金銀花提取物整理棉織物的研究

張曉麗，周凱瑞，許云輝，肖　歡

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)輕紡工程與藝術(shù)學(xué)院,安徽合肥 230036)

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金銀花提取物整理棉織物的研究

張曉麗，周凱瑞，許云輝，肖歡

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)輕紡工程與藝術(shù)學(xué)院,安徽合肥 230036)

為提高棉織物的抗紫外線性能，減少化學(xué)整理劑的污染，采用水提取醇沉淀法，C2H5OH作溶劑，提取金銀花中的綠原酸類物質(zhì)。然后用檸檬酸、酒石酸、綠原酸等對(duì)棉織物進(jìn)行復(fù)合整理，測(cè)試棉織物的各項(xiàng)性能。綜合分析金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、整理液溫度、處理時(shí)間等因素，得出棉織物的最佳整理工藝。結(jié)果表明：整理后純棉織物UVA透過(guò)率2.60%，UPF值為74。說(shuō)明金銀花提取物聯(lián)合多元羧酸對(duì)棉織物的抗紫外整理效果較顯著。

棉織物抗紫外整理金銀花

據(jù)報(bào)道金銀花所含化學(xué)成分有綠原酸、異綠原酸、黃酮化合物、芳樟醇和雙花醇等；其中綠原酸類化合物是金銀花的重要有效成分，包括綠原酸和異綠原酸。金銀花中活性物質(zhì)的提取方法很多種,有水提取法，溶劑提取法，超聲波提取法，微波提取法，酶解醇提法等，這些提取方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。孫莎莎，唐人成，等用乙醇法提取金銀花中活性成分，并研究了金銀花提取物的抗紫外性能[1]。因?yàn)橐掖紵o(wú)污染，提取效率高，所以常用乙醇作為溶劑進(jìn)行天然活性成分提取[2,3]。

多元羧酸進(jìn)行棉織物的耐久壓燙整理己用于生產(chǎn)實(shí)際中，多元羧酸以及多元羧酸的殼聚糖溶液用于紡織品的抗皺整理也是目前研究較多的一個(gè)課題[4]。殼聚糖(CS)經(jīng)多元羧酸的橋聯(lián)作用結(jié)合在織物上，增加了織物的抗皺性能。Wilska等人研究還發(fā)現(xiàn)，綠原酸大大提高草莓等果汁色澤的穩(wěn)定性。Facino等人研究，以綠原酸為代表的天然多酚物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們可以保護(hù)膠原蛋白不受活性氧等自由基傷害，并能有效防止紫外線對(duì)人體皮膚產(chǎn)生傷害作用[5]。如何將金銀花提取物綠原酸與紡織品結(jié)合起來(lái)，使其同時(shí)獲得抗皺和抗紫外性能，對(duì)于拓寬紡織品應(yīng)用范圍是有很大的實(shí)際價(jià)值。

本文通過(guò)水提取醇沉淀法提取綠原酸類物質(zhì)，再采用多元羧酸和金銀花提取物聯(lián)合處理棉織物，通過(guò)多元羧酸的橋聯(lián)作用，與纖維的電性吸附，或與纖維分子上活性基團(tuán)形成化學(xué)鍵結(jié)合，或與纖維內(nèi)部微隙及纖維表面沉積，同時(shí)借助固著劑、交聯(lián)劑的化學(xué)作用，賦予棉織物新的性能[6,7]。進(jìn)一步將綠原酸、多元羧酸共同處理棉織物，以期開(kāi)發(fā)出多功能性的棉織物新產(chǎn)品。

1　材料和方法

1.1材料

干金銀花：購(gòu)于藥店，純棉坯布(經(jīng)緯密35×25/cm，14．8 tex×14．8 tex，78 g/m2)次亞磷酸鈉、檸檬酸、酒石酸、NaOH、磷酸三鈉、亞硫酸鈉、乙醇(均為AR)，滲透劑JFC、柔軟劑(CP.)。

儀器設(shè)備：YG(B)912E型紡織品防紫外線性能測(cè)試系統(tǒng)，YG(B)D26D-250電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織儀器有限公司)、SBDY-1數(shù)顯白度儀(上海悅豐儀器儀表有限公司)、YG541-B型折皺回復(fù)儀(寧波紡織儀器廠)、JMU506型軋車(北京紡織機(jī)械器材研究所)、SHB-IV真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)等。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1金銀花的提取

金銀花提取工藝：

金銀花→煎煮(加蓋，不斷攪拌，50min)→真空過(guò)濾→濃縮(漿糊狀)→加入一定比例的水和C2H5OH(恒溫，攪拌)→濃縮干燥→冷卻→減壓→過(guò)濾→金銀花提取物

