（纺织工程专业论文）抗菌植物染料的优选及其在毛织物上的应用[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 抗菌植物染料的优选及其在毛织物上的应用 摘要 近年来，植物染料在纺织品上的染色应用研究得到了愈来愈多的 关注，但对植物染料的功能性研究报道尚少见。植物染料色素源于各 种植物，医学界证实一些植物具有抗菌功能。那么一种植物能否同时 具备有效的染色色素同时又有较强的抗菌功能? 染色条件对毛织物 的染色效果和织物抗菌功能又有何影响? 本课题就这些问题开展了 以下研究： 对黄色系的h c y 、h b 、d h 和褐色系的w - c t 四种植物染料进行 了染液抗菌力筛选和萃取技术优化以及毛织物染色和抗菌特性等方 面的探讨：即( 1 ) 对采用水和乙醇传统和超声波辅助萃取的染液分 别进行了反映抗菌效率的最低抑菌浓度m i c 值的定量测试，筛选出抗 菌效果较好的植物染料；以提高染液中色素含量和抗菌效率为优化目 标，进一步对其萃取过程中的温度、浴比、提取时间和次数等工艺参 数进行优化。( 2 ) 较系统地研究所优选的抗菌染料在羊毛针织品上的 染色工艺条件对染色过程( 上染率) 、色彩和色牢度等染色效果的影 响；同时探讨不同染色条件对染得的织物抗菌性能的影响。 研究结果表明： ( 1 ) m i c 定量测试结果表明，不同萃取方法得到的染液其抗菌 性不同，水萃取得到的染液，比乙醇萃取的m i c 要低，即抗菌效果 t 摘要 比较好；各植物染料对各细菌具有不同程度的抑制生长作用，筛选出 抗菌效果较强的w - c t 和h - c y 水萃取液。w - c t 的优化萃取工艺为i 时间9 0 m i n ，温度1 0 0 ，浴比1 ：8 ，萃取2 次。 ( 2 ) 在w - c t 染色中，在直接染色和铝前媒染中，p h 值对羊毛 针织物的颜色特征值影响最大，染液浓度对最终织物上染率的贡献最 大。染色后皂洗处理可改善织物色牢度，满足国家标准要求。前铝媒 染w - c t 最佳染色工艺：媒染剂( a 1 ) 2 5 ，染料浓度1 0 0 ，p h - 7 ， 染色温度9 8 。在h - c y 染色中，经前铝媒染的织物上染率比直接 染色的高。前铝媒染最佳染色工艺：媒染剂( a 1 ) 2 5 ，染料浓度 2 0 0 ，p h = 8 ，染色温度6 0 ，但织物色牢度尚需进一步研究和改善。 ( 3 ) 经w c t 和h - c y 染色得到的织物具有较强的抗菌作用， 且都对金黄色葡萄球菌的抗菌性强于大肠杆菌。织物水洗1 0 次后， 其抗菌性能有不同程度的下降，但仍表现出一定的抗菌作用。w c t 染色织物的抗菌效果强于h - c y 染色织物。 总之，具有抗菌功能的w - c t 、h c y 植物染料在羊毛制品的应 用方面表现出较好的的染色和抗菌特性，尤其是w c t 植物染料有良 好的开发应用价值。 关键词：植物染料，萃取，羊毛织物，染色工艺，m z c ，抗菌性能 摘要 s e l e c t i o no fv e g e t a b l ed e y sw i t ha n t i m i c r o b i a la c t i v i t y a n dt h e i r a p p l i c a t i o no nw o o l f a b r i c s a b s t r a c t i nt h er e c e n ty e a r s ，v e g e t a b l ed y e sa p p l i e do nt h et e x t i l ed y e i n gh a v e b e e np a i dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n s ，w h i l el i t t l er e s e a r c ha b o u tt h e i r f u n c t i o n a lp r o p e r t i e si sr e p o r t e d t h ec o l o r a n t so fv e g e t a b l ed y e sa r e e x t r a c t e df r o mv a r i o u sp l a n t s ，i th a sa l r e a d yb e e nc o n f i r m e db ym e d i c a l r e s e a r c ht h a ts o m ep l a n t sh a v ea n t i m i c r o b i a la c t i o n s ow h e t h e ro n ep l a n t b o t hh a v ec o l o r a n t sf o rd y e i n ga n ds t r o n ga n t i m i c r o b i a la c t i v i t y ? a n dh o w d ot h ed y e i n gt e c h n i q u e sh a v ee f f e c to nt h ec o l o ra n da n t i m i c r o b i a l a c t i v i t