茶多酚对棉织物的功能整理研究*

江西服装学院服装设计学院， 江西 南昌330201

茶多酚是从茶叶中提取的多酚类物质的概称，包括酚酸类、黄酮醇类、黄酮类、黄色苷类、黄烷醇类等。茶多酚是形成茶叶色香味的主要因素之一，具有抗辐射、解毒、抗氧化、抑菌、防衰老、助消化、抗癌、提高免疫力等作用。目前，茶多酚的提取方法主要有3种：一为溶剂提取法，即利用极性溶剂对茶叶进行液-液萃取，该法的产品制取率为5%～10%，产品纯度为80%～98%，对环境的污染程度大，生产成本也高；二为离子沉淀法，即利用重金属将茶叶中的咖啡碱与茶多酚分离而得到茶多酚，但该法提取的茶多酚中重金属残留量过高；三为折叠柱分离制备法，该法所用的填充材料和洗涤材料的价格昂贵，不适合规模化生产。针对上述提取方法存在的缺陷，一些学者提出了传统提取方法与超临界二氧化碳萃取技术相结合的方法，以提高茶多酚的制取率与纯度，虽取得了一定成效，但仍难以进行规模化生产。目前，茶多酚的应用主要集中在医药行业与食品加工领域。鉴于茶多酚优异的保健作用，一些学者尝试利用其对织物进行功能整理，以提高服装的保健功能，效果显著[1-2]。本文首先利用酸化壳聚糖溶液对棉织物进行改性，然后利用茶多酚对改性棉织物进行功能整理，探讨其最佳整理工艺参数与功能整理棉织物的性能，以期为拓展茶多酚在服装领域的应用提供参考。

1 试验

1.1 材料与药品

(1) 材料：漂白纯棉斜纹织物(自制，简称“棉织物”)。

(2) 药品：壳聚糖(类白色粉末，国药集团化学试剂有限公司)；茶多酚(白色晶体，国药集团化学试剂有限公司)；七水合硫酸亚铁(浅蓝绿色晶体)、冰醋酸(液体)、四水合酒石酸钾钠(白色结晶粉末)、氯化钠(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；3-氯-2-羟基三甲基氯化铵(工业级，南京诺邦生物科技有限公司)；金黄色葡萄球菌(ATCC 6538 G+)和大肠埃希氏菌(ATCC 8739 G-)(郑州大学生化实验室)。

1.2 仪器与设备

XP204型分析天平[梅特勒-托利多(中国)]；YG(B)912E型纺织品防紫外性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)；CZ-C-408A型可程式恒温恒湿试验机(东莞市众志检测仪器有限公司)；T10CS型双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)；Y802N型八篮恒温烘箱、YG982型标准光源箱、SW-12D型耐洗色牢度试验机、Y571B型摩擦色牢度仪(均购自常州市双固顿达机电科技有限公司)。

1.3 试验方案

1.3.1 棉织物的改性处理

配制质量分数为4%的冰醋酸溶液，备用。称取一定质量的壳聚糖并按浴比1 ∶30投放到冰醋酸溶液中，搅拌至壳聚糖完全溶解，得到酸化壳聚糖溶液；接着，利用酸化壳聚糖溶液作为浸渍液，在小型轧车上对棉织物进行改性处理(二浸二轧)；然后，将改性处理后的棉织物置于100 ℃烘箱中预烘3 min， 再在170 ℃烘箱中焙烘2 min，得到“改性棉织物”。

1.3.2 功能整理

利用茶多酚对改性棉织物进行功能整理，采用固定浴比1 ∶30，变化其他工艺参数：

(1) 茶多酚用量：4%(o.w.f.)、 5%(o.w.f.)、 6%(o.w.f.)、 7%(o.w.f.)、 8%(o.w.f.)；

(2) 整理液温度：40、 50、 60、 70、 80 ℃；

(3) 整理时间：40、 50、 60、 70、 80 min；

(4) 整理液pH值：4、 5、 6、 7、 8。

经过茶多酚功能整理，得到“功能整理棉织物”。

1.4 性能指标测试

1.4.1 茶多酚吸附率

亚铁离子能与茶多酚中的酚羟基形成蓝紫色络合物。参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》，测定功能整理前后的整理液在茶多酚的最大吸收波长540 nm条件下的吸光度[3]。按式(1)计算功能整理棉织物的茶多酚吸附率。每种整理液重复测试5次，结果取平均值。

