金银花提取物整理棉织物的研究

张晓丽，周凯瑞，许云辉，肖　欢

(安徽农业大学轻纺工程与艺术学院,安徽合肥 230036)



金银花提取物整理棉织物的研究

张晓丽，周凯瑞，许云辉，肖欢

(安徽农业大学轻纺工程与艺术学院,安徽合肥 230036)

为提高棉织物的抗紫外线性能，减少化学整理剂的污染，采用水提取醇沉淀法，C2H5OH作溶剂，提取金银花中的绿原酸类物质。然后用柠檬酸、酒石酸、绿原酸等对棉织物进行复合整理，测试棉织物的各项性能。综合分析金银花提取物质量分数、多元羧酸质量分数、次亚磷酸钠质量分数、整理液温度、处理时间等因素，得出棉织物的最佳整理工艺。结果表明：整理后纯棉织物UVA透过率2.60%，UPF值为74。说明金银花提取物联合多元羧酸对棉织物的抗紫外整理效果较显著。

棉织物抗紫外整理金银花

据报道金银花所含化学成分有绿原酸、异绿原酸、黄酮化合物、芳樟醇和双花醇等；其中绿原酸类化合物是金银花的重要有效成分，包括绿原酸和异绿原酸。金银花中活性物质的提取方法很多种,有水提取法，溶剂提取法，超声波提取法，微波提取法，酶解醇提法等，这些提取方法都有各自的优缺点。孙莎莎，唐人成，等用乙醇法提取金银花中活性成分，并研究了金银花提取物的抗紫外性能[1]。因为乙醇无污染，提取效率高，所以常用乙醇作为溶剂进行天然活性成分提取[2,3]。

多元羧酸进行棉织物的耐久压烫整理己用于生产实际中，多元羧酸以及多元羧酸的壳聚糖溶液用于纺织品的抗皱整理也是目前研究较多的一个课题[4]。壳聚糖(CS)经多元羧酸的桥联作用结合在织物上，增加了织物的抗皱性能。Wilska等人研究还发现，绿原酸大大提高草莓等果汁色泽的稳定性。Facino等人研究，以绿原酸为代表的天然多酚物质，发现它们可以保护胶原蛋白不受活性氧等自由基伤害，并能有效防止紫外线对人体皮肤产生伤害作用[5]。如何将金银花提取物绿原酸与纺织品结合起来，使其同时获得抗皱和抗紫外性能，对于拓宽纺织品应用范围是有很大的实际价值。

本文通过水提取醇沉淀法提取绿原酸类物质，再采用多元羧酸和金银花提取物联合处理棉织物，通过多元羧酸的桥联作用，与纤维的电性吸附，或与纤维分子上活性基团形成化学键结合，或与纤维内部微隙及纤维表面沉积，同时借助固着剂、交联剂的化学作用，赋予棉织物新的性能[6,7]。进一步将绿原酸、多元羧酸共同处理棉织物，以期开发出多功能性的棉织物新产品。

1　材料和方法

1.1材料

干金银花：购于药店，纯棉坯布(经纬密35×25/cm，14．8 tex×14．8 tex，78 g/m2)次亚磷酸钠、柠檬酸、酒石酸、NaOH、磷酸三钠、亚硫酸钠、乙醇(均为AR)，渗透剂JFC、柔软剂(CP.)。

仪器设备：YG(B)912E型纺织品防紫外线性能测试系统，YG(B)D26D-250电子织物强力机(温州大荣纺织仪器有限公司)、SBDY-1数显白度仪(上海悦丰仪器仪表有限公司)、YG541-B型折皱回复仪(宁波纺织仪器厂)、JMU506型轧车(北京纺织机械器材研究所)、SHB-IV真空泵(郑州长城科工贸有限公司)等。