i e so fw o o lf a b r i c s ? t h e s ep r o b l e m sa r ea p p r o a c h e di nt h i st h e s i s f o u rk i n d so fv e g e t a b l ed y e sh - c y 、h b 、d h ( y e l l o wc o l o r ) a n d w - c t ( b r o w nc o l o r ) h a v eb e e ns e l e c t e da n de v a l u a t e di nt h ea s p e c t so f a n t i m i c r o b i a lb e h a v i o ra n dd y e sp r o p e r t i e s t h ee x p e r i m e n t a ls t u d y i n c l u d e dt w op a r t s ：f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h em e a s u r e m e n to fm i n i m u m i n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o n ( m i c ) o f c o l o r a n t sw h i c ha r ee x t r a c t e db yw a t e r o re t h a n o li nn o r m a lo ru l t r a s o n i cp r o c e s s ，s o m ev e g e t a b l ed y e sw i t h s t r o n ga n t i m i c r o b i a la c t i v i t ya r es e l e c t e d ；f u r t h e ri no r d e rt om a k et h e e x t r a c t i o np r o c e s sh i g h e re f f i c i e n c ya n do b t a i nt h em o r ec o l o r a n t s ，t h e p a r a m e t e r so fe x t r a c t i o ns u c ha st e m p e r a t u r e ，b a t hr a t i o ，a n de x t r a c t i o n t i m e se t ca r eo p t i m i z e d s e c o n d l y ，i ti sa p p r o a c h e dt h a tt h ep a r a m e t e r so f d y e i n gp r o c e s so ft h es e l e c t e dv e g e t a b l ed y e sa p p l i e dt ow o o lf a b r i c s a f f e c tt h er a t eo fd y e u p t a k e ，c o l o ra n df a s t n e s so ff a b r i c s m e a n w h i l e ， i n f l u e n c eo na n t i m i c r o b i a la c t i v i t yo ff a b r i c si ss t u d i e dt h r o u g hc h a n g i n g t h ed y e i n gp a r a m e t e r s t h er e s u l t so ft h iss t u d ys h o wt h a t ： ( 1 ) d y es o l u t i o n sw i t hd i f f e r e n te x t r a c t i o nm e t h o d sf o ro n ep l a n th a v e d i f f e r e n ta n t i m i c r o b i a la c t i v i t y , t h es o l u t i o n sw i t hw a t e re x t r a c t i o nh a v e s t r o n g e r a n t i m i c r o b i a la c t i v i t yt h a nt h a tw i t he t h a n 0 1 d i f f e r e n td y e s o l u t i o n sh a v ed i f f e r e n tm i cv a l u e s ，w - c ta n dh c yd y es o l u t i o n su s i n g w a t e re x t r a c t i o nh a v eb e e nc h o s e na st 1 1 e yh a v el o w e rm i cv a l u e t h e o p t i m u me x t r a c t i o nc o n d i t i o n sf o rw - c to b t m n e df r o mt h es t a t i s t i c a l a n a l y s i sw e r e9 0 m i n ，10 0 。