1.2.2棉織物預(yù)處理

棉織物前處理配方：NaOH25g/L，磷酸三鈉3g/L，亞硫酸鈉2g/L，滲透劑JFC，浴比1:20。

工藝流程：純棉坯布(60℃水潤(rùn)濕)→浸軋堿液(95℃，二浸二軋，帶液率70%左右)→熱水洗(70℃～80℃，5min，3次)→冷水洗→晾干→剪成20cm×20cm→50℃烘箱(40min)→室溫冷卻，稱重。

1.2.3整理棉織物的工藝路線

6%金銀花提取物+8%多元羧酸溶液+3%次亞磷酸鈉+0.1%滲透劑JFC、1%柔軟劑→恒溫35℃，處理50min(溶解、混合)→整理液→(純棉坯布)恒溫55℃下，攪拌處理60min →在小軋機(jī)速度為1.5m/min下一浸二軋?zhí)幚怼?0℃下烘10min →蒸餾水清洗→低溫烘干→測(cè)試性能。

1.2.4設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

根據(jù)金銀花主成分綠原酸的理化性質(zhì)，確定三因素三水平正交試驗(yàn)如表1。

表1　金銀花提取物制備的因素水平

1.3性能測(cè)試

1.3.1織物白度

參照GB/T9338-2008，將試樣疊成四層(織物表面紋路方向盡可能一致，保持織物平整)，在SBDY-I型數(shù)字白度儀測(cè)試織物白度。

1.3.2斷裂強(qiáng)力

按照條樣法，分別沿經(jīng)向剪取20cm×5.2cm的試樣，通過(guò)拆線使試樣的寬度正好為5cm，在20℃、相對(duì)濕度65%的環(huán)境下平衡24h。按GB3923/1997標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，在電子織物強(qiáng)力機(jī)上測(cè)試織物斷裂強(qiáng)力，單位牛頓(N)。

強(qiáng)力保持率(%)=整理后強(qiáng)力值/整理前強(qiáng)力值×100%

(1)

1.3.3增重率

處理后織物的增重率按(2)式計(jì)算：

增重率=(G1-G2)/G2×100%

(2)

G1：處理后織物干重(g)，G2；處理前織物干重(g)

1.3.4織物折皺回復(fù)角

參照GB/T 3819-1997在折皺回復(fù)儀(YG541-B型)分別測(cè)試織物的折皺彈性回復(fù)角(WRA)，并記錄數(shù)據(jù)。

1.3.5織物抗紫外線性能

參照GB/T 18830-2002，通過(guò)91E防紫外線性能測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試織物的防紫外線性能并記錄相應(yīng)的UVA和UPF值。

1.3.6耐洗滌測(cè)試

洗滌配方：洗衣粉1g/L、浴比1:100配成洗滌液，室溫下皂洗10min，清洗2min，脫水 2min，室溫晾干，為一次洗滌過(guò)程，如此反復(fù)10次、30次、50次，再測(cè)試棉織物的各項(xiàng)性能。

2　試驗(yàn)部分

2.1金銀花提取工藝的正交試驗(yàn)

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果

表3　正交試驗(yàn)極差分析

由表2、3可知，四個(gè)因素的優(yōu)水平組合A3B2C3D3為本試驗(yàn)的最優(yōu)水平組合，即金銀花提取的最佳工藝條件是C2H5OH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，藥液溫度50℃，金銀花用量為50g，提取時(shí)間是1.0h。

2.2金銀花提取物整理棉織物

表4　整理前棉織物性能

以增重率、折皺回復(fù)角、斷裂強(qiáng)力、白度、UVA、UPF作為衡量整理成效的考查指標(biāo)，單因素分析了影響棉織物整理效果的因素：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、整理液溫度、處理時(shí)間。

2.2.1金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)各性能的影響

整理液配方：多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，0.1%滲透劑JFC、1%有機(jī)硅柔軟劑，浴比1:20，整理液溫度55℃，處理時(shí)間60min。不同金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)：(2%，4%，6%，8%，10%，12%)。

圖1　金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)增重率的影響

圖3　金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)斷裂強(qiáng)力的影響

圖4　金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)白度的影響

圖5　金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UVA的影響

圖6　金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UPF的影響

由圖1-6看出，隨著金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，棉織物的增重率和白度略增加，折皺回復(fù)角提高，斷裂強(qiáng)力下降，在4%左右抗紫外線性能最佳。因?yàn)榻疸y花中綠原酸經(jīng)過(guò)多元羧酸的聯(lián)合作用與棉織物交聯(lián)，增重率和抗紫外線性能隨著金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加有明顯提高，對(duì)折皺回復(fù)角、白度，斷裂強(qiáng)力影響不顯著。

2.2.2多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)各性能的影響

整理液配方：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，0.1%滲透劑JFC、1%有機(jī)硅柔軟劑，浴比1:20，整理液溫度55℃，處理時(shí)間60min。多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(2%、6%、8%、10%、12%、14%)。

