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植物抗菌剂在纺织品上的抗菌整理研究

 2014-06-10 10:47:35 浏览量:28

 

1 引言

自然界的循环中,各种细菌微生物的存在给人类的生产生活带来很大的影响,许多纺织品容易受到细菌的侵蚀,某些致病菌可以侵入人体使健康受到威胁,甚至威胁生命。人类皮肤上也潜伏着很多细菌,一旦皮肤受到损伤,这些细菌就会趁虚而入,造成感染发炎化脓等伤害。据报道:1999年仅美国每年就有600万至8100万疾病案例和高达9000个死亡案例要归因于饮食所带来的病原体感染。1995年全世界因细菌传染造成死亡的人数约1700万,占当年死亡总人数(约5200万)的32.7%[1,2]。

合成抗菌剂的广泛应用,解决了纤维的抗菌性问题,给印染生产带来了巨大的进步。但它也产生了一系列的问题,给人类的生存环境带来了严重污染。有些抗菌剂有很大毒副作用,像金属离子汞、银、铜、铅等会对皮肤有致癌性。印染厂废水的排放,严重污染江河,使清澈的河水变得乌黑,江河中很多生物因污染致死,鱼虾等大量减产。人类饮用水源严重污染,工业发达的城市,癌病发病率也高。天然抗菌剂在生产及应用过程中无毒无害,对皮肤无过敏性和致癌性。具有较好的生物可降解性和环境相容性。

随着社会的发展和科学技术的进步,人类面临的生存环境日益恶化,抗菌始终是人们保障健康的重要任务,人们期待着恢复人体治愈能力的自然疗法,期待着能恢复健康,提高免疫力的功能性纺织品的出现。所以,植物抗菌剂的研究与开发对人类的生存有着极其重要的意义。

2 植物抗菌剂的种类及其研究现状

2.1 植物类抗菌剂

国内关于植物染料在纺织品中的染色及合成抗菌剂在织物上的应用研究比较多,大连化学物理研究所、北京服装学院和苏州大学等单位均有研究人员在从事天然染料如大黄、甘草、黄芩、黄连、栀子、紫草、姜黄、儿茶、桑葚、苏木等染色方面的研究。但是从天然植物中提取出来的抗菌成分在纺织品中的抗菌整理研究,国内的研究甚少。国外如日本对天然抗菌剂研究得比较多,其植物类主要分为以下几类[3]。

2.1.1 芦荟

芦荟为百合科植物,有300多种,它大致可以分为药用和观赏2种,如向阳芦荟、页岩芦荟和针舌芦荟等。有药效成分的芦荟,已应用于医药、化妆品和保健食品。芦荟的药效成分主要包括多糖类成分和酚类成分2种。其中起主要作用的芦荟素具有抗菌消炎和抗过敏等作用。近年来,芦荟提取物作为抗菌剂刚开始用于织物。日本东洋纺以“清洁革命”为目标的系列产品中,就有用芦荟提取液作抗菌剂的。日本大和纺公司推出的抗菌防臭剂Berbtrit中含有芦荟、艾蒿、苏紫等萃取物。因其有天然中草药组合而成,除了抗菌作用,对皮肤也有一定的护理作用。

表1 芦荟的药效成分及作用

主要成分

作用

多糖类成分

坝巴苷

抗炎症,抗变态反应

Alboran A.B

抗癌,降低血糖

Akrotin A

抗癌

粘蛋白 芦荟甘露聚糖

保湿性,防止皮肤粗糙

酚类成分

芦荟素 芦荟酸

芦荟大黄素

抗炎症,抗变态反应,美白肌肤

抗菌防霉,解毒

芦荟乌搔素

抗变态反应,抗溃疡,治愈烧伤

Allonichin

抗癌

2.1.2 甘草

甘草是豆科多年生草本植物,产地主要为中国、阿富汗等。它在中药中常作生药,是早被人们所认知的药草。甘草的主要成分是有甜味的甘草甜素,它的甜味是蔗糖的150倍,酸解后生成甘草次酸,葡萄醣醛酸和类黄酮配糖物等。它有抗炎症、抗变异反应、抗溃疡和解毒等作用。其毒性小,对人体安全。日本大和纺公司的抗菌防臭剂Amaxan就是利用甘草的天然成分甘草甜素酸二钾制成,其特点是抗过敏、抗炎症、抗发痒等。