c ，1 ：8 ( m a t e r i a lt ow a t e rr a t i o ) a n dr e p e a tf o r2 t i m e s ( 2 ) i nt h ep r o c e s so fw - c td i r e c ta n dp r e m o r d a n t i n gd y e i n g ，i ti s o b v i o u st h a tp hv a l u eh a st h em o s ti m p o r t a n te f f e c to nt h e c o l o u r c h a r a c t e ro fw o o lk n i t t i n gf a b r i c s a n dd y e i n gs o l u t i o nc o n c e n t r a t i o n m a i n l ya f f e c t st h er a t eo fd y e u p t a k eo ff a b r i c s t h es o a p i n gt r e a t m e n to f f a b r i ca f t e rd y e i n gc a ni m p r o v et h ec o l o rf a s t n e s sp r o p e r t i e st om e e tt h e n a t i o n a ls t a n d a r d t h eo p t i m u mp r e m o r d a n t i n gd y e i n gc o n d i t i o n sa r e 摘要 m o r d a n t s ( a 1 3 + ) c o n c e n t r a t i o n2 5 ，d y ec o n c e n t r a t i o n15 0 ，p h7a n d t e m p e r a t u r e9 8 。c i nt h ep r o c e s so fh c yd y e i n g ，t h ea y e u p t a k eo f f a b r i cf o rt h ep r e m o r d a n t i n gd y e i n gi sh i g h e rt h a nt h a tf o rt h ed i r e c t d y e i n g t h eo p t i m u mp r e m o r d a n t i n gd y e i n g c o n d i t i o n sa r ea 1 3 + c o n c e n t r a t i o n2 5 ，d y ec o n c e n t r a t i o n2 0 0 ，p h = 8a n dt e m p e r a t u r e6 0 w h i l et h e i rc o l o rf a s t n e s so ff a b r i cn e e dt of u r t h e ri m p r o v e ( 3 ) w o o lf a b r i c s d y e dw i t ha y ew - c ta n dh - c yh a v eg o o d a n t i m i c r o b i a l p r o p e r t i e s ，a n ds t r o n g e r a n t i m i c r o b i a l c a p a c i t y f o r s t a p h y l o c o c c u sa u r e u st h a nt h a tf o re s c h e r i c h i ac o l i t h ea n t i m i c r o b i a l c a p a c i t yo ff a b r i c sr e d u c e si nac e r t a i ne x t e n ta f t e rt h e i rw a s h i n gf o r10 t i m e s t h ef a b r i c sa y e db yw - c ts o l u t i o nh a v eb e t t e ra n t i m i c r o b i a l p r o p e r t yt h a n t h o s ed y e db vh _ c y s o l u t i o n 一一 ，一 - i naw o r d ，w - c ta n dh c yt w ov e g e t a b l ed y e sw i t ha n t i m i c r o b i a l a c t i v i t ya p p l i e do nt h ew o o lk n i t t i n gf a b r i c ss h o wg o o dp e r f o r m a n c eo n d y e i