負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的制備及其性能測試

楊 陳，林燕萍，王晨露

(1.江西服裝學院，江西 南昌 330201；2.紹興文理學院，浙江 紹興 312000；3.浙江省清潔染整技術(shù)研究重點實驗室，浙江 紹興 312000)

全球蚊子種類高達3 000余種，具有分布廣、繁殖快的特點，是流行性乙型腦炎、登革熱、西尼羅熱等多種傳熱疾病的宿體，給人們的學習、生活與身體健康帶來巨大的困擾與隱患[1]?；ぜ夹g(shù)的進步，使得驅(qū)蚊、滅蚊化學合成殺蟲劑產(chǎn)品相繼被研發(fā)出來，給人們生活帶來方便的同時也造成了一些問題，如健康安全等。環(huán)保與健康意識的增強，使得研究者將研究重點投入到對環(huán)境更加友好且更有利于人體健康的天然植物精油驅(qū)蚊劑的開發(fā)[2-3]。目前，研究者發(fā)現(xiàn)如艾葉、青篙、薰衣草、荊芥、薄荷等幾十種天然植物精油擁有良好的驅(qū)蚊效果，香茅精油更是實現(xiàn)了驅(qū)蚊產(chǎn)品的商業(yè)化[4]。除顯著的驅(qū)蚊功能外，天然植物精油還具有很好的消炎抗菌作用[5-6]。實踐中，用驅(qū)蚊植物精油直接進行驅(qū)蚊功能整理后的織物都存在抗菌、驅(qū)蚊功能持續(xù)時間較短、不耐水洗等問題。本文利用微膠囊技術(shù)將青篙精油包覆于明膠中，制備緩釋型的抗菌、驅(qū)蚊劑并用其對織物進行整理，以期改善上述整理問題，提高織物的驅(qū)蚊效果。

1 實驗部分

1.1 原料與試劑

漂白粘膠平紋織物(自制，經(jīng)緯紗線密度均為18.2 tex，經(jīng)向密度320根/(10 cm)，緯向密度280根/(10 cm))；青篙植株(干態(tài)，市售)；溴化鉀、戊二醛、乙酸、硫酸鈉、吐溫20、司本80、乙醇、硫酸鈉、明膠(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；細菌：金黃色葡萄球菌；真菌：黑曲霉(以上細菌與真菌菌種均由東北師范大學生命科學學院實驗室提供)。

1.2 儀器與設(shè)備

CPA224S型萬分之一電子天平(賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司)、SF/DHS-225型可程式恒溫恒濕試驗箱(上海覽浩儀器設(shè)備有限公司)、DHG-9030AD型高溫烘箱(北京恒泰豐科試驗設(shè)備有限公司)、INSTRON5590型萬能材料試驗機(美國英斯特朗公司)、DP-FTIR-650型傅里葉紅外光譜儀(美國DESIGNS & PROTOTYPES公司；分辨率1.5 cm-1)、EVO18型蔡司掃描電鏡(卡爾·蔡司股份公司)、DJ-04BDDJ-04型中藥粉碎機(上海淀久中藥機械制造有限公司)、WSB-3A型智能式數(shù)字白度儀(溫州際高檢測儀器有限公司)、SW-24A-I型耐洗色牢度試驗機(溫州方圓儀器有限公司)、HP-02型真空抽濾裝置(上海領(lǐng)德儀器有限公司)、RE52-98型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)、YG541E型全自動激光織物折皺彈性儀(寧波紡織儀器廠)、FAST織物風格儀(澳大利亞聯(lián)邦科學院)。

1.3 實驗方法

1.3.1 青篙油的提取

青篙植株清洗干凈，在60 ℃烘箱中烘干后，粉碎至250～380 μm粉末；稱取青篙干粉50 g置于300 mL無水乙醇中，密封靜置24 h；用醫(yī)用紗布初次過濾后，使用真空抽濾再次過濾，所得淡黃色油脂即為青篙揮發(fā)油(以下簡稱青篙油)[7]；利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器蒸發(fā)掉溶劑中的乙醇，即制備青篙油粗油，濃縮待用。