1.2试验方法

1.2.1金银花的提取

金银花提取工艺：

金银花→煎煮(加盖，不断搅拌，50min)→真空过滤→浓缩(浆糊状)→加入一定比例的水和C2H5OH(恒温，搅拌)→浓缩干燥→冷却→减压→过滤→金银花提取物

1.2.2棉织物预处理

棉织物前处理配方：NaOH25g/L，磷酸三钠3g/L，亚硫酸钠2g/L，渗透剂JFC，浴比1:20。

工艺流程：纯棉坯布(60℃水润湿)→浸轧碱液(95℃，二浸二轧，带液率70%左右)→热水洗(70℃～80℃，5min，3次)→冷水洗→晾干→剪成20cm×20cm→50℃烘箱(40min)→室温冷却，称重。

1.2.3整理棉织物的工艺路线

6%金银花提取物+8%多元羧酸溶液+3%次亚磷酸钠+0.1%渗透剂JFC、1%柔软剂→恒温35℃，处理50min(溶解、混合)→整理液→(纯棉坯布)恒温55℃下，搅拌处理60min →在小轧机速度为1.5m/min下一浸二轧处理→80℃下烘10min →蒸馏水清洗→低温烘干→测试性能。

1.2.4设计正交试验

根据金银花主成分绿原酸的理化性质，确定三因素三水平正交试验如表1。

表1　金银花提取物制备的因素水平

1.3性能测试

1.3.1织物白度

参照GB/T9338-2008，将试样叠成四层(织物表面纹路方向尽可能一致，保持织物平整)，在SBDY-I型数字白度仪测试织物白度。

1.3.2断裂强力

按照条样法，分别沿经向剪取20cm×5.2cm的试样，通过拆线使试样的宽度正好为5cm，在20℃、相对湿度65%的环境下平衡24h。按GB3923/1997标准测试，在电子织物强力机上测试织物断裂强力，单位牛顿(N)。

强力保持率(%)=整理后强力值/整理前强力值×100%

(1)

1.3.3增重率

处理后织物的增重率按(2)式计算：

增重率=(G1-G2)/G2×100%

(2)

G1：处理后织物干重(g)，G2；处理前织物干重(g)

1.3.4织物折皱回复角

参照GB/T 3819-1997在折皱回复仪(YG541-B型)分别测试织物的折皱弹性回复角(WRA)，并记录数据。

1.3.5织物抗紫外线性能

参照GB/T 18830-2002，通过91E防紫外线性能测试系统，测试织物的防紫外线性能并记录相应的UVA和UPF值。

1.3.6耐洗涤测试

洗涤配方：洗衣粉1g/L、浴比1:100配成洗涤液，室温下皂洗10min，清洗2min，脱水 2min，室温晾干，为一次洗涤过程，如此反复10次、30次、50次，再测试棉织物的各项性能。

2　试验部分

2.1金银花提取工艺的正交试验

表2　正交试验结果

表3　正交试验极差分析

由表2、3可知，四个因素的优水平组合A3B2C3D3为本试验的最优水平组合，即金银花提取的最佳工艺条件是C2H5OH质量分数为75%，药液温度50℃，金银花用量为50g，提取时间是1.0h。

2.2金银花提取物整理棉织物

表4　整理前棉织物性能

以增重率、折皱回复角、断裂强力、白度、UVA、UPF作为衡量整理成效的考查指标，单因素分析了影响棉织物整理效果的因素：金银花提取物质量分数、多元羧酸质量分数、次亚磷酸钠质量分数、整理液温度、处理时间。

2.2.1金银花提取物质量分数对各性能的影响

整理液配方：多元羧酸质量分数8%，次亚磷酸钠质量分数4%，0.1%渗透剂JFC、1%有机硅柔软剂，浴比1:20，整理液温度55℃，处理时间60min。不同金银花提取物质量分数：(2%，4%，6%，8%，10%，12%)。

图1　金银花提取物质量分数对增重率的影响

图3　金银花提取物质量分数对断裂强力的影响

图4　金银花提取物质量分数对白度的影响

图5　金银花提取物质量分数对UVA的影响

图6　金银花提取物质量分数对UPF的影响

由图1-6看出，随着金银花提取物质量分数增加，棉织物的增重率和白度略增加，折皱回复角提高，断裂强力下降，在4%左右抗紫外线性能最佳。因为金银花中绿原酸经过多元羧酸的联合作用与棉织物交联，增重率和抗紫外线性能随着金银花提取物质量分数增加有明显提高，对折皱回复角、白度，断裂强力影响不显著。

