负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物的制备及其性能测试

杨 陈，林燕萍，王晨露

(1.江西服装学院，江西 南昌 330201；2.绍兴文理学院，浙江 绍兴 312000；3.浙江省清洁染整技术研究重点实验室，浙江 绍兴 312000)

全球蚊子种类高达3 000余种，具有分布广、繁殖快的特点，是流行性乙型脑炎、登革热、西尼罗热等多种传热疾病的宿体，给人们的学习、生活与身体健康带来巨大的困扰与隐患[1]。化工技术的进步，使得驱蚊、灭蚊化学合成杀虫剂产品相继被研发出来，给人们生活带来方便的同时也造成了一些问题，如健康安全等。环保与健康意识的增强，使得研究者将研究重点投入到对环境更加友好且更有利于人体健康的天然植物精油驱蚊剂的开发[2-3]。目前，研究者发现如艾叶、青篙、薰衣草、荆芥、薄荷等几十种天然植物精油拥有良好的驱蚊效果，香茅精油更是实现了驱蚊产品的商业化[4]。除显著的驱蚊功能外，天然植物精油还具有很好的消炎抗菌作用[5-6]。实践中，用驱蚊植物精油直接进行驱蚊功能整理后的织物都存在抗菌、驱蚊功能持续时间较短、不耐水洗等问题。本文利用微胶囊技术将青篙精油包覆于明胶中，制备缓释型的抗菌、驱蚊剂并用其对织物进行整理，以期改善上述整理问题，提高织物的驱蚊效果。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

漂白粘胶平纹织物(自制，经纬纱线密度均为18.2 tex，经向密度320根/(10 cm)，纬向密度280根/(10 cm))；青篙植株(干态，市售)；溴化钾、戊二醛、乙酸、硫酸钠、吐温20、司本80、乙醇、硫酸钠、明胶(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；细菌：金黄色葡萄球菌；真菌：黑曲霉(以上细菌与真菌菌种均由东北师范大学生命科学学院实验室提供)。

1.2 仪器与设备

CPA224S型万分之一电子天平(赛多利斯(上海)贸易有限公司)、SF/DHS-225型可程式恒温恒湿试验箱(上海览浩仪器设备有限公司)、DHG-9030AD型高温烘箱(北京恒泰丰科试验设备有限公司)、INSTRON5590型万能材料试验机(美国英斯特朗公司)、DP-FTIR-650型傅里叶红外光谱仪(美国DESIGNS & PROTOTYPES公司；分辨率1.5 cm-1)、EVO18型蔡司扫描电镜(卡尔·蔡司股份公司)、DJ-04BDDJ-04型中药粉碎机(上海淀久中药机械制造有限公司)、WSB-3A型智能式数字白度仪(温州际高检测仪器有限公司)、SW-24A-I型耐洗色牢度试验机(温州方圆仪器有限公司)、HP-02型真空抽滤装置(上海领德仪器有限公司)、RE52-98型旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)、YG541E型全自动激光织物折皱弹性仪(宁波纺织仪器厂)、FAST织物风格仪(澳大利亚联邦科学院)。

1.3 实验方法

1.3.1 青篙油的提取

青篙植株清洗干净，在60 ℃烘箱中烘干后，粉碎至250～380 μm粉末；称取青篙干粉50 g置于300 mL无水乙醇中，密封静置24 h；用医用纱布初次过滤后，使用真空抽滤再次过滤，所得淡黄色油脂即为青篙挥发油(以下简称青篙油)[7]；利用旋转蒸发器蒸发掉溶剂中的乙醇，即制备青篙油粗油，浓缩待用。

1.3.2 负载青篙油微胶囊的制备

由文献[8]中的测试结论可知，当青篙油微胶囊芯壁比为2∶1时，微胶囊粒径较小且均匀，对粘胶织物进行驱蚊整理后，粘胶织物不仅保持了其服用性能，也兼具较佳的驱蚊效果。基于此，本文制备芯壁比为2∶1的核壳结构青篙油微胶囊，但调整青篙油微胶囊所用壁材，旨在提高微胶囊缓释性，具体制备工艺如下：明胶在蒸馏水溶胀1 h后配置质量分数为5%的明胶蒸馏水溶液；取一定量青篙油加入明胶溶液，搅拌使其充分离散，乳化；配置硫酸钠溶液(200 g/L)，并以2.5 mL/min的速度滴入不停搅拌的明胶乳液中，使明胶完全沉积在青篙油表面；冰浴使溶剂反应体系温度降至5 ℃；调节pH值至9，使用戊二醛溶液(体积分数37%)使其交联、硬化；乙醇清洗3次经离心上述悬浮液获取青篙油微胶囊后，使用5 ℃蒸馏水再次清洗；将清洗干净的青篙油微胶囊喷雾干燥待用。

