染整工艺对麻纤维抗菌性能的影响

杨 策 阴建华 张 维

（1.河北科技大学，河北石家庄，050018；2.河北省纺织服装技术创新中心，河北石家庄，050018）

纺织品中的细菌等微生物会导致纺织品出现发霉、变色、降解等问题，还会刺激人体皮肤，诱发多种皮肤疾病。目前市场上的抗菌纺织品多是通过抗菌剂对纺织品进行整理，从而获得抗菌效果。随着“十四五”规划“绿色发展”“健康中国”“智能制造”发展纲要的提出，开发更为环保、健康、高效的抗菌纺织品，是一个亟待解决的问题。

作为天然系抗菌纺织品，麻纤维及其产品的安全性能很高，不会产生有毒有害物质，更不会造成环境污染，具有吸湿透气、抑菌防霉、防紫外线、防静电等天然性能，目前亚麻、苎麻、汉麻、罗布麻等已广泛应用于服装、家居、军队等场合［1-3］。

明确麻类纤维的抗菌机理，提高麻类产品的抗菌性能，对进一步开发和推广麻类天然抗菌纺织品具有重要的指导意义和参考价值，有利于促进麻纺织业的可持续发展，符合绿色环保的时代发展要求。

1 麻纤维结构及化学组成

麻纤维的抗菌机理与其形态结构特征、化学成分密切相关。不同种类的麻纤维，其抗菌机理有共同之处，同时因其化学成分不同也呈现出不同之处。

1.1 形态结构

不同种类的麻纤维纵向及横截面的结构特征不完全相同，但其共同特征是内部存在大量的空腔及孔隙，如罗布麻纤维表面光滑无转曲，单纤维两端封闭，截面呈明显不规则腰圆形或椭圆形，胞壁较厚且中间有较小空腔；亚麻纤维粗细均匀，其截面特征随麻茎部位不同而不同，麻茎中部纤维截面为多角形，纵向几乎无扭曲，有明显、清晰的横节，空隙大、孔洞多，还有特殊的果胶质斜扁孔结构［4-5］；汉麻纤维比表面积大、孔洞大、空隙多、孔隙率高，纤维束内部和纤维束群体之间也分布着许多空隙和孔洞［6］；苎麻纤维的纵向表面形态为圆筒形或扁平形，纤维横截面为椭圆形且横截面积在其长度方向上的变化很大，苎麻纤维有沟状空腔，管壁多孔隙，具有筛孔状结构。不同种类麻纤维的孔隙结构使得纤维内部富含氧气，能对厌氧菌的生长起到抑制作用，表现出一定的天然抗菌性。

1.2 化学成分

1.2.1 果胶

麻纤维多由纤维素、半纤维素、果胶、木质素、脂蜡质、水溶物、灰分等组成［7］，各类麻纤维的成分及含量如表1所示。

表1 各类麻纤维的成分及含量

研究发现：麻纤维中的果胶会对麻纤维的抗菌性能产生影响［8-9］。不同种类的麻纤维果胶含量不同，即便同一种类的麻纤维也会因生长地域及成熟期的不同而果胶含量不同，果胶含量越高，纤维抗菌性越好。从表1中可以看出，罗布麻韧皮组织中果胶含量在各类麻纤维中居于首位，为6%~14%［10］。罗布麻和汉麻的果胶含量明显高于苎麻和亚麻，这也是罗布麻和汉麻较苎麻和亚麻抗菌性能更好的原因之一。

1.2.2 其他抗菌化合物

通过对麻纤维的化学成分进行分析，麻纤维中还含有一定成分的黄酮类、酚类、甾体类等化合物，这些化合物均具有一定的抗菌作用［11-12］。

1.2.2.1 黄酮类成分

黄酮类化合物可破坏微生物细胞壁及细胞膜的完整性，使微生物菌体扭曲变形，改变细胞膜通透性引起细胞质损伤，进而细胞壁破裂，内容物外漏，直至成为空壳或分解为颗粒状残渣。此外，黄酮呈弱酸性，能使部分蛋白质凝固或变性，也有杀菌和抑菌作用。

亚麻、汉麻、苎麻、罗布麻均含有一定成分的黄酮类化合物。李明华［13］采用现代分离技术（如硅胶柱层析、高效液相色谱等）从罗布麻原麻提取物中分离得到的黄酮类化合物为槲皮素、山萘酚、异槲皮素、金丝桃甙、木犀草素。研究表明：除了金丝桃甙、异槲皮素外，其他三种都对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有抑制作用。张洁［14］对汉麻纤维黄酮类化合物进行提取，发现提取后的汉麻纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率比提取前有所降低。

