羥丙基-β-環(huán)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(guān)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(yōu)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(huán)糊精具有獨特的疏水空腔結(jié)構(gòu)，可選擇性地包合外來客體分子形成穩(wěn)定的超分子化合物［3］。袁愛琳等［4］用三聚氯氰與β-環(huán)糊精反應，再與棉織物進行接枝反應，使茶多酚進入β-環(huán)糊精的空腔結(jié)構(gòu)，整理的棉織物具有優(yōu)良的抗菌性能和抗菌持久性。β-環(huán)糊精的水溶性有限，羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD）的溶解度較大，目前未見羥丙基-β-環(huán)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(huán)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(jīng)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(huán)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(huán)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(shù)UPF：用紡織品防紫外性能測試儀測試。

顏色參數(shù)（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(shù)協(xié)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(jié)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(zhì)量不同、極性與結(jié)構(gòu)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(qū)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(jié)構(gòu)如下，至少包括A、B、C 3 個環(huán)核，酯化后還有D環(huán)，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(huán)、B 環(huán)中苯環(huán)的B 帶。因此除了200 nm 附近苯環(huán)的E 帶吸收外，在紫外區(qū)以一個單峰（λmax=280 nm）形式出現(xiàn)［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(zhì)量分數(shù)，茶多酚質(zhì)量分數(shù)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(huán)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(jié)合很弱，只有環(huán)糊精的疏水性空穴與茶多酚具備強烈的結(jié)合能力［6］。β-環(huán)糊精獨特的疏水空腔結(jié)構(gòu)包合茶多酚可防止其氧化。羥丙基-β-環(huán)糊精是β-環(huán)糊精的羥丙基化衍生物，與其母體β-環(huán)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(yōu)化對織物的整理性能。HP-β-CD 通常是在NaOH 水溶液中由環(huán)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?。划斢昧繛?00 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??；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(nèi)，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(huán)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(huán)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(huán)糊精包合茶多酚整理織物經(jīng)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(huán)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(zhì)層，因此具有抗菌效果。細胞膜的主要成分是脂質(zhì)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(zhì)雙分子層，通過酚羥基與其中的親水端結(jié)合，擾亂細胞膜的脂質(zhì)雙分子結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(huán)境中的異味物質(zhì)；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(huán)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(huán)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(huán)糊精的空腔結(jié)構(gòu)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(huán)糊精包合茶多酚整理滌綸織物的抑菌消臭率

3 結(jié)論

（1）羥丙基-β-環(huán)糊精包合茶多酚對滌綸織物的優(yōu)化復合整理工藝：羥丙基-β-環(huán)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(huán)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+。