1.4 负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物制备工艺

制备工艺流程：配置负载青篙油微胶囊整理液→二浸二轧(轧余率80%)→预烘(温度90 ℃，时间2 min)→焙烘(温度110 ℃，时间4 min)→清洗→烘干。

1.5 性能测试

1.5.1 织物服用性能测试

测试青篙油微胶囊整理前后粘胶织物的服用性能。力学性能：参照GB/T 3923.1—1997《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》进行测试；白度：参照GB/T 8424.2—2001 《纺织品 色牢度试验 相对白度的仪器评定方法》进行测试；折皱回复性能：参照GB/T 3819—1997 《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》进行测试；回潮率：参照GB/T 9994—2018《纺织材料公定回潮率》进行测试；光滑度：依据FAST织物风格仪测试说明进行测试换算。根据5项指标变化分析青篙油微胶囊对粘胶织物的最佳整理工艺。

1.5.2 微观形貌观察

经最佳整理工艺整理的青篙油微胶囊抗菌驱蚊粘胶织物与未经整理的粘胶织物利用EVO18蔡司扫描电镜进行微观形貌观察，喷金时长120 s。

1.5.3 分子结构性能测试

将经最佳整理工艺整理的青篙油微胶囊抗菌驱蚊粘胶织物与未经整理的粘胶织物剪碎成沫状后，与溴化钾充分混合、碾磨，制成溴化钾压片；利用红外光谱仪对压片试样进行测试，测试参数：波数范围4 000～400 cm-1，分辨率1.5 cm-1。

1.5.4 抗菌性能测试

利用磷酸盐缓冲液分别洗去肉汤培养基上的金黄色葡萄球菌细菌菌台与马铃薯培养基上的黑曲霉真菌菌台；经充分震荡，使细菌菌种与真菌菌种分别分布在悬浮液中后将悬浮液稀释至5×104cfu/mL。将经最佳整理工艺整理的青篙油微胶囊抗菌驱蚊粘胶织物与未经整理的粘胶织物裁剪成5 mm×5 mm方形，称取3 g分别投入到装有100 mL不同菌种的悬浮液中，在室温条件下细菌充分震荡12 h，真菌充分震荡24 h后，记下菌落数Ma；利用式(1)计算各菌种的抗菌率。该试验重复操作5次，取平均值。将负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物在耐洗色牢度试验机皂洗5次、10次后再按照上述步骤测试负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物的抗菌性能。

(1)

式中：Ma为负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊粘胶织物加入后菌落数；M0为未经整理粘胶织物加入后菌落数。

1.5.5 驱蚊性能测试

参考文献[9]：制作驱蚊实验装置如图1所示。将经最佳整理工艺整理的青篙油微胶囊抗菌驱蚊粘胶织物与未经整理的粘胶织物分别置于A、C腔中，50只雌性伊蚊置于B腔；去除隔板10 min后通过A、C腔2腔中伊蚊数量计算负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物的驱蚊率，计算公式见式(2)。将负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物在耐洗色牢度试验机皂洗5次、10次后再次按照上述步骤测试负载青篙油微胶囊抗菌驱蚊织物的驱蚊性能。

(2)

式中：NA为A腔伊蚊数量，只；NC为C腔伊蚊数量，只。

图1 驱蚊实验装置示意图

2 结果与讨论

2.1 最佳整理工艺分析

2.1.1 青篙油微胶囊整理液质量浓度的影响

青篙油微胶囊整理液质量浓度对粘胶织物整理性能影响的测试结果见表1。

表1 青篙油微胶囊整理液质量浓度对粘胶织物整理性能影响

由表1可以看出，随青篙油微胶囊质量浓度的增加，粘胶织物的断裂强力、断裂伸长率、回潮率均有不同程度的提高，折皱回复角、白度、光滑度均有不同程度的下降，这是由于青篙油微胶囊整理使得粘胶织物形成了一层固态膜，青篙油微胶囊质量浓度的不断增加使得膜的厚度不断增加，从而致使整理后的粘胶织物力学性能提高，折皱回复性能下降；同时由于整理液白度没有原漂白织物高，随着整理液中青篙油微胶囊质量浓度的增加，织物白度下降；青篙油微胶囊壳材料是明胶，明胶回潮性能优于粘胶，因此随青篙油微胶囊质量浓度的增加，织物回潮率不断上升；整理后，青篙油抗菌驱蚊微胶囊覆盖在织物的表面，造成织物光滑度下降，且随着青篙油微胶囊质量浓度的增加而不断下降。另一方面，当青篙油微胶囊质量浓度超过40 g/L时，力学性能与回潮率增加幅度减小；折皱回复角、白度、光滑度3项指标随青篙油微胶囊质量浓度增加，减小幅度较小；由此可确定，青篙油微胶囊对粘胶织物最佳整理质量浓度为40 g/L。

