汉麻织物的微观结构及抗菌性能分析

赵雪静，郭晓玲，潘 琴，乔乐生

(1 西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安710048；2 西安工程大学 功能性纺织材料及制品教育部重点实验室，陕西 西安710048)

0 引言

随着大家生活水平的提高，人们除了关注服装的样式、舒适度，更多的把关注点放在安全和卫生方面。 纤维容易被微生物分解，滋生细菌，一旦外界条件成熟，纤维就会滋长各种微生物，导致织物变色、发霉[1]。 因此为解决这一难题，抗菌制品的研发得到了高度重视，纺织品的抗菌功能整理被广大研究者提上日程，所以生产使人们免受或少受细菌侵害具有抗菌功能的纺织品，成为各专家学者关注和研究的热点。

汉麻属于天然草本植物。 它具有强力高、耐高温、散热快、快速吸湿、导湿[2]，并有天然的防霉抗菌功能， 抗菌功能持久[3]，对人体无副作用。 汉麻纤维中含有抗菌抑菌物质，可以有效地阻碍微生物的侵袭。 此外，汉麻纤维中含有大量的氧气，它可以破坏厌氧霉菌的生存环境。 同时，汉麻韧皮中存在的木质素结构不同于其他纤维，它是一种网状结构，径向形成“纤维束”，表面粗糙，存在许多裂纹和空洞。 汉麻纤维的中腔和纤维表面的缝隙和孔洞相连，同时，“纤维束”个体和“纤维束”群体之间也同样分布着许多缝隙和孔洞[4-6]，这就使得汉麻纤维富含氧气，具有优异的透湿性能，这样就使得微生物的生存繁衍受到限制，难以生存，有效地抑制了微生物的繁衍。

本文测试分析了汉麻织物的微观结构和服用性能，并用振荡法测试其对大肠杆菌的抑菌效果，为研发天然抗菌纺织品提供理论依据。

1 实验部分

1.1 材料试剂和仪器

试验材料： 汉麻织物

试剂： 无水乙醇(天津恒兴化学试剂制造有限公司)，牛肉膏(北京奥博星有限公司)，蛋白胨(北京奥博星有限公司)，琼脂粉(北京奥博星有限公司)，氢氧化钠(天津市登峰化学试剂厂)，无水磷酸二氢纳(天津市致远有限公司)，无水磷酸二氢钾(天津市致远有限公司)。

仪器： 360FT-IR 傅里叶红外光谱仪，场发射扫描电子显微镜，GX-65B 型干燥灭菌箱，恒温摇床，光照摇床，GZX-150BS-Ⅲ型光照培养箱，DSX-280B 型压力蒸汽灭菌器，快速混匀器，超净工作台，电子天平，气流烘干器，电磁炉和相机。

1.2 汉麻织物性能测试

1.2.1 微观结构测试

采用型热场发射扫描电子显微镜对样品的表面形貌进行观察。 并采用Spotlight400 型傅立叶变换红外光谱仪对汉麻纤维的分子结构进行分析。

1.2.2 拉伸性能测试

根据GB/T 3923.1-2013 断裂强力和断裂伸长率的测定步骤[7]，采用YG028H 型织物强力机，将汉麻织物放在温度(20±2)℃、相对湿度(65±2)%的环境中24 h，设置预加张力2 cN ，夹头距离为150mm，拉伸速度100 mm/min，测试其干态和湿态断裂强力。

1.2.3 透湿性能测试

根据GB/T 12704.1-2009 织物透湿性试验方法的测试步骤[8]，将透湿杯放置于规定温度和湿度的密封环境中，经0.5 h 平衡后，称重，随后经1 h后，再次称量其重量。

1.2.4 抗菌性能测试

根据GB/T 20944.3-2008 国标中振荡法规定的测试步骤[9]，分别测试汉麻织物(未洗涤)，洗涤50 次汉麻织物，以及纯棉针织物为对照样，对大肠杆菌的抑菌率：

式中：Y—试样的抑菌率，Wb—对照样活菌浓度的平均值，Wa—抗菌样活菌浓度平均值

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜分析

汉麻纤维在扫描电镜下放大400 倍和2000 倍的纵向形态如图1(a)和图1(b)所示。 由图1(a)和图1(b)可知[10-12]，汉麻织物表面比较粗糙，有明显的竖条纹和横节条纹，横节条纹表面呈现竹节状且粗糙，分布着许多裂纹和小孔，这样就使汉麻纤维具有较多的毛细管道，能够将内部的水分和水汽转移出去，扩散到空气中，同时这些裂纹还可以吸附空气中的水蒸气，这样就使汉麻织物具有优良的吸湿透气性。 由于汉麻这种特殊的结构，使得汉麻纤维制成的织物，能够快速地排出体内的汗液，破坏细菌赖以生存的潮湿环境。 因此，汉麻织物服饰具有吸湿、透气、舒爽等多种功能。