圖7　多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)增重率的影響

圖8　多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)WRA的影響

圖10　多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)白度的影響

圖11　多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UVA的影響

圖12　多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UPF的影響

上頁(yè)圖7-12中可看出，隨著多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，棉織物的增重率、折皺回復(fù)角有所增加；白度、斷裂強(qiáng)度下降，在8%左右UVA較低、UPF也達(dá)到最高。

隨著羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，羧酸基含量增加，酯化反應(yīng)率也提高，折皺回復(fù)角增大。同時(shí)羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，棉織物基體上剩余有自由羥基沒(méi)有參加與多元羧酸的酯化反應(yīng)，可能被綠原酸的固定所利用；隨著羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，棉基體上參加交聯(lián)的羥基也逐漸增多；但羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)某一定值時(shí)，棉基體上加入反應(yīng)的羥基已達(dá)到飽和，故羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)增重率和折皺回復(fù)角效果的影響已不明顯了。隨著多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，斷裂強(qiáng)力下降，因?yàn)槊蘩w維中交聯(lián)鍵的生成限制纖維素大分子鏈在外力作用下的相對(duì)滑移，引起應(yīng)力集中，使斷裂強(qiáng)力下降[8]。8%的多元羧酸處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以獲得較高的增重率、折皺回復(fù)角及強(qiáng)力保持率。

2.2.3次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)各性能的影響

整理液配方：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，0.1%滲透劑JFC、1%有機(jī)硅柔軟劑，浴比1:20，整理液溫度55℃，處理時(shí)間60min。次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(1%、2%、3%、4%、5%、6%)。

圖13　次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)增重率的影響

圖14　次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)折皺回復(fù)角的影響

圖16　次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)白度的影響

圖17　次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UVA的影響

圖18　次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)UPF的影響

由上頁(yè)圖13-18可知，隨著次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，織物的增重率增加，折皺回復(fù)角增大，斷裂強(qiáng)度下降，白度略增大。而次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%時(shí)，UVA最低、UPF達(dá)到最高。根據(jù)環(huán)酐機(jī)理，多元酸相鄰羧基在催化劑的作用下，脫水形成環(huán)狀酸酐，再進(jìn)一步與纖維素分子中的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)。

沒(méi)有催化劑時(shí)，多元羧酸需要在其熔點(diǎn)溫度下才能脫水形成酸酐，由于多元羧酸基之間的氫鍵作用阻礙了在較低溫度下形成環(huán)狀酸酐，而加入催化劑后，能消弱分子間的氫鍵作用，而使多元酸形成酸酐的溫度降低[7]。隨著次亞磷酸鈉用量的增加，多元羧酸脫水程度增強(qiáng)，等同于檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，所以折皺回復(fù)角增加，斷裂強(qiáng)力和白度下降。當(dāng)次亞磷酸鈉用量過(guò)多時(shí)，可能會(huì)還原部分交聯(lián)的酯鍵，使得折皺回復(fù)角略有下降[9]。

2.2.4整理液溫度對(duì)各性能的影響

整理液配方：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%、0.1%滲透劑JFC、1%有機(jī)硅柔軟劑，浴比1:20，處理時(shí)間60min。改變整理液的溫度： (25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃)。

圖19　整理液溫度對(duì)增重率的影響

圖20　整理液溫度對(duì)WRA的影響

圖22　整理液溫度對(duì)白度的影響

圖23　整理液溫度對(duì)UVA的影響

圖24　整理液溫度對(duì)UPF的影響

從上頁(yè)圖19-24可知，隨著整理液的溫度上升，棉織物的增重率增加，折皺回復(fù)角在55℃增到最大值。斷裂強(qiáng)度減小，白度增大。而55℃左右的時(shí)候，UVA在55℃降到最低、UPF值達(dá)到最高。因?yàn)檎硪簻囟忍岣唪人狨セ磻?yīng)的程度，有利于增強(qiáng)棉織物的彈性。因此整理液溫度55℃，整理后的織物各項(xiàng)性能較優(yōu)。

2.2.5整理時(shí)間對(duì)各性能的影響

整理液配方：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%、0.1%滲透劑JFC、1%有機(jī)硅柔軟劑，浴比1:20，整理液溫度55℃。改變整理時(shí)間： (30min、40min、50min、60min、70min、80min)。

圖25　整理時(shí)間對(duì)增重率的影響

圖26　整理時(shí)間對(duì)WRA的影響

圖27　整理時(shí)間對(duì)斷裂強(qiáng)力的影響

圖29　整理時(shí)間對(duì)UVA的影響

圖30　整理時(shí)間對(duì)UPF的影響

圖25-30顯示了整理時(shí)間對(duì)整理后棉織物各項(xiàng)性能的影響，隨著整理時(shí)間的延長(zhǎng)，棉織物增重率增加，折皺回復(fù)角影響不大。隨著整理時(shí)間的增加，斷裂強(qiáng)度和白度變化不明顯。而UVA在60min降到最低，而UPF值在60min達(dá)到最大。綜合分析各項(xiàng)性能變化，整理時(shí)間為60min時(shí)各性能較優(yōu)。

