茶多酚对棉织物的吸附及其抗菌消臭效果

张瑞萍， 张葛成， 孟令阔

(南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

茶多酚对棉织物的吸附及其抗菌消臭效果

张瑞萍， 张葛成， 孟令阔

(南通大学 纺织服装学院， 江苏 南通 226019)

为开发植物多酚保健功能纺织品，通过单因素分析法，探讨pH值、温度、处理时间对茶多酚在棉织物上吸尽率的影响；对棉织物进行阳离子改性，分析改性剂浓度、碱剂用量、改性温度和改性时间对吸尽率的影响；测试茶多酚整理后棉织物的抗菌消臭性能。结果表明：茶多酚对棉织物的浸渍优化工艺为茶多酚6%(o.w.f)，温度40 ℃，时间60 min，浴比1∶30，应用此工艺，茶多酚对棉织物的吸尽率为14.6%；棉织物的阳离子改性优化工艺为：改性剂质量浓度25 g/L，碱剂质量浓度6 g/L，温度70 ℃，时间90 min，浴比1∶30，茶多酚应用此改性工艺处理的棉织物的吸尽率为48.8%。经阳离子改性和茶多酚二步法处理后，棉织物的抑菌率(金黄色葡萄球菌)和消(氨)臭率分别为92.2%和90%，再经铜后媒处理，棉织物的抑菌率(金黄色葡萄球菌)和消(氨)臭率分别达100%和99.9%。

茶多酚； 棉织物； 阳离子改性； 抗菌； 消臭

人们对高品质生活的追求及科技水平的提高，一定程度上推动了卫生保健等功能性生态纺织品的开发进程[1-2]。天然植物提取剂与化学合成的功能助剂相比,具有很多优点[3]:1)安全性。对皮肤无过敏性和致癌性，具有较好的生物可降解性和环境相容性；2)保健功能。许多药用植物是我国历史悠久的中药，具有各种不同的抗菌杀虫疗伤作用。3)染色功能。染色时天然色素与植物芳香及药理成分一起被纤维吸收，达到一种自然特别的保健染色效果[2]。因此，利用天然植物功能剂进行保健、舒适加工受到消费者的青睐，并引起许多国家研究和应用机构的关注[4-5]。

茶多酚是茶叶的主要成分，许多研究已充分表明，茶多酚在消除有害自由基、抗菌除臭、抗衰老和增强机体免疫功能的作用，其广泛用于食品作为优良的保鲜剂、祛臭剂、防褪色剂[6-8]。本文探讨茶多酚在棉织物上的吸附性，并分析整理后棉织物的抗菌消臭功能，以期为茶多酚保健功能纺织品的开发提供参考。

1 实验部分

1.1 主要实验材料

纯棉半制品，96%茶多酚(安徽芜湖天远科技开发有限责任公司)，阳离子改性剂3-氯-2-羟基三甲基氯化铵(工业级，广州金瑞鹰生物化学品有限公司)，五水硫酸铜、七水合硫酸亚铁、四水合酒石酸钾钠、十二水合磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等，均为分析纯，购自上海化学试剂有限公司)。

1.2 主要实验仪器

COLOR-YEE-3100电脑测色配色仪(美国Gre-tagMacbeth公司)，TU-1901双光束带积分球紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 茶多酚对棉织物的吸尽法处理

茶多酚用量为3%～6%(o.w.f)，吸尽(吸附)温度为40～80 ℃，吸尽(吸附)时间为30～150 min，pH值为4～8，浴比为1∶30。

1.3.2 棉织物的改性处理

阳离子改性剂质量浓度为0～40 g/L，氢氧化钠质量浓度为3～7 g/L，改性剂处理温度为30～80 ℃，时间为10～120 min，浴比为1∶30。

1.3.3 棉织物的铜媒处理

媒染剂用量为1%～6%(o.w.f)，媒染温度为40 ℃，媒染时间为60 min，浴比为1∶30。

1.4 测试方法

1.4.1 茶多酚的吸尽率

茶多酚的酚羟基能与亚铁离子形成紫蓝色络合物，最大吸收波长为540 nm，按酒石酸亚铁比色法分析含茶多酚溶液在最大波长下的吸光度，按下式计算茶多酚在棉织物上的吸尽率：