2.1.3 桧柏油

桧柏油可由桧柏蒸馏而得,为浅黄色油状物,由2种组份组成,即作为香精原精的倍半萜烯类化合物的中性油和具有抗菌活性的酚类酸性油。酸性油中含桧醇(或称日柏醇),中性油主要成分为斧柏烯。 桧柏油的抗菌机理是分子结构上有2个可供配位络合的氧原子,它与微生物体内蛋白质作用使之变性。它抗菌面广,尤其对真菌有较强的杀灭效果,其急性毒性LD50为1500mg·Kg-1(小鼠口服),皮肤刺激性为准阴性。日本三木理研工业的Nonbol OH Retine和Union化学工业的UNIKA MCAS-25均是由桧柏油微胶囊制成的抗菌织物。

2.1.4 艾蒿

艾蒿为一种菊科多年生草本植物。在端午节悬挂艾蒿以驱虫防病为我国传统习俗。艾蒿的气味有稳定情绪、松弛身心的镇定作用。艾蒿的主要成分有1,8-氨树脑、α-守酮、乙酰胆碱、胆碱等,它们具有抗菌消炎、抗过敏和促进血液循环的作用。

表2 艾蒿的药效成分及作用

主要成分

作用

1、8-氨树脑

防衰老,抗炎症,抗变态反应,促进血液循环

α-守酮

抗菌防腐,稳定情绪

乙酰胆碱 胆碱

调整血压、神经传递等各种主要生理作用

叶绿素 多糖类 矿物质

扩张末梢血管,抗变态反应

日本Unitika公司的产品Evercare就是由艾提取物吸附在多孔的微胶囊状无机物中制得的。日本还有以艾染色的布,来制作患变异反应性皮炎患者的睡衣和内衣。

2.1.5 蕺菜

蕺菜,俗名鱼腥草,为泊草科多年生草本植物,蕺菜叶、茎部分的药用成分主要含有癸酰基乙醛、甲基壬基酮月桂酸。它对葡萄球菌、线状菌抗菌作用强。因其安全性高,用于织物保健舒适加工剂。日本大和纺公司的天然抗菌剂Herbcare和日本Patatiumuu化学公司的抗菌剂Paraglas都含有蕺菜提取物。

表3 蕺菜的药效成分及作用

主要成分

作用

癸酰基乙醛 甲基壬基酮 月桂酸

抗葡萄球菌(化脓病)、线状病(白癣、顽癣、水疱疹)等

黄酮系成分 栎苷 异栎苷

有利尿、缓泻作用,可使脆弱的毛细血管变结实

矿物质 钾 叶绿素

有调整生物功能的作用,消肿、再生肉芽组织

2.1.6 茶叶

中国是产茶大国,从中部到西南、东南地区广泛栽培。茶叶中含有多种化学成分,主要有多酚类化合物,生物碱(咖啡碱)、儿茶素等。研究表明,儿茶素对链球菌、金黄色葡萄球菌等微生物有抑制作用。它还能抑制酪氨酸脱羧酶的活性。此外,它还有许多药用功能如抗病毒、杀真菌、解毒抗癌等。日本“敷纺”公司从天然茶叶中制取儿茶素处理加工棉织物,加工出具有高抗菌防臭功能的产品“切巴夫兰秀”;“大和纺”公司也用这种儿茶素来处理加工出具有防臭抗菌功能的棉制品“卡坦库林”,本爱克司纶公司开发的天然抗菌纤维是将茶叶中的天然抗菌成分混入纤维中,以制成抗菌腈纶地毯。也有学者在研究用茶叶残渣的提取物染羊毛。