1.3.2 負載青篙油微膠囊的制備

由文獻[8]中的測試結(jié)論可知，當青篙油微膠囊芯壁比為2∶1時，微膠囊粒徑較小且均勻，對粘膠織物進行驅(qū)蚊整理后，粘膠織物不僅保持了其服用性能，也兼具較佳的驅(qū)蚊效果?；诖?，本文制備芯壁比為2∶1的核殼結(jié)構(gòu)青篙油微膠囊，但調(diào)整青篙油微膠囊所用壁材，旨在提高微膠囊緩釋性，具體制備工藝如下：明膠在蒸餾水溶脹1 h后配置質(zhì)量分數(shù)為5%的明膠蒸餾水溶液；取一定量青篙油加入明膠溶液，攪拌使其充分離散，乳化；配置硫酸鈉溶液(200 g/L)，并以2.5 mL/min的速度滴入不停攪拌的明膠乳液中，使明膠完全沉積在青篙油表面；冰浴使溶劑反應體系溫度降至5 ℃；調(diào)節(jié)pH值至9，使用戊二醛溶液(體積分數(shù)37%)使其交聯(lián)、硬化；乙醇清洗3次經(jīng)離心上述懸浮液獲取青篙油微膠囊后，使用5 ℃蒸餾水再次清洗；將清洗干凈的青篙油微膠囊噴霧干燥待用。

1.4 負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物制備工藝

制備工藝流程：配置負載青篙油微膠囊整理液→二浸二軋(軋余率80%)→預烘(溫度90 ℃，時間2 min)→焙烘(溫度110 ℃，時間4 min)→清洗→烘干。

1.5 性能測試

1.5.1 織物服用性能測試

測試青篙油微膠囊整理前后粘膠織物的服用性能。力學性能：參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》進行測試；白度：參照GB/T 8424.2—2001 《紡織品 色牢度試驗 相對白度的儀器評定方法》進行測試；折皺回復性能：參照GB/T 3819—1997 《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》進行測試；回潮率：參照GB/T 9994—2018《紡織材料公定回潮率》進行測試；光滑度：依據(jù)FAST織物風格儀測試說明進行測試換算。根據(jù)5項指標變化分析青篙油微膠囊對粘膠織物的最佳整理工藝。

1.5.2 微觀形貌觀察

經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物利用EVO18蔡司掃描電鏡進行微觀形貌觀察，噴金時長120 s。

1.5.3 分子結(jié)構(gòu)性能測試

將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物剪碎成沫狀后，與溴化鉀充分混合、碾磨，制成溴化鉀壓片；利用紅外光譜儀對壓片試樣進行測試，測試參數(shù)：波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，分辨率1.5 cm-1。

1.5.4 抗菌性能測試

利用磷酸鹽緩沖液分別洗去肉湯培養(yǎng)基上的金黃色葡萄球菌細菌菌臺與馬鈴薯培養(yǎng)基上的黑曲霉真菌菌臺；經(jīng)充分震蕩，使細菌菌種與真菌菌種分別分布在懸浮液中后將懸浮液稀釋至5×104cfu/mL。將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物裁剪成5 mm×5 mm方形，稱取3 g分別投入到裝有100 mL不同菌種的懸浮液中，在室溫條件下細菌充分震蕩12 h，真菌充分震蕩24 h后，記下菌落數(shù)Ma；利用式(1)計算各菌種的抗菌率。該試驗重復操作5次，取平均值。將負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物在耐洗色牢度試驗機皂洗5次、10次后再按照上述步驟測試負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的抗菌性能。

(1)

式中：Ma為負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物加入后菌落數(shù)；M0為未經(jīng)整理粘膠織物加入后菌落數(shù)。