E=(1-A/A0)×100%

式中：A为处理残液的吸光度；A0为未放织物的处理原液的吸光度。

1.4.2 织物的颜色特征值和表面深度K/S值

采用D65光源，10°视场，将平整布样对折4层，在测色配色仪上测试颜色特征值L*(明度)、a*(红绿，+表示偏红，-表示偏绿)、b*(黄蓝，+表示偏黄，-表示偏蓝)、C*(艳度)、h(色相)、K/S值，测4次，取平均值。

1.4.3 织物的消臭性能

参照日本(一社)纤维评价技术协会SEK标志纤维制品认证基准21.消臭性实验:气体检测管法，委托上海出入境检验检疫局测试。臭气为氨气，初始体积分数为0.01%，实验时间为2 h。

1.4.4 织物的抑菌率

按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》进行测试，菌种为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌。

2 结果与讨论

2.1 茶多酚对棉织物的吸附性能

2.1.1 处理液pH值对茶多酚吸尽率的影响

按1.3.1的方法，将棉织物放在不同pH值的茶多酚溶液中进行处理，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如表1所示。

表1 处理液pH值对茶多酚吸尽率的影响Tab.1 Influence of pH value on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

注：用蒸馏水、自来水所配的同浓度茶多酚处理棉织物吸尽率分别为12.67%，7.1%。

由表1可知：随着pH值的增大，棉织物对茶多酚的吸尽率略有降低。当pH值为7和8时，茶多酚处理残液的吸光度比原液的吸光度还高，这可能是由于茶多酚随着pH值的增大，特别是在碱性下极易氧化成醌，直至生成共轭醌发色团[4]，颜色变深。用蒸馏水和自来水所配的同浓度茶多酚处理棉织物，二者的吸尽率相差很大，可能是由于自来水中存在的钙镁离子均能和茶多酚中的酚羟基发生络合反应，影响了茶多酚对棉织物的吸附，吸尽率降低很明显。考虑到棉纤维不耐酸，为方便分析，以下实验均采用茶多酚的蒸馏水溶液。

2.1.2 处理温度对茶多酚吸尽率的影响

按1.3.1的方法，将棉织物放入不同温度的6%(o.w.f)茶多酚溶液中处理60 min，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图1所示。

旅游休闲是人的普遍需求，然而这种需求很多时候受到了社会、环境、经济等方面的限制[1].城市公园是人们外出休闲游憩的重要场所，在我们的生活中扮演着越来越重要的角色.城市公园其本质是服务于市民的城市公共场所，具有公益性、平等性和文化性[2].其公益性应该体现在服务人群的多样性和公平性上.然而现有城市公园却较少考虑到残障人士的需求.据全国残疾人抽样调查结果显示，中国各类残疾人总数接近一亿，约占全国人口总数的7%[3].庞大的残障人士群体分布在社会各个阶层，使我们不得不注意到这一特殊群体的休闲需求，关注城市公园中的无障碍环境建设.

图1 处理液温度对茶多酚吸尽率的影响Fig.1 Influence of temperature on adsorption of amount tea polyphenols on cotton fabric

由图1可知，棉织物对茶多酚的吸尽率随着温度的升高而降低。这是由于一方面温度的升高会增加茶多酚的氧化程度[4]，残液的吸光度增加；另一方面，茶多酚在棉纤维上的吸附是放热过程，升高温度则茶多酚对棉的亲和力降低，会使吸附平衡向解吸方向移动，吸尽率下降，因此，为了防止茶多酚的氧化，提高其对棉织物的吸附，选择处理温度为40 ℃。

2.1.3 处理时间对茶多酚吸尽率的影响

按1.3.1的方法，将棉织物放入3%(o.w.f)和6%(o.w.f)茶多酚溶液中于40 ℃处理不同时间，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图2所示。