n ga n di n h i b i t i n gt h eg r o w t ho f b a c t e r i a w - c th a sf a v o r a b l ea p p l i e d v a l u ef o rp r a c t i c a lp r o d u c t i o n s h ax i a n g y u ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rw a n g l u k e yw o r d s v e g e t a b l ed y e s ，e x t r a c t ，w o o lk n i t t i n gf a b r i c s ，d y e i n g ， m i c ，a n t i m i c r o b i a la c t i v i t y 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的 内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：0日 、 o ，一吕9 il 月厶1 厂 步 年 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密日。 学位论文作者弥冲彳、玉 指剥撇：2 始 日期： d 了年f 月z 。日日期：。了年，月a 幻e t 前言 月i 】青 在当代社会，工业生产正在呈飞速地发展事态向前发展，但随之带来地球生 态环境急剧恶化以及人类的健康受到严重危害。为了可持续性发展，全球已掀起 了一股“绿色浪潮”，即采用绿色技术，进行绿色设计、制造，生产绿色产品，如 绿色食品、绿色纺织品等，制订绿色标准( 女i i s 0 1 4 0 0 0 、o e k o t e xs t a n d a r d1 0 0 等) ，满足绿色消费。随着生活水平的提高，无污染、无公害、对人体健康有利 的“绿色生态纺织品”已经成为一种新时尚而倍受现代人们青睐。 自1 8 5 6 年英国化学家w h p e r k i n 首次合成苯胺紫以来，合成染料以色彩缤 纷、色谱齐全、耐洗耐晒、价格便宜等优点而成为纺织品染色的主要染料【卜2 1 ， 但这也使得印染业成为纺织生产中对环境污染较大的产业之一。印染行业的废水 污染相当严重，因为合成染料进行染整生产加工过程中，大量使用了对环境有影 响和危害人体健康的染化料助剂，其生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高， 重金属离子的含量超标。这些助剂，主要以液体的形态排放而污染环境，危害人 类的健康，污染环境，破坏生态平衡。 在全球绿色环保浪潮的影响下，植物染料又重新进入人们的视野。植物染料 已经应用上千年，实践证明植物染料与生态环境相容性好，可生物降解，色泽柔 和自然高雅，对皮肤无过敏性和致癌性。一些染料植物还具有消炎杀菌的功效， 如艾染色的布用以制作患变异反应性皮炎患者的睡衣和内衣【3 】。现代纺织品可以 利用植物染料的这些药用性能作为天然抗菌整理剂，在染色的同时使服装具有保 健功效。因此，研究植物染料具有一定的学术和实用价值，天然植物染料具有广 阔的应用前景。 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 1 1 植物染料 1 1 1 概述 “色彩的感觉是美感的最大众化的形式”。由于人的视觉对色彩的特殊敏感性， 人们在审视评价服装、纺织品时，视觉的第一印象乃是色彩。色彩虽是无生命的 物质，但却有着强烈的感情和丰富的语言，具有十分重要的美学价值。 人类很早就会提取天然色素来进行染色和印花，特别是从生物( 植物和动物) 提取色素来染色。古代纺织品的天然着色剂以植物染料的品种为主。到1 9 世纪 中叶后随着合成染料的发明，植物染料逐渐退出了历史舞台。然而合成染料的使 用污染和危害环境和人体健康。于是出现了“绿色染整”、“绿色纺织品”概念，这 是对纺织加工技术提出来的一个努力方向与最终目标。因此重新评估和开发天然 植物染料染色技术已成为客观需要【4 j 。 从绿色生产角度上讲，植物染料具有合成染料所难以比拟的优越性，植物 染料是以我国特有的中草药、花卉、茶叶、水果等植物为原料，经过粉碎、浸泡、 蒸煮等诸多工序提炼而成的纯天然植物染料，是一种绿色染料，用它印染而成的 纺织品、服装不会对人体健康造成任何伤害。羊毛作为纺织工业的最重要原料之 一，具有很多的优点，如光泽柔和，手感柔软，富有弹性，不易沾污，吸湿性， 保暖性及耐磨性优良等特性【5 1 ，是一种天然蛋白质纤维。因此我们可以用植物染 料对羊毛织物进行染色，来开发一类新的绿色毛纺织品。 1 1 2 植物染料色素的提取 植物染料的提取，就是将植物中化学成分提出的过程，所得到的提取物中通 常包含多种性质相似的化合物【6 】。植物化学的提取方法，可分为经典提取方法和 现代提取方法。经典提取方法( 也称传统提取方法) 其技术较成熟，一般有溶剂 提取法、水蒸汽蒸馏法等。溶剂提取法有浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法、 连续提取法等。