天然植物綠莧和龍葵對棉織物防紫外整理效果的探究

鄭云龍，王進美，石 煜

(西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安710048)

0 前言

近年來，由于人類的生產(chǎn)和生活所產(chǎn)生的大量氯氟烴類化合物導(dǎo)致地球的保護傘即臭氧層日益遭到破壞，使得到達地球表面的紫外線輻射量越來越大，由于紫外線輻射而引起的健康問題日益增多。 普通服裝材料的紫外線屏蔽率一般在50%左右，遠遠達不到防紫外要求。 目前市場上銷售的防紫外整理劑大多對環(huán)境有害，紡織業(yè)正在尋找替代品。 在這方面，一些天然染料和植物提取物已顯示出有希望的結(jié)果。 蘇毅將黃柏、黃連和姜黃提取液應(yīng)用到棉織物防紫外整理，整理后棉織物UPF 值得到提高[1]；蘇毅將姜黃、黃柏、金銀花、槐米、黃連、黃芩、石榴皮、甘草、綠茶等天然植物提取液進行復(fù)配后應(yīng)用于棉織物防紫外整理，取得了不錯的效果[2]。 漆晴采用茜草提取物作為染料對棉織物以及錦綸等植物進行抗紫外處理，取得了良好的效果[3]。 賴沁潤等人對不同種蘆薈植物的化學物組成及抗紫外損傷機理進行了探究，結(jié)果表明，其總酚和類黃酮的含量高，蘆薈提取物抗氧化效果好，抗紫外線效果是顯而易見的[4]。 王寧寧等討論研究了天然植物染料HH-CT 的抗紫外性能。 實驗結(jié)果表明，HH-CT 染料在酸性條件下具有良好的熱穩(wěn)定性。 得到的最佳工藝參數(shù)為：萃取溫度100℃，浸提時間60 min，浴比為1：10。 測定了經(jīng)染色羊毛織物的紫外線防護系數(shù)(UPF)。 結(jié)果表明，染色處理后羊毛織物的UPF 值大于30，并且經(jīng)過染色處理的羊毛織物在UVA 波段的平均透過率小于5%。 按照GB/T 18830-2002 中定義的“紫外線防護產(chǎn)品”標準來看，其防紫外性能優(yōu)良[5]。 柯貴珍等人將黃連提取物用于棉、絲綢和羊毛織物的染色，評估染色后抗紫外線的性能，測試結(jié)果體現(xiàn)出經(jīng)黃連染色的織物具有更好的抗紫外線特性[6]。羅亞雄利用超聲波技術(shù)從魚腥草中提取天然染料。染色后，各種織物的防紫外線效果明顯提高，具有良好的抗紫外線性能[7]。 郜世博等人用黃色系天然染料黃芩提取物黃芩苷對滌綸面料進行著色處理，并對其抗紫外線性能進行了測試，結(jié)果表明與染色處理之前的UPF 值比較有顯著性差異，滌綸面料染色前的UPF 為19.5，染色處理后，防紫外線能力明顯有所提高，測試得到UPF 值為102.3。 另外黃芩苷具有抗氧化、抗菌、清熱、干燥、潤濕、止血等功能，對人體健康大有裨益[8]。 陳欣子從葡萄籽、石榴皮以及桔皮中提取出植物染料，對羊毛織物進行染色。 對用三種植物提取物作為染料染色的織物與同色合成的染料染色的織物進行了比較，結(jié)果表明，用三種植物提取物作為染料染色的織物具有較強的抗紫外線能力[9]。 此外，它還具有良好的抗紫外線洗滌性能，把羊毛織物在染色前后暴露在相同的紫外線輻射下，染色后羊毛織物的強度無損失，達到了長效、高防護的目的。

植物中用于防紫外線的物質(zhì)主要包括蛋白質(zhì)、黃酮類、礦物質(zhì)、有機酸、超氧化物歧化酶SOD、蒽醌類等。 黃酮類化合物和蒽醌類化合物具有共軛雙鍵，對紫外線有很強力的吸收作用；粘蛋白可以形成一層粘膜附在皮膚表面，用來反射紫外線；超氧化物歧化酶(SOD)和小分子的抗氧化劑可以吸收紫外線或者抑制酪氨酸酶的活性。 通過查閱相關(guān)文獻[10-13]了解到綠莧和龍葵含有黃酮類物質(zhì)蘆丁、槲皮素和酚類物質(zhì)沒食子酸，故本文將其提取物用于棉織物防紫外整理，探究其防紫外效果。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

織物 純棉織物133.2g/m2

藥品 無水乙醇、硫酸鋁鉀、(分析純AR，天津市大茂化學試劑廠)，去離子水(自制)，沒食子酸標準樣、槲皮素標準樣、蘆丁標準樣(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，龍葵(購自藥店)，綠莧(市售)。