图2 处理时间对茶多酚吸尽率的影响Fig.2 Influence of time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由图2可知：棉织物在6%(o.w.f)的茶多酚溶液中处理60 min，基本达到吸附平衡，吸尽率为14.6%；棉织物在3%(o.w.f)的茶多酚溶液中处理90 min能基本达到吸附平衡。6%(o.w.f)茶多酚处理的棉织物其颜色更深，但由于初始液中茶多酚的浓度大，吸光度A0就大，因此，吸尽率总体比3%(o.w.f)茶多酚低。

综上分析表明，茶多酚对棉织物较好的吸附工艺为：茶多酚用量6%(o.w.f)，处理温度40 ℃，处理时间60 min，渗比1∶30。在此条件下，吸尽率为14.6%。为进一步提高茶多酚在棉织物上的吸尽率，采用阳离子改性剂对棉织物进行预处理。

2.2 茶多酚对改性棉织物的吸附性能

2.2.1 改性剂用量对茶多酚吸尽率的影响

将棉织物按1.3.2的方法进行改性处理，处理温度为60 ℃，然后水洗至近中性，再用6%(o.w.f)的茶多酚溶液在40 ℃处理60 min，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图3所示。

图3 改性剂质量浓度对茶多酚吸尽率的影响Fig.3 Influence of modifier dosage on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由图3可知：随着阳离子改性剂质量浓度的增加，改性棉织物对茶多酚的吸尽率增大；当改性剂质量浓度达到25 g/L后，吸尽率最高接近45%。改性后的棉织物对茶多酚的吸尽率明显比未改性织物高，这是由于经改性后棉纤维阳离子化而带有正离子，与茶多酚的酚羟基负离子以库仑力结合，提高了茶多酚的在棉织物上的吸尽率。故选择改性剂的质量浓度为25 g/L。

2.2.2 碱剂用量对茶多酚吸尽率的影响

将棉织物按1.3.2的方法进行改性处理，改性剂质量浓度为25 g/L，处理温度为60 ℃，然后水洗至近中性，再用6%(o.w.f)茶多酚溶液在40 ℃处理60 min，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图4所示。

由图4可知，随着改性处理剂中碱剂质量浓度的增加，改性棉织物对植物提取剂的吸尽率呈线性增加，这是因为3-氯-2-羟基三甲基氯化铵作为改性剂，在碱性条件下能脱去氯化氢，形成带环氧基团的阳离子化合物，活泼的环氧基与棉纤维素的葡萄糖剩基6位碳原子上的羟基反应[9]，形成阳离子化改性棉。但是当碱剂质量浓度增加至6 g/L后，吸尽率增加不明显，因此选择碱剂质量浓度为6 g/L。

图4 碱剂质量浓度对茶多酚吸尽率的影响Fig.4 Influence of alkaline agent dosage on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

2.2.3 改性时间对茶多酚吸尽率的影响

将棉织物按1.3.2的方法进行改性处理，改性剂质量浓度为25 g/L，碱剂质量浓度为6 g/L，在60 ℃处理不同时间后，水洗至近中性，然后用6%(o.w.f)的茶多酚溶液在40 ℃处理60 min，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图5所示。

图5 改性时间对茶多酚吸尽率的影响Fig.5 Influence of modification time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由图5可知：随着改性时间的延长，改性棉织物对茶多酚的吸尽率增加；当时间达到90 min后，吸尽率基本不变。故改性时间选择90 min。

2.2.4 改性温度对茶多酚吸尽率的影响

将棉织物按1.3.2的方法进行改性处理，改性剂质量浓度为25 g/L，碱剂质量浓度为6 g/L，在不同温度下处理90 min后，水洗至近中性，然后用6%(o.w.f)茶多酚溶液在40 ℃处理60 min，测试并计算其在棉织物上的吸尽率，结果如图6所示。

图6 改性温度对茶多酚吸尽率的影响Fig.6 Influence of modification temperature on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric

由图6可知，随着改性温度的升高，改性棉织物对植物提取剂的吸尽率增加，当温度达到70 ℃，吸尽率达到最大值，故阳离子改性温度选择70 ℃。

综上所述，棉织物的优化阳离子改性工艺为：改性剂质量浓度25 g/L，碱剂质量浓度 6g/L，改性温度70 ℃，改性时间90 min。此时茶多酚对改性棉织物的吸尽率由未改性棉的14.6%左右增大48.8%。