表4 茶叶的药效成分及作用

主要成分

作用

咖啡碱

扩张血管、强心、利尿、解毒,增进神经系统作用,提神醒脑,恢复疲劳

多酚类物质

调节血管渗透性,降低血压,杀菌消炎

儿茶素

可解除一些放射性物质的伤害

2.1.7 石榴皮

石榴为石榴科落叶灌木,原产伊朗,果皮可入药,其萃取物有抑制胶原酶活性,可开发消费性能高的生态学抗菌织物,并且其色素成分既可作为棉织品的直接染料用,又可抗菌整理。日本都立卫生研究所的实验结果表明,染色浓度在50%(按织物重)以上,石榴染色具备符合卫生加工协会评定标准的抗菌力和耐久性。此外,在染色牢度方面符合JIS浴用毛巾的染色牢度标准。因此,日本正在把石榴作为不污染环境的生态学抗菌整理剂来开发[4]。

2.1.8 其它植物类

其它很多植物都有一定的抗菌性,如黄芩、黄连、黄柏、苏木、茜草、菊花、紫草、芥末提取物、辣椒、大蒜[5]等,需要我们更多地去挖掘和研究它们。

3 中草药抗菌整理机理

中草药在织物上的抗菌整理机理主要归结为以下几类:

(1)Krakauer等认为黄芩苷减轻金黄色葡萄球菌外毒素诱发的病理损害,可能是通过阻断细胞的信号通讯通路而发挥作用[6]。

(2)抗菌物质从纤维中溶出,扩散至微生物细胞内,破坏细胞内的蛋白质结构,引起细胞的代谢障碍。例如,桧醇分子结构上有两个可供配位络合的氧原子,它与微生物体内的蛋白质作用而使之变性[7]。

(3)具有正电荷性的抗菌剂与构成微生物细胞壁的唾液酸磷脂等阴离子互相吸引,束缚了微生物自由度,阻碍了其代谢、繁殖。

(4)抗菌剂作用于细菌细胞核蛋白质的子单位30秒以上,阻碍间核糖核酸的密码因子和特核糖核酸的反密码因子的相互作用,使其合成异常蛋白质而致死,这对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性杆菌都有效。

4 抗菌剂标准

对于纺织品的抗菌剂除了具有安全性、高效广谱的抗菌性和耐久性外,它需要对染料色光、牢度以及纺织品的风格和穿着服用性能不能有负面影响,同时应该与常用的纺织助剂有良好的配伍性。

一般应满足以下几种安全性试验:1、急性口服毒性试验,实验动物为小白鼠以50%的致死量(LD50)表示其毒性值,基准是LD50要大于1000mg·Kg-1。2、皮肤刺激性试验,以兔为实验动物,考察兔皮肤对样品的发炎、红斑、浮肿等反应,基准为一次刺激性为0~2弱刺激性。3、过敏性试验,以鼠为实验动物,注射后观察皮肤变化。对照阴性对照组,基准以阴性为准[8]。

5 天然抗菌剂的特点

植物抗菌剂与合成抗菌剂相比,具有很多优点:

1、无毒无害,对皮肤无过敏性和致癌性。具有较好的生物可降解性和环境容性。

2、环保。它取自天然的植物,不是化学合成,其提取过程和应用过程中一般不会有危害人体和环境的物质生成。

3、来源广泛,应用历史古老。早在旧石器时代,植物就作为天然染料在装饰品上染色了,随着社会的发展,人们越来越认识到许多植物具有各种不同的疗伤作用,“本草纲目”曰:淀乃蓝与石灰作成,其气味与蓝稍有不同,而其止血拔毒杀虫之功,似胜于蓝。说的就是靛蓝的抗菌杀虫作用。