1.2.2.2 酚类成分

汉麻纤维中还含有抑菌成分汉麻酚类化合物，汉麻酚类化合物水溶性差，是一种非溶出性的、天然的抗菌物质，使得汉麻纤维抗菌性能更加持久［15］。汉麻中的酚类物质能阻碍霉菌代谢作用和生理活动，破坏菌体结构，促进细胞原生质体的解体和细胞壁损坏等，最终抑制微生物的生长和繁殖［16］。

亚麻纤维中的着色物质叶黄素、叶绿素等含有丹宁，丹宁又称鞣酸类物质，其主体是多价酚，可使蛋白质、生物碱沉淀，具有抗菌作用，因此有研究者认为，纤维细胞中残存的色素也可能是亚麻纤维具有抗菌性能的原因之一［17-18］。罗布麻茎中也含有鞣酸类物质，同样也对罗布麻纤维抗菌性能产生影响［19］。

在麻纤维的加工过程中，尽管部分酚类物质会被除去，但仍有微量化学结构稳定的酚类物质即使经染整加工，还会嵌入在纤维素基质中，与纤维素和木质素牢固地结合，使麻纤维仍保留了一些抗菌性能，微量的汉麻酚类物质的存在就足以灭杀霉菌类微生物。

1.3 其他

不同品种麻纤维的抑菌率不同。不同的生长期、地域、种植密度，以及同一植株不同部位的化学成分也有所区别，对其抗菌性能也有影响［20］。采用振荡法对几种不同产地、不同品种麻纤维的抗菌性能进行研究，发现产地和品种对麻纤维抗菌性能都有影响。有研究表明，亚麻能散发出对细菌有很强抑制作用的香味，苎麻不仅含有抗菌性能的麻甾醇等有益物质，还含有叮咛、嘧啶、嘌呤等成分，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌有一定的抑制作用。

对于罗布麻的抗菌机理，XU X等［21］针对罗布麻中的抗菌化合物经过化学脱胶后如何留在纤维中提出了一种转化沉积假说：罗布麻中具有抑菌活性的成分会转化为不溶性的产物沉积在纤维中且新的衍生化合物保留了抑菌活性。罗布麻的抗菌性与不溶于水的多酚类衍生物存在密切相关，抑菌能力从高到低依次为类黄酮衍生物、多酚衍生物、类黄酮、丹宁。

2 染整工艺对麻纤维抗菌性能的影响

2.1 脱胶

麻纤维中的半纤维素、木质素、果胶等成分会影响麻纤维的可纺性，脱胶是麻纤维加工过程中的重要环节。麻纤维胶质中含有抑菌物质，脱胶过程会使麻纤维的天然抑菌性能随着果胶含量的降低而减弱［22-23］，且不同的脱胶工艺和加工程度对麻纤维的天然抑菌性能也会产生影响［24］。采用草酸铵-复合酶法脱胶比传统化学法、化学-生物酶法脱胶的麻纤维抑菌率高［25］。

2.2 染色

棉、麻等纤维素纤维因染色工艺较简单，所以常用直接染料、活性染料、植物染料染色［26］。

2.2.1 染料种类

麻纤维种类、染料种类以及染料浓度等会对麻纤维的抑菌率产生影响。章黎［27］采用直接金黄2GL-A染料、活性染料-红3BS5、合成靛蓝染料及植物靛蓝染料对汉麻纱线进行染色性能测试，随染料浓度增加，除植物靛蓝染料由于具有一定抗菌性使得纤维抑菌率会有所提高外，其余染料制得的汉麻纱线抑菌率呈下降趋势。邢江元等［28］65采用活性藏青BES、直接黄R对经草酸铵-复合酶法脱胶并漂白的汉麻纤维进行染色后，抑菌率分别为45.87%、44.73%，抑菌率远远低于染色前的83.26%。王满华等［29］采用香樟叶植物染料对苎麻织物进行染色，染色后苎麻具有较强的抗菌性能，抑菌率为87%左右。张晓芳等［30］采用植物染料对不同比例罗布麻混纺织物染色，研究表明织物抗菌性随罗布麻纤维含量增加而增加，采用植物染料染色后，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌率分别达到了97%、97%、82%。

麻纤维采用化学染料染色后抑菌率较染色前低，且随着染料浓度增加抑菌率呈下降趋势。相比于化学染料，植物染料有一定的抗菌性能，植物染料染色后抗菌性能较好，随染料浓度增加抑菌率会稍有增加。

2.2.2 染料助剂

染色过程中用到的NaCl，Na2CO3，NaOH等染色助剂会造成麻纤维中抗菌成分的流失，对麻纤维的抗菌性能产生不同的影响，影响程度从大到小依次为NaOH、Na2CO3、保险粉、渗透剂，随着染料助剂用量增加抑菌率呈下降趋势。邢江元等［28］66采用15 g/L Na2CO3、NaOH和NaCl水溶液在60 ℃处理汉麻纤维，抑菌率分别下降了39.55%、100%和21.67%，得出NaOH对大麻纤维抗菌性能的影响最大，Na2CO3次之，NaCl影响最小的结论，且随着染料助剂用量增加抑菌率呈下降趋势。