E=(1-A′/A)×100%

(1)

式中：E——功能整理棉织物的茶多酚吸附率，%；

A′——功能整理后的整理液的吸光度；

A——功能整理前的整理液的吸光度。

1.4.2 色牢度

参照GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》、GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》等标准，分别测定茶多酚吸附率最大的功能整理棉织物的耐光色牢度、耐洗色牢度与耐摩擦色牢度。

1.4.3 抗菌与防紫外线性能

参照GB/T 20944.3—2008《纺织品 纺织品抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》标准，测定茶多酚吸附率最大的功能整理棉织物对金黄色葡萄球菌与大肠埃希氏菌的抗菌率。

参照GB/T 18830—2002《纺织品 防紫外线性能的评价》标准，测定茶多酚吸附率最大的功能整理棉织物对紫外线的防护指数(UPF)与紫外线透过率(T)。

2 结果与讨论

2.1 最佳工艺参数

2.1.1 茶多酚用量对茶多酚吸附率的影响

参照“1.3.2”节的工艺参数，固定整理液温度为50 ℃、整理时间为60 min、整理液pH值为7，采用不同的茶多酚用量对改性棉织物进行功能整理，所得到的功能整理棉织物的茶多酚吸附率测试结果如图1所示。

图1 不同茶多酚用量下功能整理棉织物的茶多酚吸附率

从图1可见，随着茶多酚用量从4%(o.w.f.)增加至6%(o.w.f.)，功能整理棉织物的茶多酚吸附率明显提高；之后，继续增加茶多酚用量，功能整理棉织物的茶多酚吸附率不再发生明显变化而趋于稳定，说明此时改性棉织物对茶多酚的吸附已达到饱和。基于生产效能，确定最佳的茶多酚用量为6%(o.w.f.)。

2.1.2 整理液温度对茶多酚吸附率的影响

参照“1.3.2”节的工艺参数，固定茶多酚用量为6%(o.w.f.)、整理时间为60 min、整理液pH值为7，采用不同的整理液温度对改性棉织物进行功能整理，所得到的功能整理棉织物的茶多酚吸附率测试结果如图2所示。

图2 不同整理液温度下功能整理棉织物的茶多酚吸附率

从图2可见，当整理液温度低于50 ℃时，功能整理棉织物的茶多酚吸附率随着整理液温度升高而增大；当整理液温度高于50 ℃时，功能整理棉织物的茶多酚吸附率随着整理液温度升高而减小。当整理液温度从40 ℃上升至50 ℃时，茶多酚的分子布朗运动加快，使得改性棉织物吸附更多的茶多酚。当整理液温度高于50 ℃时，虽然茶多酚的分子布朗运动更剧烈，但茶多酚受到的氧化作用也更加剧烈，而且茶多酚开始发生电离，致使改性棉织物对茶多酚的吸附性能下降[4]。同时，改性棉织物吸附茶多酚的过程属放热过程，整理液温度升高会减弱改性棉织物对茶多酚的吸附能力，转而发展为解吸附。由此确定最佳的整理液温度为50 ℃。

2.1.3 整理时间对茶多酚吸附率的影响

参照“1.3.2”节的工艺参数，固定茶多酚用量为6%(o.w.f.)、整理液温度为50 ℃、整理液pH值为7，采用不同的整理时间对改性棉织物进行功能整理，所得到的功能整理棉织物的茶多酚吸附率测试结果如图3所示。