儀器 索氏提取器(北京啟文海龍玻璃制品有限公司)，F(xiàn)A1004 精密電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)，DHZ-D(Ш)循環(huán)水真空泵(鞏義市英峪華玉儀器廠)，DZ-2A 型真空干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)，高速萬能粉碎機FW80型(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)，YG026D-1000 電子強力機(溫州方圓儀器有限公司)，YG141D 型數(shù)字式織物厚度儀、YG811 型光電式織物懸垂性測試儀、YG461 型數(shù)字式透氣量儀(寧波紡織儀器廠)，WSB-2 數(shù)顯白度儀(上海昕瑞儀器儀表有限公司)，紫外分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)，UV-2000F 紫外透射率分析儀(上海藍菲光學儀器有限公司)，SF1-21 玻璃反應(yīng)釜(鄭州杜甫儀器廠)，傅里葉變換紅外光譜儀(PerkinElmer)，Date Color SF300 型思維士電腦測色儀(思維士科技公司)。

1.2 植物整理劑的提取及相關(guān)測定

方法：將干燥并粉碎至70 ～80 目實物綠莧和龍葵各稱取250g，每次取5g 綠莧粉末放入索氏提取器中自制的濾紙筒內(nèi)，加入200mL 60%乙醇并連接好裝置，60℃恒溫水浴提取至溶液不變色為止，如此反復(fù)提取完250g 綠莧。 然后取下用同樣的方法提取龍葵。 提取完畢用真空抽濾。

植物提取物粉末與槲皮素、蘆丁和沒食子酸做ATR 紅外光譜分析對比。

1.3 純棉織物防紫外整理工藝

直接整理法：將試樣分別浸漬于60℃的植物提取液(1：50)以及按1：1 復(fù)配提取液中3h。 反應(yīng)完成水洗烘干。

預(yù)處理整理法：將織物試樣在70℃熱水中預(yù)處理10min，取出擠干水分用明礬進行絡(luò)合處理(1：50，明礬含量5%)1h，取出冷水沖洗并烘干，將試樣分別浸漬于60℃的植物提取液(1：50)以及按1：1 復(fù)配提取液中3h。 反應(yīng)完成水洗烘干。

1.4 織物的性能測試

1.4.1 織物防紫外性能測試

在UV-2000F 紫外透射率分析儀上采用國家標準GB/T18830-2009《紡織品防紫外性能的評定》中紫外透過率和UPF 的計算公式確定織物的UPF、TUVA和TUVB。

1.4.2 織物厚度測試

采用國家標準GB3820-1999，用YG141D 型數(shù)字式織物厚度儀測試，棉織物取壓腳面積50mm2，壓力50c N/cm2，待壓時間10s。 每個試樣測5 次，取平均值。

1.4.3 織物透氣性測試

采用標準GB/T5453-85，用YG461 型數(shù)字式透氣量儀測織物透氣率，測試壓差為100Pa，測試面積為20 cm2，噴嘴號為4 號，每個試樣測5 次，取平均值。

1.4.5 織物白度測試

采用WSB-2 數(shù)顯白度儀測定，測5 次，取平均值。

1.4.6 織物懸垂性測試

采用標準GB/T 23329-2009，用YG811 型光電式織物懸垂性測試儀測定。 將直徑為25cm 的圓形試樣標明與經(jīng)緯向成45。的四條線，每個試樣測四個方向取均值。

1.4.7 織物機械性能測試

采用YG026D-1000 電子強力機，根據(jù)GB/T3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能》每個試樣經(jīng)緯向各測5 次，取平均值為實驗結(jié)果。

采用YG026D-1000 電子強力機，根據(jù)GB/T3917.3-2009《紡織品織物撕破性能》釆用梯形試樣法測量織物撕破強力，每個試樣經(jīng)緯向各測5次，取平均值為實驗結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取液的紫外吸收光譜

用紫外分光光度計測試兩種提取液以及按1 ∶1復(fù)配的提取液在波長200nm ～400nm 的紫外吸光度，測試結(jié)果如圖1 所示。

圖1 提取液的紫外吸收光譜

由圖1 可知，兩種植物提取液對波長在200nm～340nm 的紫外線吸收效果較好，在340nm ～400nm 之間，隨著波長的增加吸光度是逐漸降低的。 相比單一植物提取液的吸光度，復(fù)配液的效果明顯要好。 總而言之，兩種提取液對紫外線具有較廣范圍波長的吸收。

