羟丙基-β-环糊精包合茶多酚对涤纶织物的复合功能整理

2020-09-17王秋萍王洛豪张瑞萍

印染助剂 2020年8期

王秋萍，王洛豪，戴悦，张瑞萍

（1.南通大学杏林学院，江苏南通 226019；2.南通大学纺织服装学院，江苏南通 226017；3.江苏欣捷衬布有限公司，江苏启东 226221）

近几年，随着人们生活水平的提高和对自身健康的关注，天然抗菌消臭材料在织物保健功能整理中的应用成为热点。茶多酚不仅可以对织物进行染色，而且具有优异的抗菌活性，是天然的抗菌剂［1］，但茶多酚容易氧化［2］，影响功能整理效果，而且颜色变深会影响原色织物的色光。β-环糊精具有独特的疏水空腔结构，可选择性地包合外来客体分子形成稳定的超分子化合物［3］。袁爱琳等［4］用三聚氯氰与β-环糊精反应，再与棉织物进行接枝反应，使茶多酚进入β-环糊精的空腔结构，整理的棉织物具有优良的抗菌性能和抗菌持久性。β-环糊精的水溶性有限，羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）的溶解度较大，目前未见羟丙基-β-环糊精包合茶多酚对涤纶织物进行复合整理的报道。本课题研究了羟丙基-β-环糊精整理涤纶织物后包合茶多酚的工艺，通过单因素实验分析整理效果，以280 nm 处的紫外透射比为指标确定包合工艺。

1 实验

1.1 材料及仪器

材料：涤纶织物（85 g/m2，经纬向密度分别为400、280 根/10 cm，新世嘉家纺有限公司），茶多酚（芜湖天远生物科技有限公司），羟丙基-β-环糊精（山东滨州智源生物科技有限公司），柠檬酸、次亚磷酸钠（分析纯，上海润捷化学试剂有限公司）。仪器：YG(B)912E 纺织品防紫外性能测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司），Datacolor 650 测色配色仪（美国Datacolor公司），PB1 横式压染机、R-3 自动定型烘干机（厦门瑞比精密机械有限公司），01AB-1 电热恒温干燥箱，HH-S 恒温水浴锅（浙江省余姚市检测仪器厂）。

1.2 整理方法

浸轧（羟丙基-β-环糊精20～100 g/L，次亚磷酸钠30 g/L，柠檬酸100 g/L，带液率80%）→焙烘（180 ℃，20 min［5］）→包合（茶多酚2～10 g/L，浴比1∶50，50～90 ℃，30～150 min）。

1.3 测试

紫外透射比和防护系数UPF：用纺织品防紫外性能测试仪测试。

颜色参数（K/S值）：用测色配色仪测试。

耐皂洗性能：按GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行皂洗，比较皂洗前后涤纶织物的紫外透射比。

抗菌性能：委托南通出入境检验检疫局按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3 部分：振荡法》测试。

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，委托上海市出入境检验检疫局使用气体检测管法测试。

2 结果与讨论

2.1 茶多酚溶液的光谱曲线

茶多酚是一类组成复杂、分子质量不同、极性与结构差异很大的多酚类衍生物混合体。由图1 可知，茶多酚在紫外区270～280 nm 处有一个吸收峰。这是由于茶多酚的主要成分为黄烷-3-醇衍生物，其基本结构如下，至少包括A、B、C 3 个环核，酯化后还有D环，为2-苯基苯并吡喃的衍生物［6］。

图1 茶多酚在蒸馏水中的紫外可见吸收光谱

茶多酚主要成分的紫外吸收主要是A 环、B 环中苯环的B 带。因此除了200 nm 附近苯环的E 带吸收外，在紫外区以一个单峰（λmax=280 nm）形式出现［6］。本课题用280 nm 处的紫外透射比间接表示整理后涤纶织物上茶多酚的质量分数，茶多酚质量分数越高，280 nm 处的紫外透射比越小。