1.5.5 驅(qū)蚊性能測試

參考文獻[9]：制作驅(qū)蚊實驗裝置如圖1所示。將經(jīng)最佳整理工藝整理的青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊粘膠織物與未經(jīng)整理的粘膠織物分別置于A、C腔中，50只雌性伊蚊置于B腔；去除隔板10 min后通過A、C腔2腔中伊蚊數(shù)量計算負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的驅(qū)蚊率，計算公式見式(2)。將負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物在耐洗色牢度試驗機皂洗5次、10次后再次按照上述步驟測試負載青篙油微膠囊抗菌驅(qū)蚊織物的驅(qū)蚊性能。

(2)

式中：NA為A腔伊蚊數(shù)量，只；NC為C腔伊蚊數(shù)量，只。

圖1 驅(qū)蚊實驗裝置示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳整理工藝分析

2.1.1 青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度的影響

青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度對粘膠織物整理性能影響的測試結(jié)果見表1。

表1 青篙油微膠囊整理液質(zhì)量濃度對粘膠織物整理性能影響

由表1可以看出，隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，粘膠織物的斷裂強力、斷裂伸長率、回潮率均有不同程度的提高，折皺回復角、白度、光滑度均有不同程度的下降，這是由于青篙油微膠囊整理使得粘膠織物形成了一層固態(tài)膜，青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的不斷增加使得膜的厚度不斷增加，從而致使整理后的粘膠織物力學性能提高，折皺回復性能下降；同時由于整理液白度沒有原漂白織物高，隨著整理液中青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，織物白度下降；青篙油微膠囊殼材料是明膠，明膠回潮性能優(yōu)于粘膠，因此隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加，織物回潮率不斷上升；整理后，青篙油抗菌驅(qū)蚊微膠囊覆蓋在織物的表面，造成織物光滑度下降，且隨著青篙油微膠囊質(zhì)量濃度的增加而不斷下降。另一方面，當青篙油微膠囊質(zhì)量濃度超過40 g/L時，力學性能與回潮率增加幅度減??；折皺回復角、白度、光滑度3項指標隨青篙油微膠囊質(zhì)量濃度增加，減小幅度較??；由此可確定，青篙油微膠囊對粘膠織物最佳整理質(zhì)量濃度為40 g/L。

2.1.2 焙烘時間與焙烘溫度的影響

焙烘時間與焙烘溫度對粘膠織物整理性能影響的測試結(jié)果分別見表2、3?？梢钥闯?，焙烘時間與焙烘溫度對粘膠織物整理性能影響大致相似，當焙烘時間低于4 min或當焙烘溫度低于110 ℃時，斷裂強力、斷裂伸長率、回潮率隨時間或溫度的增加而增加；當焙烘時間高于4 min或當焙烘溫度高于110時，斷裂強力、斷裂伸長率、回潮率隨時間或溫度的增加而降低；折皺回復角與白度的變化趨勢和力學性能與回潮率的變化相反；織物光滑度隨焙烘時間與焙烘溫度的增加持續(xù)降低。上述指標變化原因是由于焙烘時間過長或焙烘溫度過高使得青篙油抗菌驅(qū)蚊微膠囊的殼材料明膠發(fā)生了一定程度的裂解和外型結(jié)構(gòu)變化，致使青篙油流失，微膠囊芯壁比例發(fā)生變化；同時，相比低于4 min的焙烘時間與110 ℃的焙烘溫度，當超過4 min的焙烘時間與110 ℃的焙烘溫度時，上述指標變化幅度減小。基于此，可確定青篙油微膠囊對粘膠織物最佳整理焙烘時間為4 min，焙烘溫度為110 ℃。