2.2 綠莧和龍葵提取物的紅外光譜分析

圖2 綠莧、龍葵提取物紅外光譜圖

龍葵紅外光譜分析：龍葵和槲皮素在3316cm-1是酚羥基Ar-OH 的OH 伸縮振動，2348cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1610cm-1為α，β 不飽和酮C ＝O伸縮振動；龍葵和蘆丁在3324cm-1是酚羥基Ar-OH 的OH 伸縮振動，2366cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1596cm-1處是苯環(huán)的骨架振動，1016cm-1處為＝C-O-C 的反對稱和對稱伸縮振動；龍葵和沒食子酸在3286cm-1是羥基自由基(-OH)的伸縮振動吸收峰，2362cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1610cm-1處是苯環(huán)(C ＝C)的伸縮振動吸收峰。 其中標準樣的譜圖與文獻中[14-15]蘆丁和槲皮素、沒食子酸紅外光譜圖相吻合。 由此表明龍葵提取物中含有蘆丁、槲皮素和沒食子酸三種物質(zhì)。

綠莧紅外光譜分析：綠莧和槲皮素在3326cm-1是酚羥基Ar-OH 的OH 伸縮振動，2362cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1610cm-1處是α，β 不飽和酮C ＝O 伸縮振動，1357cm-1處是C)C 伸縮振動和C)OH(C-3 位)面內(nèi)彎曲振動；綠莧和蘆丁在3330cm-1是酚羥基Ar-OH 的OH 伸縮振動，2358cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1596cm-1、1357cm-1處是苯環(huán)的骨架振動，1016cm-1處＝C-O-C 的反對稱和對稱伸縮振動；綠莧和沒食子酸在3276cm-1是羥基自由基(-OH)的伸縮振動吸收峰，2362cm-1處是雙鍵三鍵累積區(qū)，1614cm-1處是苯環(huán)(C ＝C)的伸縮振動吸收峰。 其中標準樣的譜圖與文獻中[14-15]蘆丁和槲皮素、沒食子酸紅外光譜圖相吻合。 由此表明綠莧提取物中含有蘆丁、槲皮素和沒食子酸三種物質(zhì)。

2.3 防紫外性能測試結(jié)果與分析

采用上述1.3 中棉織物防紫外整理方法對棉織物進行防紫外整理，測試結(jié)果如表1 所示。

表1 棉織物防紫外性能測試結(jié)果

由表1 可知，與原布相比，經(jīng)綠莧和龍葵提取液的棉織物防紫外性能均有大幅提高且均滿足GB/T 18830-2009《紡織品防紫外性能的評定》中防紫外產(chǎn)品評定標準：UPF ＞40，且T(UVA)AV＜5%，其中經(jīng)明礬預(yù)處理和提取液混合整理防紫外效果要好于提取液直接整理和提取液單一整理。

2.4 織物厚度、透氣性測試與分析

表2 為織物厚度、透氣性測試結(jié)果

表2 織物厚度、透氣性測試結(jié)果

由表2 可知，經(jīng)植物提取液整理后織物的厚度與原布相比變化不大，表明植物提取液對織物厚度的影響可忽略不計。 與原布相比，經(jīng)植物提物液整理后織物的透氣率略有下降，這是因為在織物表面及纖維之間形成一層薄膜，總體而言，對織物的透氣性影響較小。

2.5 織物懸垂性測試結(jié)果與分析

表3 為織物懸垂性測試結(jié)果

表3 織物懸垂性測試結(jié)果

由表3 可知，與原布相比，經(jīng)植物提物液整理后織物的懸垂系數(shù)略有降低，懸垂性變差。

2.6 織物白度測試結(jié)果與分析

表4 是織物白度測試結(jié)果

表4 織物白度測試結(jié)果

由表4 可知，整理后織物的白度下降幅度較大，K/S 值與原布相比均有不同程度的增大，與其他整理方法相比，提取液混合整理相對影響小，整體而言，植物提取液對植物的白度影響略大。

2.7 織物物理機械性能測試結(jié)果與分析

表5 是織物物理機械性能測試結(jié)果

由表5 可知，經(jīng)植物提取液整理后織物的拉伸斷裂強力和撕破強力略有下降，總體而言，對織物的物理機械性能影響較小。

表5 織物物理機械性能測試結(jié)果

3 結(jié)論

(1)通過實驗結(jié)果可得知，綠莧和龍葵提取液含有黃酮類物質(zhì)蘆丁、槲皮素以及酚類物質(zhì)沒食子酸，這些物質(zhì)對紫外線均有吸收作用，由防紫外測試結(jié)果來看，綠莧和龍葵提取液可用于棉織物防紫外整理劑。

(2)經(jīng)綠莧和龍葵提取液整理的棉織物與未整理的棉織物相比，除白度外，其他服用性能如織物懸垂性、透氣性、厚度、物理機械性能等和原布相差不大。