綜合分析可確定整理效果最佳的工藝為：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，次亞磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，整理液的溫度為55℃，整理時(shí)間60min。

2.3復(fù)合整理后純棉織物性能

最優(yōu)工藝：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，次亞磷酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，整理液的溫度為55℃，整理時(shí)間60min。整理后純棉織物增重率達(dá)12.3%，折皺回復(fù)角達(dá)172°，斷裂強(qiáng)力保留率為79%，白度62，UVA透過(guò)率2.60%，UPF值為74。

表5　整理后棉織物各項(xiàng)性能

由表5可知，整理后棉織物折皺回復(fù)角提升率仍有35.72%。隨著洗滌次數(shù)的增加，抗皺性能逐漸下降，因?yàn)槎嘣人崤c纖維素纖維形成的酯鍵，在堿性條件下部分水解，使交聯(lián)酯鍵含量減少。強(qiáng)力有提高，隨著洗滌次數(shù)的增加織物的抗紫外線性能變化不大，洗滌次數(shù)50次時(shí)，整理后棉織物在此區(qū)間的UVA仍然小于5%，UPF也大于30%。由于棉織物經(jīng)過(guò)復(fù)合整理后，綠原酸借助多元羧酸的聯(lián)合作用，以化學(xué)鍵結(jié)合在棉纖維上，經(jīng)50次洗滌后，仍保持較好的抗紫外線性能。

3　結(jié)論

本文選取水提取醇沉淀法，用C2H5OH做溶劑，提取金銀花中的綠原酸類物質(zhì)。然后用檸檬酸、酒石酸、綠原酸等對(duì)棉織物進(jìn)行復(fù)合整理，測(cè)試棉織物的各項(xiàng)性能，得到結(jié)論：

(1)正交試驗(yàn)獲得金銀花提取最佳工藝為：C2H5OH質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%，溫度50℃，金銀花用量為50g，提取時(shí)間是1.0h。

(2)綜合分析得出棉織物整理較優(yōu)工藝為：金銀花提取物質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，多元羧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，次亞磷酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，整理液的溫度為55℃，整理時(shí)間60min。

(3)優(yōu)化工藝復(fù)合整理后純棉織物增重率達(dá)到了12%，折皺回復(fù)角172°，斷裂強(qiáng)力保留率79.12%，白度達(dá)62，而抗紫外線性能，UVA透過(guò)率2.6%，UPF值74。對(duì)整理后的棉織物進(jìn)行洗滌50次后，棉織物仍保持良好的抗紫外線性能。

[1]孫莎莎，唐人成，金銀花提取物在錦綸上的吸附和抗紫外性能[J].印染，2009，35(22)：4-8.

[2]Ky C L.NoirotM. Hamon S. Comparison of five purification methods for chlorogenic acids in green coffee beans[J]. Journal of Agricultural and food Chemistry,1997, 45(3): 786-790.

[3]李杰，王學(xué)廷，吳銀萍，等.銀花中綠原酸提取方法的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42(16)：4969-4970，4973.

[4]Clifford M N,Williams T.Bridson T．Chlorogenic acids and caffeine as possible taxonomic criteria in Coffea and Psilanthus[J]. Phyto-chemistry, 1989(28): 829-838.

[5]Wang H，Nair M G,Srtasburg G M. et a1.Novel antioxidant compounds from Tart Cherries．J Nat scavenge peroxynitrite[J].Nat Prod Sci, 1999, 5(2): 80-84.

[6]Shin Hoonsik,etal. Effect Ultraviolet Irradiation on Fixation of Chitosan of Chitosan on Cotton and Poly (Ethylene telephthalate) Fabrics[J]. SEN I GAKKAISHI, 1998,54(8): 400-406.

[7]Yong-Sik、Kwang J、Durable press and anti-microlual finishing of cotton fabrics with a CA and chitosan treatment[M].2000(3):10-11.

[8]陳克寧，賈炳穎，王超，次磷酸鈉在CA整理體系中的催化作用[J].印染，2002(7)：1-3.

[9]高冬梅，宋曉秋，李宏濤．棉織物的多元羧酸抗皺整理[J].印染，2005，31(5)：7-8.

1008-5580(2016)03-0040-08

2016-04-07

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科骨干培育項(xiàng)目(2014XKPY-55), 安徽省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201510364049)。

張曉麗(1976-)，女，博士研究生，副教授，研究方向：紡織材料功能化改性。

TS 131.9

A