4、保健功能。很多的植物抗菌剂都具有除抗菌功能外的保健功能,如,大青叶不仅具有清热、解毒、凉血的功用,还可用于治疗口疮、伤风、丹毒等。芦荟具有护肤的功效,蛇床子具有抗湿疹、荨麻疹的功效。

5、很多植物都具有良好的抗紫外功能,处理到真丝上后,真丝的抗紫外性都大大提高[9]。

6 抗菌纺织品的加工方法

抗菌纺织品的加工方法共有两种,一是通过抗菌剂对织物进行后整理,另一种是开发出一序列的抗菌纤维,然后得到抗菌织物。

6.1 共混纺丝法

共混纺丝,又称为纤维加工法纺丝,一直是开发功能性纤维的主要手段[10]其方法是在合成纤维制备阶段,将植物抗菌剂加入到聚合物中,用常规纺丝设备进行纺丝,制得抗菌纤维,这种方法对抗菌剂要求较高,要求抗菌剂耐热性好,稳定性好,且在聚合物中分散均匀。目前共混纺丝法是生产抗菌纤维的主要方法。

6.2 印染后整理加工法

抗菌后整理加工法是使用具有一定耐洗性的抗菌剂对织物进行后整理,使抗菌剂能够附着在织物上以获得一定的抗菌效果。一般采用表面涂层法、浸轧焙烘法、浸渍法、喷淋法、微胶囊法和接枝共聚法等工艺将抗菌剂施加到织物上。涂层法是将具有抗菌作用的化合物引入到纤维表面,涂层法制备的抗菌纤维,抗菌物质在水洗时容易脱落,耐久性不好。浸轧焙烘法是印染加工中最容易实现的加工方法,通过轧烘焙工艺,将具有抗菌效果的或合物固着在纤维上,其结合的牢度与纤维种类、整理剂结构和加工工艺等有关,抗菌效果的持久性取决于抗菌剂与纤维之间力的作用大小和键能级的大小。喷淋法是将抗菌剂制成溶液,通过喷雾器喷到织物上,这种方法其抗菌耐久性最低。浸渍法是将抗菌剂制成溶液,将织物浸于溶液中,通过上染的方式使抗菌剂与纤维结合,一般的天然抗菌剂与纤维结合的时候都通过金属离子络合,经过络合的织物其耐久性好。接枝共聚法是将抗菌剂的反应性基团接枝到纤维上,使纤维具有抗菌效果,其特点是抗菌谱广,抗菌作用强,但天然抗菌剂接枝到织物上的应用还没有报道。微胶囊法,是指利用天然的或合成高分子材料[11]通过聚合反应、相分离或静电引力等物理化学方法将抗菌物质包裹于其中,形成的直径由纳米级到微米级不等的微细胶囊[12,13],然后再用交链剂或粘合剂将胶囊固着在纤维上,微胶囊的适用性很强,抗菌持久性高,囊心物可以是固体、液体或气体,对于化学性质不稳定抗菌剂都可以用微胶囊法。英国纺织品技术集团开发出含有Irgasan DP-300、Kathon等杀菌剂的微生物胶囊,可用于棉、棉毛混纺或纯毛纤维[14]。

依抗菌剂的种类加工方法不同,用后整理法可制得溶出型和非溶出型抗菌织物。非溶出型抗菌织物安全性好、抗菌谱广、抗菌效果持久,其生产比重逐年增加,并有取代溶出型的趋势。由于其工艺简单,流程简短等优点,后整理加工法一直被广泛用于抗菌织物的开发和生产中,目前上市的各种抗菌织物中,以后整理的居多[15]。

7 结语

进入21世纪,尤其是近几年来,绿色消费观念的不断兴起,清洁生产的深入推广,天然抗菌剂以其资源丰富、生物可降解、吸收性能好的独特魅力,迎合了回归大自然、保健强身的消费心理,因此,开发、研究“绿色”保健天然抗菌剂,具有很深远的意义。

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