图3 不同整理时间下功能整理棉织物的茶多酚吸附率

从图3可见，随着整理时间从40 min增加至60 min， 功能整理棉织物的茶多酚吸附率逐渐提高；之后，继续延长整理时间，功能整理棉织物的茶多酚吸附率不再发生明显变化而趋于稳定，说明此时改性棉织物对茶多酚的吸附已达到饱和。基于生产效能，确定最佳的整理时间为60 min。

2.1.4 整理液pH值对茶多酚吸附率的影响

参照“1.3.2”节的工艺参数，固定茶多酚用量为6%(o.w.f.)、整理液温度为50 ℃、整理时间为60 min，采用不同的整理液pH值对改性棉织物进行功能整理，所得到的功能整理棉织物的茶多酚吸附率如图4所示。

图4 不同整理液pH值下功能整理棉织物的茶多酚吸附率

从图4可见，随着整理液pH值的增加，功能整理棉织物的茶多酚吸附率持续增大，并在整理液pH值 为6～7时达到峰值，之后逐渐下降，但下降幅度比较缓慢。茶多酚在碱性环境中容易被氧化而生成醌，当整理液pH值大于7时，其中的茶多酚被部分降解，导致改性棉织物可吸附的茶多酚质量减少，因此功能整理织物的茶多酚吸附率下降。考虑到棉纤维属于天然纤维素纤维，其在酸性环境中容易被水解，因此确定最佳的整理液pH值为6～7。

2.2 色牢度

在最佳的工艺参数条件下，对改性棉织物进行功能整理，所得到的功能整理棉织物的色牢度见表1。

表1 最佳工艺参数条件下功能整理棉织物的色牢度

从表1可以看出，在最佳工艺参数条件下，功能整理棉织物的各项色牢度均达到较高的水平，这是由于酸化壳聚糖的分子结构中的氨基被阳离子化。棉织物经酸化壳聚糖溶液改性后，织物中的纤维表面与纤维内部的分子基团对茶多酚的负离子结构的亲和力增强，功能整理棉织物的茶多酚吸附率与色泽稳定性能均得到很大程度的提高[5-6]。由此可知利用茶多酚对改性棉织物进行功能整理具有可行性。

2.3 抗菌及防紫外线性能

在最佳工艺参数条件下，功能整理棉织物的抗菌及防紫外线性能见表2，并与改性棉织物比较。

表2 最佳工艺参数条件下功能整理棉织物的抗菌及防紫外线性能

从表2可以看出，与改性棉织物相比，功能整理棉织物具有良好的抗菌及防紫外线性能。茶多酚的主要成分为儿茶素，而儿茶素分子结构中的酚羟基可与细菌细胞壁上的蛋白质分子中的羧基、氨基、肽基等发生氢键键合，儿茶素分子结构中的苯环可与细菌细胞壁上的蛋白质分子发生疏水键合，从而起到抑制与灭杀细菌的作用[7-8]。功能整理棉织物对大肠埃希氏菌的抗菌效果略优于金黄色葡萄球菌，这是由于金黄色葡萄球菌属于革兰氏阳性菌，大肠埃希氏菌属于革兰氏阴性菌，而阴性菌上的肽聚糖含量较少，更易受到破坏而被灭杀[9]。功能整理棉织物具有良好的防紫外线性能基于两方面的因素：一是酸化壳聚糖分子结构中的氨基被阳离子化，使得棉织物对茶多酚的吸附能力增强[10]；二是壳聚糖自身可在棉织物表面形成一定厚度的类树脂薄层，从而提高织物的防紫外线效果。

3 结论

利用茶多酚对经过酸化壳聚糖处理的改性棉织物进行功能整理，得到其最佳工艺参数：茶多酚用量为6%( o.w.f.)、整理液温度为50 ℃、整理时间为60 min、 整理液pH值为6～7；在最佳工艺参数条件下，功能整理棉织物的耐日晒色牢度、耐水洗色牢度与耐摩擦色牢度均达4级以上，且其抗菌及防紫外线性能良好，具有较强的实践价值与市场前景。