2.3 铜媒处理对织物颜色参数的影响

按照2.1和2.2小节得出的茶多酚吸附和改性工艺及1.3.3小节的铜后媒法处理棉织物，不同处理对棉织物颜色特征值的影响如表2所示。

表2 不同处理后棉织物的颜色特征值Tab.2 Color characteristic values of cotton fabric treated by different process

由表2可知：1)与未改性的织物相比，茶多酚处理后的改性棉织物L*下降，a*、b*、c*、h均稍增加，K/S值增加明显，织物颜色加深，阳离子改性提高了茶多酚对棉的吸附量；2)铜后媒处理后，由于铜离子与茶多酚酚羟基的络合物呈黄棕色，L*和a*降低，b*、c*、h和K/S值均增加，织物颜色加深；3)随媒染剂用量的增加，未改性织物的a*增加较明显，其他如L*、b*、c*、h、K/S值增加均不明显。媒染剂选择2%(o.w.f)即可。

2.4 茶多酚处理后棉织物的抗菌消臭性能

将棉织物用优化工艺进行改性，然后按2.1的优化工艺进行茶多酚的吸尽法处理，测试茶多酚织物铜媒染前后的抗菌消臭效果，结果如表3所示。

表3 茶多酚处理后棉织物的抗菌和消臭性能Tab.3 Antibacterial and deodorant properties of cotton fabric treated with tea polyphenols

由表3可知，茶多酚处理的棉织物对大肠杆菌、白色念珠菌有一定的抗菌性，对金黄色葡萄球菌具有很好的抗菌效果，抑菌率达92.2%。铜媒处理后，织物上的茶多酚-铜络合物提高了织物对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性，抑菌率分别达到87.0%、91.9%和100%。茶多酚的主要活性分子为儿茶素类，分子中邻位酚羟基活性较强[10]，易脱氢转化为羰基与细菌作用，从而达到抗菌的效果。

氨气是许多生活恶臭中存在的气体，所以选用氨气评价织物的消臭性能。由表3可知，由茶多酚处理的棉织物对氨气有很好的消臭效果，消臭率达90%。铜媒处理后，织物上的茶多酚-铜络合物提高了织物的消臭性能，消臭率增至99.9%。

3 结 论

1)茶多酚对棉织物较好的吸附工艺为：茶多酚用量6%(o.w.f)，处理温度40 ℃，处理时间60 min，浴比1∶30。在此工艺条件下，茶多酚对棉织物的吸尽率为14.6%。

2)棉织物的阳离子改性工艺为：改性剂质量浓度25 g/L，碱剂质量浓度6 g/L，改性温度70 ℃，改性时间90 min，浴比1∶30。在此工艺条件下，茶多酚对改性棉织物的吸尽率达到48.8%。

3)改性棉织物经茶多酚处理后的抑菌率(金黄色葡萄球菌)和消(氨)臭率分别为92.2%和90%，再经铜媒处理后织物的抑菌率(金黄色葡萄球菌)和消(氨)臭率分别达100%和99.9%。FZXB

[1] 张敢. 我国绿色纺织品发展策略探讨[J]. 棉纺织技术, 2013,41(8):609-611. ZHANG Gan. Discussion on domestic green textiles

development strategy[J]. Cotton Textile Technology, 2013,41(8):609-611.

[2] 王华. 传统天然植物药与纺织品的保健抗菌整理[J].纺织学报,2004,25(1):109-111. WANG Hua. Health care and anti-bacteria finish of traditional natural plant medicine and textile[J]. Journal of Textile Research, 2004,25(1):109-111.

[3] 樊迅. 天然提取物在纺织品加工中的应用及展望[J]. 国外丝绸,2009(6):29-31. FAN Xun. The application and prospects of natural ex-tracts in textiles processing[J]. Silk Textile Technology Overseas, 2009(6):29-31.