2.1.2 焙烘时间与焙烘温度的影响

焙烘时间与焙烘温度对粘胶织物整理性能影响的测试结果分别见表2、3。可以看出，焙烘时间与焙烘温度对粘胶织物整理性能影响大致相似，当焙烘时间低于4 min或当焙烘温度低于110 ℃时，断裂强力、断裂伸长率、回潮率随时间或温度的增加而增加；当焙烘时间高于4 min或当焙烘温度高于110时，断裂强力、断裂伸长率、回潮率随时间或温度的增加而降低；折皱回复角与白度的变化趋势和力学性能与回潮率的变化相反；织物光滑度随焙烘时间与焙烘温度的增加持续降低。上述指标变化原因是由于焙烘时间过长或焙烘温度过高使得青篙油抗菌驱蚊微胶囊的壳材料明胶发生了一定程度的裂解和外型结构变化，致使青篙油流失，微胶囊芯壁比例发生变化；同时，相比低于4 min的焙烘时间与110 ℃的焙烘温度，当超过4 min的焙烘时间与110 ℃的焙烘温度时，上述指标变化幅度减小。基于此，可确定青篙油微胶囊对粘胶织物最佳整理焙烘时间为4 min，焙烘温度为110 ℃。

表2 焙烘时间对粘胶织物整理性能影响的测试结果

表3 焙烘温度对粘胶织物整理性能影响的测试结果

由以上分析可知，青篙油微胶囊对粘胶织物最佳的整理工艺为：质量浓度40 g/L，焙烘时间4 min，焙烘温度为110 ℃。

2.2 微观形貌观察

粘胶织物经青篙油微胶囊整理前后微观形貌见图2。可以看出，粘胶织物经过青篙油微胶囊整理后，织物表面覆盖一层青篙油微胶囊。从图2(b)右上角5 000倍的放大截图可以看到青篙油微胶囊多以团簇形式存在于粘胶纤维的沟槽中，形成这种现象一方面是青篙油微胶囊自身表面张力，另一方面是由于青篙油微胶囊与粘胶织物间的结合力。青篙油微胶囊的这种分布方式提高了织物的比表面积，减少了纤维间的强力弱环，提高了织物的力学性能与回潮率，降低织物了折皱回复角、白度与光滑度，这也验证了上述织物指标在测试中的变化。

图2 粘胶织物青篙油微胶囊整理前后微观形貌(×500)

2.3 分子结构性能分析

图3 粘胶织物经青篙油微胶囊整理前后红外光谱曲线

2.4 抗菌驱蚊性能分析

水洗次数对青篙油微胶囊整理粘胶织物抗菌驱蚊性能影响的测试结果见表4。可以看出，未经水洗的青篙油微胶囊整理粘胶织物对金黄色葡萄球菌抗菌率为88.31%，对黑曲霉抗菌率为17.75%，对细菌的抗菌性能优于真菌，这是由于青篙油中含有高达41.8%的1,8—桉叶素，其对革兰氏阳性菌具有较好的抑杀效果，在相同浓度下对真菌的敏感性要差很多。整理后的粘胶织物在未经水洗条件下的驱蚊率高达85.95%，这是由于青蒿油中含有一定量的黄酮类化合物、半萜内脂化合物、樟脑、青蒿酮等，这些物质对蚊虫均有一定的驱杀作用[10]。经过10次水洗后，负载青篙油微胶囊驱蚊织物对金黄色葡萄球菌抗菌率与驱蚊率仍达到原有效果的78.73%与63.49%，验证了该整理工艺对改善织物抗菌与驱蚊性能缓释性的可行性。

表4 水洗次数对青篙油微胶囊整理粘胶织物抗菌驱蚊性能影响的测试结果

3 结 论

①固定青篙油微胶囊对粘胶织物整理中的青篙油微胶囊质量浓度、焙烘时间与焙烘温度3个指标中的2个，对另一个进行变量分析得出青篙油微胶囊对粘胶织物最佳整理工艺为：青篙油微胶囊质量浓度40 g/L，焙烘时间4 min，焙烘温度110 ℃。经该工艺整理，提高了织物的力学性能与回潮率，但使织物折皱回复角、白度与光滑度出现一定程度的降低。

②扫描电镜照片观察可知织物整理后表面覆盖一层青篙油微胶囊，红外光谱曲线测试证实整理后织物表面过氧基团的倍半萜化合物的存在，均直接证明了整理后织物表面青篙油微胶囊的存在。负载青篙油微胶囊驱蚊织物对金黄色葡萄球菌抗菌率为88.31%，驱蚊率为85.95%，经过10次水洗后，对金黄色葡萄球菌抗菌率与驱蚊率仍达到原有效果的78.73%与63.49%，验证了该整理工艺对改善织物抗菌与驱蚊性能缓释性的可行性。