现代提取法是以现代先进的仪器为基础或新发展起来的提取方 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 法，主要有超临界流体萃取技术、超声波提取技术、微波提取技术、仿生提取技 术、酶法提取技术、加压逆流提取技术、固相微萃取技术等【6 】。 实验室提取植物染料最常用的是煎煮法和浸渍法。对染料植物进行色素的提 取过程较复杂，包括选择色素存在的部位、色素的溶解性、色素含量、提取方法、 有机溶剂的使用、煎煮浓度、温度、时间和次数等。 在染液萃取中应注意以下几点：1 ) 通常，新鲜植物要比干燥后的植物色素 含量多。植物干燥后，有部分色素会损失。若存放时间过长，植物还易发生腐败 变质。但不可能所有的色素均用新鲜植物来提取。因此，染料植物色素提取应根 据具体情况而定，应避免使用存放时间过长的植物。2 ) 制备的染液不宜久置， 应及时用于染色。特别是水萃取的染液，以防染液腐败或色素分解。或将提取液 马上进行后处理，浓缩溶剂后保存。 1 1 3 植物染料的染色技术 植物染料染色由于其成分复杂，大多数植物染料对纤维的亲和力低，直接用 植物染料染色的织物色牢度比较差，一般要借助媒染剂固着上色川，其原理是通 过金属与染色色素成分中的某些配位基团发生络合作用，从而使色素固着在纤维 上，提高染色的色牢度。 媒染方法有：( 1 ) 预媒染；( 2 ) 后媒染；( 3 ) 同浴法媒染；( 4 ) 交替媒染法，混合 不同的媒染剂制成的媒染浴：( 5 ) 先媒染与后媒染的复合法，即被染物先用一种 媒染剂媒染，染色后再用另一种媒染剂。 在古代，采用的媒染剂有灰汁、石灰、铁浆、麦麸、绿矾等。在现代，传统 的媒染剂为金属盐，主要有铝盐、锡盐，铜盐、铬盐，铁盐等。由于重金属离子 危害环境，对人体具有伤害作用，o e k o - t e x 标准1 0 0 将9 种重金属，即锑( s b ) 、砷 ( a s ) 、铅( p b ) 、镉( c d ) 、铬( c 0 、钴( c o ) 、铜( c u ) ，镍( n i ) ，汞( h g ) ，列入生态纺织品 监测项目，并严格规定其在纺织品上的限制值1 8 1 ，所以有必要开发新型的媒染剂 取代传统的重金属离子。现在有科研人员在开发天然化学助剂如：稀土、单宁酸 等。成都纺织高等专科学校的郑光洪等人采用了稀土一柠檬酸络合物作为天然染 料的媒染剂对苎麻纤维进行了染色试验。结果发现采用稀土作为媒染剂，能提高 染料的上染率，改善染色牢度【9 】。 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 1 1 4 植物染料的染色原理 天然植物染料的上染机理因染料和所染纤维类型而异，由于天然染料品种繁 多，结构复杂，目前对各类纤维的染色热力学和动力学方面的研究还很不充分。印 度d r d e e p t ig u p t a 研究了5 种天然染料对合成纤维的上染机理，研究结果表明，奈醌 类染料j u g l o n e 、a l k a n n i n 和b i x i n 染尼龙、涤纶织物的吸附等温线属于郎格缪 ( l a n g m u i r ) 型，而b e r b e r i n e 与腈纶织物之间可形成离子键。天然小檗类染料上 染丙烯腈纤维标准亲合力相当高。这5 种染料与合成纤维的染色焓是正值，说明染 色是吸热过程。随染色温度升高，染料上染率会继续增加。此外，染料在水中是部 分溶解的，可能是染料发生聚集，因此容易在高浓度时染得深色【1 0 1 。李清蓉等研究 了天然染料等同体茜素的染色热力学，并对茜素上染丝绸、羊毛、涤纶和尼龙等4 种织物进行了染色吸附平衡实验，结果表明，这4 种织物对茜素的吸附属于n e r n s t 吸附，符合分配机理，具有分散染料的特性【1 l 】。李辉芹等【1 刁认为利用紫草、胡桃 等萘醌型天然染料对聚酯纤维进行染色时，其吸附机理非常符合分散染料染聚酯 时的n e r n s t 吸附；而用胭脂树籽染色时i 因其色素为线型离子型分子，可有多种上 染机理，但l a l l g m u i r 机理占优势。 用植物染料染棉毛丝麻天然纤维的染色机理研究并不多。染色时，能使这类 织物着色的植物，一般含有对纤维大分子有直接性的有色色素成分，如靛蓝系列 中的蓼蓝所含的靛甙结构是典型的还原染料结构特征，经还原后变成水溶性隐色 体，对纤维素纤维有较好的直接性。再如姜黄的有效成分姜黄素结构具有线性特 征，是典型的直接染料，对纤维素、蛋白质大分子均有较强的直接性。其他可应用 的植物中也都含有类似结构，它们通过与纤维大分子间的范德华力、氢键结合，上 染至织物【1 3 】。对于采用媒染剂进行媒染，金属媒染的作用，在于发色和固着，据 现代科学研究，是金属与染料色素成分中的某些配位基团发生络合的结果。 1 1 5 植物染料国内外研究现状 ( 1 ) 植物染料在国内的应用与发展 天然染料的应用在我国的文字记载比国外要早1 0 0 0 年，我国在天然染色方 面不仅有悠久的历史和高度的科学水平，而且颜色品种多、染色牢固、不易褪 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 色。到春秋战国时期，草染技术已经相当成熟，蓝草、茜草和紫草等植物染料 的应用逐渐普及。在清代，植物染料不仅自给自足，而且还大量出口。 