能夠降解病原菌細(xì)胞壁；破壞細(xì)胞質(zhì)膜以及膜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞內(nèi)容物泄露；使細(xì)胞質(zhì)發(fā)生凝聚；減弱質(zhì)子運(yùn)動(dòng)力。但每一種作用機(jī)制并不都是獨(dú)立進(jìn)行，可能會(huì)相互影響相互作用，其中任何一種機(jī)制的反應(yīng)都可能會(huì)受到另一種機(jī)制的反應(yīng)物或產(chǎn)物的影響[21]。

3.3.3 天然微生物類抗菌劑

天然微生物類抗菌劑是通過提取微生物中的抗菌活性物質(zhì)，包括微生物自身的代謝產(chǎn)物。由于不同種的微生物的代謝產(chǎn)物其抗菌作用不同，使得天然微生物類抗菌劑在實(shí)際應(yīng)用中并不廣泛。目前，天然微生物類抗菌劑多用于抗生素中，尚未在紡織品領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中使用。

3.3.4 天然礦物類抗菌劑

天然礦物類抗菌劑來源于礦物質(zhì)中的有效抗菌成分，有膽礬，雄黃等。膽礬能夠抑制化膿性球菌、痢疾桿菌和沙門氏菌等細(xì)菌的生長(zhǎng)；雄黃能夠滅殺多種皮膚真菌、腸道致病菌等。礦物被廣泛作為藥物類應(yīng)用，但是尚未作為抗菌紡織品在實(shí)際生活中應(yīng)用。日本目前推出了一款名為“Melma”纖維的加工方法，該方法是將天然礦物粉碎成粉末，并將其固著于纖維內(nèi)部。用這種方法生產(chǎn)的紡織品具有皮膚保護(hù)功能，織物特性良好，而且對(duì)過敏癥有良好的阻擋效果[22]。

4 存在的主要問題及發(fā)展趨勢(shì)

天然系抗菌紡織品雖然來源廣泛，且資源價(jià)格相對(duì)低廉，但是天然系抗菌紡織品的工藝過程相對(duì)較為復(fù)雜，有些抗菌物質(zhì)會(huì)在工藝過程中被破壞，降低了抗菌物質(zhì)活性，且大部分天然抗菌物質(zhì)的耐熱性相對(duì)較差。

我國(guó)天然系抗菌紡織品目前仍然處于前期探索階段，遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，天然系抗菌紡織品的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)將使其在我國(guó)保持高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并且進(jìn)一步朝著國(guó)際化的方向發(fā)展。生產(chǎn)工藝復(fù)雜和產(chǎn)品耐熱性差是天然系抗菌紡織品生產(chǎn)面臨的主要難題。

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DevelopmentProgressofNaturalAntibacterialtextile

XUYi1,2,ZHOUHeng-shu1,2,LIUJin-fu2,3,ZHONGWen-yan1,2

(1. School of Textile and Garments, Hunan Institute of Engineering, Xiangtan 411104;2. Hunan Provincial New Fiber Fabric and Processing Technology Research Center, Yiyang, 413000;3.Hunan Shali Hosiery Co., Ltd, Yiyang 413000)

The advantages of natural antimicrobial textile were summarized such as high safety, no toxicant, no stimulation to the human body and environment-friendly property. The antibacterial principles and development progress of natural antibacterial textile were discussed in detail from three aspects: natural antibacterial fibers, natural antibacterial dyes and natural antibacterial agents, the complex production process and poor heat resistance property of the products were the main problems of natural antimicrobial textile production.

natural series antibacterial textile development, progress

2017-09-05

徐奕(1993-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)。

周衡書(1967-)，教授，碩士生導(dǎo)師。

TS106,TS195

A

1008-5580(2017)04-0134-04