3 抗菌整理对麻织物抗菌性能的影响

近年来，由于各类传染病频发，人们对纺织品的抗菌、抑菌需求急剧增加，纺织品抗菌整理可以分为物理抗菌整理和化学抗菌整理。

3.1 物理抗菌整理

物理抗菌整理是指采用物理作用（如微波、超声波等）对织物进行处理，主要包括电磁辐射整理和微波辐射整理［31］。电磁辐射整理是利用高能量的电磁波，破坏细菌的细胞壁和细胞膜，破坏细胞内的核酸和氨基酸，导致细菌死亡，使织物具有抗菌功能［32-33］。微波辐射整理是通过微波辐射产生的热能和非热能效应作用于微生物，破坏细胞膜和细胞壁结构的功能，使微生物死亡，从而达到抗菌效果［34］。

目前一些公司对织物进行远红外辐射源物理抗菌整理，无化学成分添加且使织物具备持久的抗菌作用，例如通过光子宽频抗菌技术对织物进行处理，可达到5A级抗菌效果且抗菌效果持久。物理抗菌整理具有工艺简单、成本低、抗菌性好等特点，受到了越来越多的关注。

3.2 化学抗菌整理

除了应用物理抗菌剂整理之外，化学方法多用于麻织物的抗菌整理。常用的抗菌整理剂根据其成分组成和抗菌原理，大致分为无机抗菌剂、有机抗菌剂和天然抗菌剂3类［35］。

3.2.1 无机抗菌剂

无机抗菌剂成分稳定，主要是利用银、铜、钛等金属及其离子的杀菌或抑菌能力制得的抗菌剂［36］。

曾婵娟等［37］用壳聚糖络合铜、锌离子整理剂通过浸渍+微波的整理工艺对苎麻纤维进行抗菌整理，抑菌率达到90%以上。魏帅男［38］将纳米银溶胶对亚麻织物进行整理，发现其中的丝胶蛋白能有效增强亚麻织物的抗菌性能，经该工艺处理的氧化亚麻织物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率均大于99%。

3.2.2 有机抗菌剂

有机抗菌剂的种类繁多，根据其分子结构可大致分为季铵盐类、卤化物类、酚类等［39］。

孙萍［40］合成的两种新型卤胺化合物前驱体，一种是含有季铵基的新型三嗪类卤胺前驱体DMTAT，另一种是含有季铵基的新型不饱和双键类卤胺前驱体DMPOA， 经DMTAT改性并氯化的亚麻织物可在5 min内杀灭100%的金黄色葡萄球菌，1 min内杀灭100%的大肠杆菌；DMPOA改性并氯化亚麻织物可在1 min内杀灭100%的金黄色葡萄球菌和100%的大肠杆菌。

张淑敏等［41］合成了一种季铵盐抗菌剂：2-二甲基-2-十六烷基-1-甲基丙烯酰氧乙基溴化铵（DEHMA），对采用该抗菌剂整理后的涤纶织物进行抗菌测试。结果表明：经DEHMA整理后的涤纶织物表现出优异的抗菌性能，整理后的涤纶织物在与细菌接触1 min即可杀死100%的金黄色葡萄球菌及大肠杆菌，抑菌率可达100%。

3.2.3 天然抗菌剂

天然抗菌剂主要是从黄芩、大黄等植物中提取抗菌剂以及从含有甲壳素的螃蟹、虾等动物中提取的壳聚糖。

中草药黄芩中有一种属于黄酮类物质的有效抗菌成分黄芩甙［42］，穆学慧等［43］用其对涤麻织物进行抗菌整理，整理后的抑菌率为：大肠杆菌98.9%、金黄色葡萄球菌98.0%、白色念珠菌82.9%、红色毛癣菌84.3%。周静等［44］对苎麻织物进行壳聚糖整理，整理后的苎麻显示出了很好的耐久抗菌性，且随着壳聚糖浓度的增大，苎麻的抗菌性能也随之增强。

4 结语

麻纤维的种类、产地、形态结构、化学成分不同，其抗菌性能也会有所区别。在麻纤维天然抗菌性能的基础上，采用天然抗菌剂、物理抗菌整理、植物染料染色等方法，可有效降低麻纤维生产加工过程中抗菌成分的流失，进一步提高麻织物的抗菌性能，是绿色环保麻型纺织品开发的理想途径。随着绿色循环经济的发展和绿色生产技术的不断进步，体感柔软舒适、抗菌性能、吸湿透气性能、抗皱性能优良的棉麻、丝麻等麻类产品将会是未来产品开发的热点。