3 0 年代杜燕孙开始对我国较常用的植物染料的染色法作了较系统的研究， 并出版了国产植物染料染色法，囊括了具体的植物染色实验过程。以后国 内致力于这方面研究的人很少。直到本世纪初，随着社会环保意识的增强以及 天然染料在国际上的复兴，我国一些研究人员和学者开始关注天然染料，如中 国科学院大连化学物理研究所、苏州大学、天津工业大学、北京服装学院等单 位均有研究人员从事天然染料染色方面的研究，在一些专业书刊、杂志对天然 染料的研究报道渐渐增多，到目前为止已经研究了如茜草、苏木、槐米、紫草、 姜黄、石榴皮、黄连、黄芩等植物染料对丝绸或羊毛织物染色性能 1 4 i s 】。中国 纺科院已制得天然黄( t r - y ) 和天然绿( t r g ) ，在1 9 届北京针织品展销会推出了 “铜牛牌”系列童装，由纯天然植物染料染成的。 2 0 0 0 年东华大学和江苏海澜集团联合研究，制取了黄色系列天然染料并成 功应用于精毛纺品上，成功开发出全生态性高支精纺呢天素丽。2 0 0 2 年，东 华大学与海澜集团联合成立课题组，对天然染料制备及其在生态纺织品开发与羊 毛清洁生产中的应用技术进行研究，2 0 0 5 年1 0 月中旬，该项目通过了国家科技 部组织的专家组的验收。2 0 0 5 年3 中旬，恒源祥集团也启动了“植物染料”研发 课题，并举行了2 0 0 5 年恒源祥植物染料研讨会【1 9 1 。苏州宏祥纺织印染厂专门成 立了“本草染事业部”组织有关大学，资深行业研究人士组成“植物染色项目组”研 究开发此项目，现已取得成功。该厂项目所选的原材料来自中药、花卉、蔬菜、 茶叶、绿色植物，颜色有红、黄、蓝等色，可以进行纱线、毛线、内衣、童装、 毛巾、手套、桌布等纺织材料和服饰品、家居纺织品的染色【2 0 】。 ( 2 ) 植物染料在国外的应用与发展 苏姗德鲁丁( s u s a nc d r u d i n g ) 整理的世界染色历史( d y eh i s t o r yf r o m 2 6 0 0 b ct o2 0 也c e n t u r y ) 中提出公元前7 1 5 年，罗马出现植物染料染色的羊毛工 艺。公元8 世纪，天然靛蓝染色技术传到欧洲【2 l 】。公元9 2 5 年，染色技术开始在 德国传播。公元1 1 8 8 年，伦敦染色普及。公元1 2 9 2 年，菘蓝、靛蓝在德国得到 大面积种植，与茜草同时成为最主要和最重要的植物染料。公元1 3 2 1 年，巴西 木第一次成为染料家族。公元1 5 0 7 年，法国、荷兰以及德国开始了植物染料种 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 植的产业。公元1 6 1 4 年，黄柏等木材充分应用到织物染色中。 近年来印度、日本、韩国、朝鲜、美国、英国等国家都在进行天然染料的研 究，但主要集中在亚洲，特别是日本和印度。日本专门成立了“草木染”研究所， 应用现代科学技术对天然染料进行开发，产业化达到了一定的水平。日本技术人 员用生物技术开发出大戟属植物染料，晃立公司批量开发出棕、绿、蓝三色系的 植物染料，通过这三色系可以组合拼出其它色泽。u n i t i k a 公司开发了由艾的提取 物吸附在多孔的微胶囊装无机物的e v e r c a r e 产品。 印度研究人员在天然染料方面也做了大量工作，尝试用天然染料染合成纤 维，并对其上染机理进行了研究 2 2 - - 2 4 1 。除此之外他们还积极研究媒染剂，一方 面研究金属盐媒染剂，研究人员发现铝盐是金属媒染剂中毒性最低，被认为是最 好的用于天然染料染色的媒染剂1 2 习；另一方面还开发、研究天然媒染剂，以代 替金属盐媒染剂，除传统的天然媒染剂如石榴皮、单宁酸、酒石酸等外，最近研 究发现香蕉花瓣水萃取物也可用作媒染剂【2 6 】，同时还对明矾和天然媒染剂组成的 混合媒染剂的性能进行研究。研究人员还不断开发新的植物染料，j t l a c a l y p h a w i l k - e s i a n a t 2 7 】可上染真丝和棉，牢度性能良好；紫檀木【2 8 】可上染羊毛和锦纶； n e e m 2 9 上染羊毛纱线；m o r i n d aa n g u s t i f o l i a 3 0 】可染棉和丝绸，色牢度良好。开发了 用白杨树皮和风仙花做的染料【3 1 1 、对杏树叶染纱线、b a b o o l 皮染棉织物【3 2 1 、茶叶 ( t h e as h i e n s i s ) 3 3 】、印度菠苹果( b a s e l l ar u b r a ) 染羊毛【3 4 】和芒果、红花、非 洲金盏花【3 5 】以及橡树皮进行了研究和开发。在2 0 0 1 年1 2 月份在德里召开了天然染 料的研讨会。c o l o u a ( 甩刊物近几年几乎每期有关于天然染料染色的文章报 道，在2 0 0 3 年第一期专门举办聚焦天然染料专集( f o c u so n n a t u r a ld y e s ) 。 法国在天然染料方面，已经形成了大学、工业研究机构、农业和产业界从基 础研究到产业应用广泛的产学研合作体系，以推动天然染料的产业化发展，并于 2 0 0 5 年召开了天然色素联合会年会( f c nf o r u m 2 0 0 5 ) 。 