[4] 杨诚. 茶多酚的吸附性能及其在印染中的应用[D]. 苏州:苏州大学,2010:1-84. YANG Cheng. The adsorption properties of tea polyphenols and their applications in dyeing and finishing [D]. Suzhou: Soochow University,2010:1-84.

[5] 陈艳妹, 赵建平. 茶多酚在棉织物上的抗菌整理研究[J].印染助剂,2010,27(12):16-19. CHEN Yanmei, ZHAO Jianping. Anti-bacterial finishing on cotton fabric by tea polyphenol [J]. Textile Auxiliaries,2010,27(12):16-19.

[6] 李慧玲. 茶多酚及其改性物抗菌消臭性研究[D]. 杭州:浙江理工大学,2008:1-79. LI Huiling. Antibacterial and deodorant properties of tea polyphenol and its modification [D]. Hangzhou:Zhejiang Sci-Tech University,2008:1-79.

[7] 费燕娜,高卫东,王鸿博,等. 聚乳酸/茶多酚复合纳米纤维膜的抗菌机制及性能[J].纺织学报,2013,34(8):6-11 FEI Yanna, GAO Weidong, WANG Hongbo.et al. Antibacterial mechanism and performance of PLA/TP composed nanfiber membrane[J]. Journal of Textile Research, 2013,34(8):6-11.

[8] 钱红飞.茶多酚在蚕丝染色中的应用与抗紫外线性能[J].纺织学报,2012,33(2):68-72. QIAN Hongfei. Application of tea polyphenol on dyeing of silk and its anti-ultraviolet property[J]. Journal of Textile Research, 2012,33(2):68-72.

[9] 王维明,蔡再生,俞建勇.黄麻/棉混纺织物阳离子改性及其染色性能[J].纺织学报,2011,32(5):74-79. WANG Weiming, CAI Zaisheng, YU Jianyong. Cationic modification and dyeing behavior of jute/cotton blended fabric[J]. Journal of Textile Research,2011,32(5):74-79.

[10] KIM Sinhee. Dyeing characteristics and UV protection property of green tea dyed cotton fabrics[J].Fibers and Polymers, 2006,7(3):255-261.

Adsorption of tea polyphenols on cotton fabric and its antibacterial and deodorant properties

ZHANG Ruiping， ZHANG Gecheng， MENG Lingkuo

(CollegeofTextileandClothing,NantongUniversity,Nantong,Jiangsu226019,China)

In order to develop the plant polyphenol health functional textiles, the influences of pH value, temperature, treatment time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric were discussed by the single factor analysis method. The cotton fabrics were cationised. The influences of modifier and alkaline agent dosage, modification temperature and time on adsorption amount of tea polyphenols on cotton fabric were analyzed. Antibacterial and deodorant performances of the cotton fabrics treated by tea polyphenols were tested. The results showed that adsorption rate of tea polyphenols on cotton fabric was 14.6% when the cotton fabric was impregnated in 6% (o.w.f) tea polyphenols solution at 40 ℃ for 60 min with bath ratio 1∶30.Cationic modification process of cotton fabric were as follows: modified agent concentration 25 g/L, alkali concentration 6 g/L, temperature 70 ℃, time 90 min and bath ratio 1∶30. The adsorption rate of tea polyphenols on the modified cotton fabric was 48.8%. The results of deodorizing and antibacterial tests indicate that the modified cotton fabric treated by tea polyphenols has 92.2% antibacterial activity agaistStaphylococcusaureusand 90% deodorizing activity agaist ammonia. The modified cotton fabric treated with tea polyphenols followed by copper sulphate has 100% antibacterial activityStaphylococcusaureusand 99.9% deodorizing activity agaist ammonia.

tea polyphenols; cotton fabric; cationic modification; antibacterial; deodorizing

10.13475/j.fzxb.20160401305

2016-04-05

2016-08-10

江苏省产学研合作前瞻性联合研究项目(BY2015047-03)； 江苏省重点研发计划(产业前瞻与共性关键技术)-竞争项目(BE2016111)

张瑞萍(1964—)，女，教授，博士。研究方向为纺织品生态染整技术。E-mail: zhang.rp@ntu.edu.cn。

TS 195.6

A