2.2 影响茶多酚整理效果的因素

2.2.1 羟丙基-β-环糊精用量

茶多酚属于多酚化合物，对糊精具有亲和性，但开链线状的糊精与茶多酚结合很弱，只有环糊精的疏水性空穴与茶多酚具备强烈的结合能力［6］。β-环糊精独特的疏水空腔结构包合茶多酚可防止其氧化。羟丙基-β-环糊精是β-环糊精的羟丙基化衍生物，与其母体β-环糊精相比，水溶性有很大改善［7］，既能很好地溶解于水中，便于整理到涤纶织物上，又能包合茶多酚，优化对织物的整理性能。HP-β-CD 通常是在NaOH 水溶液中由环氧丙烷与β-CD 反应制备，反应式［7］如下：

由表1 可知，当HP-β-CD 用量为20 g/L 时，透射比为1.70%；随着HP-β-CD 用量增加，透射比下降，因为HP-β-CD 用量增加，包合的茶多酚越多，被氧化的茶多酚越少，K/S值减小，280 nm 处的吸收多，透射比小；当用量为100 g/L 时，透射比降至0.76%，UPF达到100+。故HP-β-CD 用量选择100 g/L。

表1 HP-β-CD 用量对整理效果的影响

2.2.2 包合温度

由表2 可知，70 ℃以下时，随着包合温度的升高，透射比下降，这是由于温度升高，包合的茶多酚增加。70 ℃时包合茶多酚织物的透射比为0.67%，UPF达到100+；超过70 ℃时，随着包合温度的升高，透射比增加；90 ℃时包合茶多酚织物的透射比增加到1.03%，这是由于温度过高，茶多酚氧化加剧；70 ℃时透射比最小，表明此温度下茶多酚的包合量最高，故包合温度选择70 ℃。

表2 包合温度对整理效果的影响

2.2.3 包合时间

包合时间对K/S值、透射比的影响见图2。

图2 包合时间对K/S 值、透射比的影响

由图2 可知，在90 min 以内，随着包合时间的延长，透射比稍下降，这是由于随着时间的延长，包合的茶多酚增加；当包合时间为90 min 时，透射比最低（0.53%）；随着包合时间的进一步延长，K/S值升高，透射比也变大，这是由于时间过长，包合的茶多酚氧化加剧。所以，包合时间选择90 min。

2.2.4 茶多酚用量

由图3 可知，当茶多酚用量在6 g/L 以下时，随着茶多酚用量的增加，K/S值增大，透射比稍下降，这是因为羟丙基-β-环糊精的量不变，包合量一定，随着茶多酚用量的增加，未包合的茶多酚增加，容易氧化。当茶多酚用量为6 g/L 时，透射比最小，表明包合量多，氧化量少，故茶多酚用量选择6 g/L。

图3 茶多酚用量对K/S 值、透射比的影响

2.3 羟丙基-β-环糊精包合茶多酚整理涤纶织物的性能

2.3.1 耐皂洗性能

由表3 可知，羟丙基-β-环糊精包合茶多酚整理织物经皂洗后虽然K/S值和a值下降明显，但是透射比只是稍有降低，因此整理织物的耐皂洗性能较好。

表3 羟丙基-β-环糊精包合茶多酚整理涤纶织物对皂洗性能的影响

2.3.2 抗菌消臭性能

茶多酚可破坏微生物细胞膜的脂质层，因此具有抗菌效果。细胞膜的主要成分是脂质双分子层，其中含有亲水端和疏水端，茶多酚可直接进入脂质双分子层，通过酚羟基与其中的亲水端结合，扰乱细胞膜的脂质双分子结构，破坏保护功能，最终导致细胞膜功能丧失和微生物死亡。

茶多酚的消臭效果源于其独特的结构，其酚羟基可与胺基、氨基等进行缩合、中和反应，消除游离在环境中的异味物质；并且由于茶多酚具有多个酚羟基，也具有与甲醛反应的能力；此外，羟丙基-β-环糊精的空腔本身也能包合或吸附一些臭气分子［8］。由表4 可知，羟丙基-β-环糊精包合法对甲醛的消臭率远低于氨气，原因可能是羟丙基-β-环糊精的空腔结构更容易包合氨气或是茶多酚对氨的消臭活性比对甲醛高。