1 2 抗茵植物染料 自然界中不少植物具有染色抗菌双效功能，如紫草既可用来染色，又具有凉 血、活血、清热、解毒的功效，现代医学证明，紫草有抗菌消炎、抗病毒、抗肿 瘤等多种药理作用。抗菌植物中抗菌抗病毒物质基础是活性成分，有效成分主要 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 为生物碱、甙类、酸类、酮类、醛类、酚类和挥发油、萜类、鞣质等 3 6 3 7 】，不 同的有效抗菌成分其抗菌性也有很大的不同。抗菌植物提取物的活性成分均能直 接抑制或杀灭细菌、真菌和病毒，抑制细菌、真菌的繁殖和病毒的复制；参与细 菌和霉菌的生化过程，改变其酶和细胞膜等功能( 如山梨酸) 等【3 7 】。但鉴于目前的科 研水平，对植物提取物的抗菌抗病毒机理尚未完全明了，有待进一步研究。 现代纺织品可以利用植物染料的这些药用性能作为天然抗菌整理染色剂，生 产绿色保健服装，具有一定的学术和实用价值，值得在这方面进一步深入研究， 1 3 抗菌纺织品 抗菌织物通常是指在不改变织物本身感官或物理化学性状( 如强度、吸水 性、手感、色差) 的前提下，运用各种抗菌剂对织物进行抗菌加工，不仅使纤维 材料本身能抵抗微生物分解变质，也能使附着在织物上的微生物丧失活力或不过 度繁殖，提高纺织品的品质和消费者的生活质量【3 引。日本、美国、英国、法国等 发达国家允许在医疗卫生机构应用抗菌织物，如医护人员的工作服、患病者的床 具( 床单等) 。据报道，其应用的结果减少了医院内的感染率。 在人类生活的环境和生物圈中，微生物( 如细菌真菌等) 几乎无处不在，纺 织品尤其是内衣织物在人体穿着过程中，会沾污很多汗液、皮脂以及其它人体分 泌物，同时也会被环境中的污物所沾污。这些污物尤在高温潮湿的条件下，在纺 织材料多孔的物体形状和高分子聚合的化学结构中，各种微生物在纺织品上大量 繁殖。这些微生物在内外衣上不断分解人体分泌物，产生氨等带有异味的物质， 或在织物上生成菌斑，使纺织品产生霉变、脆化甚至变质。亦或人体被细菌感染 后还可导致皮炎及其它各种传染病的发生，使人体健康受到因微生物侵蚀后而损 害。据报导，即使将织物洗净，各类纤维还是附着大量细菌，见表1 1 【3 9 1 。 表1 1 各类纤维附着细菌数 纤维细菌数( d c m 2 )纤维细菌数( 个c m 2 ) 羊毛 3 4 x 1 0 7 锦纶1 1 0 3 丝 1 7 1 0 6 涤纶2 2 x 1 0 2 棉 2 x1 0 3 腈纶5 1 0 3 聚酯 6 x1 0 4 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 因此，在致病菌的繁殖和传递过程中，纺织品总是一个重要的媒体，随着 生活水平的提高，人们对纺织品的卫生功能提出了更高的要求，抗菌纺织品已成 为一种新时尚而获得人们的青睐，特别是2 0 0 3 年春季爆发的“非典”，更是激活了 已经升温的抗菌产品市场，开发具有抗菌功能的纺织品乃为发展方向之一，所以 加强纺织品的抗菌研究开发有着极其重要的意义。 1 3 1 抗菌剂的评价和选择 抗菌纺织品的抗菌功能与其所用的抗菌剂有必然的联系，各种抗菌剂在抑制 有害微生物方面起着决定性的作用，所以评价和选择抗菌剂非常重要h 们。 1 3 1 1 最低抑菌浓度( m i c ) 和最低杀菌浓度( m b c ) 抗茵效率是抗菌剂最特征的参数之一，抗菌效果可通过抑制微生物发育繁殖 的抗菌剂最低浓度和杀灭微生物的最低浓度体现。抑制所有受试菌发育所需的抗 菌剂浓度称为m i c ，它是静菌作用的一般性评价，表征抗菌剂阻止微生物繁殖繁 育的能力。能使受试微生物菌珠总量减少9 9 9 或以上所需的最低抗菌剂溶液或 浊液的浓度称为m b c ，m b c 评价抗菌剂的杀菌能力。m i c 或m b c 越小，抗菌 剂的抗菌效果越好。 1 3 1 2 抗菌谱( a n t i m i c r o b i a ls p e c t r u m ) 抗菌剂能表现抗菌活性的微生物种类集合称为该抗菌剂的抗菌谱。一般来 讲，一种抗菌剂的抗菌范围越广，其化学毒性就越大，对人体的危害性也就越强。 1 3 1 3 持久性( a n t i m i c r o b i a ld u r a b i l i t y ) 抗菌剂品种和用量的选择上要充分考虑材料的使用场合和使用寿命，保证抗 菌材料在使用期内能够经受光、热及重复洗涤等作用，保证制品在使用过程中的 抗菌性能。 1 3 1 - 4 安全性( s a f e t y ) 抗菌剂的安全性包括两方面：一方面是抗菌剂在使用过程中的的安全性；另 一方面是使用过程中对人和环境无毒无害，加工过程中不产生毒烟、毒雾等物质， 对加工人员的皮肤、眼睛没有刺激作用。 除了以上这四种重要的指标外，还有加工适应性( p r o c e s s i b i l i t y ) 、耐候性 ( w e a t h e r a b i l i t y ) 、稳定性( s t a b i l i t y ) 、反应惰性( i n t e r t i a ) 以及价格( p r i c e ) 等 第一章抗茵植物染料与抗菌特性综述 一些因素都会影响到抗菌剂的使用范围。 1 3 2 抗菌纺织品的抗菌机理 抗菌剂决定了抗菌纺织品的抗菌功能，所以抗菌纺织品的抗菌机理应从抗菌 剂出发。