图1 汉麻织物纵向形态的扫描电镜照片

2.2 红外光谱分析

汉麻织物红外光谱特征图如图2 所示。 从图2 中可明显看到1055.59039cm-1和1032.49739cm-1两个吸收峰[13-15]，这两个峰为黄酮类物质特征吸收峰，证明汉麻中含有黄酮类物质，类黄酮是一种具有很强生理活性和药理活性的物质，大部分种类的类黄酮对金黄葡萄球菌和大肠杆菌等的抑菌效果比较明显。 另外在图2 中可以看到1921.57785cm-1到2256.42633 cm-1[16]这一段密集的吸收峰段，这段吸收峰段为汉麻酚类物质的特征吸收峰段，说明汉麻中含有种类较多的汉麻酚类物质，吸收峰段中突出五个高峰又为四氢汉麻酚、汉麻二酚、汉麻环帖酚、汉麻酚、汉麻帖酚的特征吸收峰值[17]，而且这些种类众多的汉麻酚具有有效的杀菌抑菌的作用。

图2 汉麻织物红外光谱特征图

2.3 拉伸性能分析

汉麻织物拉伸测试结果如表1 所示。 从表1可以看出，汉麻织物干态断裂强力为1548 N，湿态断裂强力为1713 N，干态的断裂伸长率为9.06%，湿态断裂伸长率为9.67%。 以上测试结果发现，汉麻纤维干湿态下，纤维的断裂强力有很大差别，湿态断裂强力明显高于干态断裂强力20%～30%。断裂伸长率较低，主要原因是水进入到了纤维的非结晶区，增加了纤维的横截面积，进而增加纤维之间的摩擦力，水扩散到麻纤维的表面并增强界面剪切强度。 此外，在汉麻纤维中，由于大分子聚合度、结晶度和取向度都比较高，大分子很难从结晶区完全抽拔出来，大分子之间横向结合力也更大，因此，汉麻织物的强度相对较大[18]。

表1 汉麻织物透湿性实验记录表

2.4 透湿性能分析

汉麻织物透湿性测试结果如表2 所示。 从表2 可以看出，汉麻织物的透湿率为5415.86g/m2d，说明该汉麻织物具有非常优秀的透湿性能。 主要原因是汉麻纤维属于纤维素纤维，含有大量的极性亲水基团，同时汉麻纤维纵向的裂纹和孔洞，表面存在与中腔连接的毛细通道，导致汗液能够及时疏导到织物表面，这样就使得汉麻织物具有优秀的吸湿性能。

表2 汉麻织物透湿性实验记录表

2.5 抗菌性能分析

2.5.1 抗菌性能

以革兰氏阴性大肠杆菌为代表菌株，根据GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3 部分：振荡法》[19]，对汉麻织物进行抗菌性能测试。从表3 中可以看出，汉麻织物对大肠杆菌的平均抑菌率达到98.82%，已达到GB/T 20944.3-2008 中关于大肠杆菌的抑菌率大于70%的规定[19]，因此，可以看出汉麻具有优良的抗菌性能。

表3 汉麻织物对大肠杆菌的抑菌率

2.5.2 耐久性

洗涤50 次汉麻原布对大肠杆菌的抑菌率如表4 所示。 从表4 中可以看出，洗涤50 次后的汉麻原布依然具有较为优良的抗菌性能，虽然抗菌性能相比未洗涤之前有所下降，但对大肠杆菌的抑菌率均达到90.21%。 汉麻织物优良的抗菌性能来源于汉麻中含有黄酮类物质，类黄酮是一种具有很强生理活性和药理活性的物质，大部分种类的类黄酮对金黄葡萄球菌和大肠杆菌等的抑菌效果比较明显。汉麻又是一种天然草本植物，对人体无副作用。 故汉麻织物具有天然的抗菌、抑菌作用。

表4 洗涤50 次汉麻原布对大肠杆菌的抑菌率

3 结论

(1)汉麻织物的单纤维呈管形，管形的粗细也有一定程度的差别，表面有节，较粗糙，分布着许多裂纹，表明具有优秀的透气透湿性能，光泽柔和，总体来说汉麻织物具有较好的综合性能。

(2)汉麻纤维主要成分为黄酮类物质和汉麻素等成分，使得汉麻织物具有天然的抗菌、抑菌性能。 采用振荡法对汉麻织物进行抗菌性能测试，测试得出汉麻织物对大肠杆菌的抑菌率均达到98.82%。 经50 次洗涤后的其抑菌率依然达到90.21%，说明汉麻织物的抗菌性能优良且持久。