表2 焙烘時間對粘膠織物整理性能影響的測試結(jié)果

表3 焙烘溫度對粘膠織物整理性能影響的測試結(jié)果

由以上分析可知，青篙油微膠囊對粘膠織物最佳的整理工藝為：質(zhì)量濃度40 g/L，焙烘時間4 min，焙烘溫度為110 ℃。

2.2 微觀形貌觀察

粘膠織物經(jīng)青篙油微膠囊整理前后微觀形貌見圖2?？梢钥闯?，粘膠織物經(jīng)過青篙油微膠囊整理后，織物表面覆蓋一層青篙油微膠囊。從圖2(b)右上角5 000倍的放大截圖可以看到青篙油微膠囊多以團簇形式存在于粘膠纖維的溝槽中，形成這種現(xiàn)象一方面是青篙油微膠囊自身表面張力，另一方面是由于青篙油微膠囊與粘膠織物間的結(jié)合力。青篙油微膠囊的這種分布方式提高了織物的比表面積，減少了纖維間的強力弱環(huán)，提高了織物的力學性能與回潮率，降低織物了折皺回復角、白度與光滑度，這也驗證了上述織物指標在測試中的變化。

圖2 粘膠織物青篙油微膠囊整理前后微觀形貌(×500)

2.3 分子結(jié)構(gòu)性能分析

圖3 粘膠織物經(jīng)青篙油微膠囊整理前后紅外光譜曲線

2.4 抗菌驅(qū)蚊性能分析

水洗次數(shù)對青篙油微膠囊整理粘膠織物抗菌驅(qū)蚊性能影響的測試結(jié)果見表4?？梢钥闯?，未經(jīng)水洗的青篙油微膠囊整理粘膠織物對金黃色葡萄球菌抗菌率為88.31%，對黑曲霉抗菌率為17.75%，對細菌的抗菌性能優(yōu)于真菌，這是由于青篙油中含有高達41.8%的1,8—桉葉素，其對革蘭氏陽性菌具有較好的抑殺效果，在相同濃度下對真菌的敏感性要差很多。整理后的粘膠織物在未經(jīng)水洗條件下的驅(qū)蚊率高達85.95%，這是由于青蒿油中含有一定量的黃酮類化合物、半萜內(nèi)脂化合物、樟腦、青蒿酮等，這些物質(zhì)對蚊蟲均有一定的驅(qū)殺作用[10]。經(jīng)過10次水洗后，負載青篙油微膠囊驅(qū)蚊織物對金黃色葡萄球菌抗菌率與驅(qū)蚊率仍達到原有效果的78.73%與63.49%，驗證了該整理工藝對改善織物抗菌與驅(qū)蚊性能緩釋性的可行性。

表4 水洗次數(shù)對青篙油微膠囊整理粘膠織物抗菌驅(qū)蚊性能影響的測試結(jié)果

3 結(jié) 論

①固定青篙油微膠囊對粘膠織物整理中的青篙油微膠囊質(zhì)量濃度、焙烘時間與焙烘溫度3個指標中的2個，對另一個進行變量分析得出青篙油微膠囊對粘膠織物最佳整理工藝為：青篙油微膠囊質(zhì)量濃度40 g/L，焙烘時間4 min，焙烘溫度110 ℃。經(jīng)該工藝整理，提高了織物的力學性能與回潮率，但使織物折皺回復角、白度與光滑度出現(xiàn)一定程度的降低。

②掃描電鏡照片觀察可知織物整理后表面覆蓋一層青篙油微膠囊，紅外光譜曲線測試證實整理后織物表面過氧基團的倍半萜化合物的存在，均直接證明了整理后織物表面青篙油微膠囊的存在。負載青篙油微膠囊驅(qū)蚊織物對金黃色葡萄球菌抗菌率為88.31%，驅(qū)蚊率為85.95%，經(jīng)過10次水洗后，對金黃色葡萄球菌抗菌率與驅(qū)蚊率仍達到原有效果的78.73%與63.49%，驗證了該整理工藝對改善織物抗菌與驅(qū)蚊性能緩釋性的可行性。