抗菌剂对微生物的抗菌作用主要通过：1 ) 抑制微生物生长增殖( 也叫 静菌作用) ，使微生物数量增加速度降低2 ) 杀灭微生物个体，降低体系中微生 物绝对数量( 也称杀菌作用) 。抗菌剂对体系微生物的抗菌作用都是通过静菌作 用和杀菌作用来体现的。抗菌作用则是静菌作用和杀菌作用的综合结果【4 0 1 。 抗菌剂的种类繁多，从纺织品的抗菌方式来讲，抗菌剂可分为：溶出型和非 溶出型。溶出型中的抗菌剂可从纤维内部扩散到表面形成抗菌环，从而消灭处于 抗菌环内的细菌。非溶出型中的抗菌剂与纤维形成共价键或离子键，作用时抗菌 剂不能扩散，但与该纤维接触的细菌均被杀灭，从而起到抗茵的效果，这种方式 亦称吸附灭菌【4 1 1 。 抗菌织物杀灭细菌的过程是抗菌组分渗透进入细菌的细胞壁和细胞膜，随后 杀灭细菌。各种抗菌剂从杀菌的作用机理上是各不相同的，可归纳为 4 2 1 ：( 1 ) 使 细菌细胞内的各种代谢酶失活，从而杀灭细菌；( 2 ) 与细胞内的蛋白酶发生化学 反应，破坏其机能；( 3 ) 抑制孢子生成，阻断d n a 的合成，从而抑制细胞生长； ( 4 ) 极大地加快磷酸氧化还原体系，打乱细胞正常的生长体系；( 5 ) 破坏细胞内的 能量释放体系；( 6 ) 阻碍电子转移系统及氨基酸转酯的生成。( 7 ) 其他。 1 3 3 抗菌纺织品的安全性及制作方法 经抗菌处理的织物在符合纺织品基本条件的前提下，还应符合以下条件【3 8 】： ( 1 ) 耐常规洗涤；( 2 ) 无特殊颜色和气味；( 3 ) 对皮肤无刺激和致敏性；( 4 ) 长期穿着不应有任何毒副作用；( 5 ) 不影响皮肤黏膜的微生态平衡。 抗茵纺织品的安全性体现在它起到抗菌防护作用的同时，对人体没有毒副作 用，不破坏人体正常的微生物群。抗菌纺织品的穿着不应以破坏人体皮肤黏膜的 微生态环境为代价，否则可能带来安全隐患。人体皮肤表层存在着3 类菌群：常 驻菌群( 是保护人体免受有害微生物侵袭的屏障) 、过路菌群( 往往是致病菌或 条件致病菌) 、共生菌群( 对常驻菌群的支持作用，对过路菌群的拮抗作用) 。 这3 类菌群与皮肤共同构成一个动态平衡的微生态系统，一旦平衡被打破，即可 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 能导致皮肤感染或其他疾病【4 3 4 4 1 。 生产和使用抗菌纺织品的目的不是消灭细菌，而是抑制细菌的过多繁殖。一 般而言，抗菌剂的活性越广，对高级物种包括人类的毒性就越大。使用药剂处理 纺织品以达到抗菌目的的同时要注意到药剂对人体的副作用。所有微生物作用剂 都能杀死活着的有机物，如细菌、酵母菌。这些活性剂对哺乳动物有各种各样的 毒性。因此对生产者和消费者的安全要有有效的保障。生产者必须掌握抗菌药剂 的安全使用浓度，将毒性减少到最低。 抗菌纺织品主要由两种方法获得：( 1 ) 直接采用抗菌纤维制成各类织物； ( 2 ) 将织物用抗菌剂进行后处理加工以获得抗菌性能。前者抗菌效果持久、耐 洗性好，但技术含量高，难度大，抗菌纤维的生产较为不易，对抗菌剂的要求较 高；而后者加工处理较为简单，但生产中三废多，其耐洗性及抗菌效果较差。由 于这种方法加工方便，并可供选择的抗菌剂范围广，纺织品不管是原料纤维还是 纱线或织物甚至成衣均可通过后整理方法获得抗菌功效，因此在目前上市的各 类抗菌织物中，以后整理加工的居多【4 5 4 6 1 。 后整理加工法是指用含抗菌的溶液或树脂对成品及其织物进行浸渍或涂覆 处理，通过化学结合使对人体无害的抗菌剂停留在织物上，经过与皮肤接触而直 接作用于人体或缓慢释放抗菌剂，达到抑制菌类生长的目的，从而赋予纤维和织 物抗菌的功能。常用的方法有：表面涂层法、树脂整理法、微胶囊法等【4 卜4 2 1 。 对于采用天然植物染料染色制成的纺织品，利用天然植物的药用功能达到抗 菌功效，其抗菌机理的研究鲜见报导，从现有的文献资料来看，天然抑制剂主要 作用于细胞膜【3 6 1 。制作方法属于后整理加工。 1 4 植物染料制取抗菌纺织品的研究现状 天然植物染料具有无毒、无害、无污染等优点，许多植物染料( 如艾蒿、黄 柏等) 还具有杀菌的功效，对人体具有保健抗菌的作用。对具有抗菌功能的植物 在医学上研究较多，如1 2 所述，而在纺织业上利用植物染料对织物进行染色赋 予织物抗菌功能这方面的报道很少。印度的r a j n is i n g h 等科研人员研究了几茶 a c a c i ac a t e c h u 、栎树叶q u e r c u si n f e c t o r i a 、茜草r u b i ac o r d i f o l i a 、长刺酸模r u m e x m a r i t i m u s 四种植物染料，按照定性试验方法他们分别测试了这四种植物染料对 第一章抗菌植物染料与抗菌特性综述 绿脓杆菌p s e u d o m o n a sa e r u g i n o s a , 枯草杆菌b a c i l l u ss u b t i l i s 、变形杆菌p r o t e u s v u l g a r i s 、肺炎克雷伯菌k l e b s i e u ap n e u m o n i a e 、大肠杆菌e s c h e r i c h i ac o l i 五种细