2.2.2多元羧酸质量分数对各性能的影响

整理液配方：金银花提取物质量分数6%，次亚磷酸钠质量分数4%，0.1%渗透剂JFC、1%有机硅柔软剂，浴比1:20，整理液温度55℃，处理时间60min。多元羧酸质量分数(2%、6%、8%、10%、12%、14%)。

图7　多元羧酸质量分数对增重率的影响

图8　多元羧酸质量分数对WRA的影响

图10　多元羧酸质量分数对白度的影响

图11　多元羧酸质量分数对UVA的影响

图12　多元羧酸质量分数对UPF的影响

上页图7-12中可看出，随着多元羧酸质量分数的增加，棉织物的增重率、折皱回复角有所增加；白度、断裂强度下降，在8%左右UVA较低、UPF也达到最高。

随着羧酸质量分数的增加，羧酸基含量增加，酯化反应率也提高，折皱回复角增大。同时羧酸质量分数较低时，棉织物基体上剩余有自由羟基没有参加与多元羧酸的酯化反应，可能被绿原酸的固定所利用；随着羧酸质量分数的增加，棉基体上参加交联的羟基也逐渐增多；但羧酸质量分数超过某一定值时，棉基体上加入反应的羟基已达到饱和，故羧酸质量分数对增重率和折皱回复角效果的影响已不明显了。随着多元羧酸质量分数增加，断裂强力下降，因为棉纤维中交联键的生成限制纤维素大分子链在外力作用下的相对滑移，引起应力集中，使断裂强力下降[8]。8%的多元羧酸处理质量分数，可以获得较高的增重率、折皱回复角及强力保持率。

2.2.3次亚磷酸钠质量分数对各性能的影响

整理液配方：金银花提取物质量分数6%，多元羧酸质量分数8%，0.1%渗透剂JFC、1%有机硅柔软剂，浴比1:20，整理液温度55℃，处理时间60min。次亚磷酸钠质量分数(1%、2%、3%、4%、5%、6%)。

图13　次亚磷酸钠质量分数对增重率的影响

图14　次亚磷酸钠质量分数对折皱回复角的影响

图16　次亚磷酸钠质量分数对白度的影响

图17　次亚磷酸钠质量分数对UVA的影响

图18　次亚磷酸钠质量分数对UPF的影响

由上页图13-18可知，随着次亚磷酸钠质量分数增加，织物的增重率增加，折皱回复角增大，断裂强度下降，白度略增大。而次亚磷酸钠质量分数4%时，UVA最低、UPF达到最高。根据环酐机理，多元酸相邻羧基在催化剂的作用下，脱水形成环状酸酐，再进一步与纤维素分子中的羟基发生酯化反应。

没有催化剂时，多元羧酸需要在其熔点温度下才能脱水形成酸酐，由于多元羧酸基之间的氢键作用阻碍了在较低温度下形成环状酸酐，而加入催化剂后，能消弱分子间的氢键作用，而使多元酸形成酸酐的温度降低[7]。随着次亚磷酸钠用量的增加，多元羧酸脱水程度增强，等同于柠檬酸质量分数的增加，所以折皱回复角增加，断裂强力和白度下降。当次亚磷酸钠用量过多时，可能会还原部分交联的酯键，使得折皱回复角略有下降[9]。

2.2.4整理液温度对各性能的影响

整理液配方：金银花提取物质量分数6%，次亚磷酸钠质量分数4%，多元羧酸质量分数8%、0.1%渗透剂JFC、1%有机硅柔软剂，浴比1:20，处理时间60min。改变整理液的温度： (25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃)。

图19　整理液温度对增重率的影响

图20　整理液温度对WRA的影响

图22　整理液温度对白度的影响

图23　整理液温度对UVA的影响

图24　整理液温度对UPF的影响

从上页图19-24可知，随着整理液的温度上升，棉织物的增重率增加，折皱回复角在55℃增到最大值。断裂强度减小，白度增大。而55℃左右的时候，UVA在55℃降到最低、UPF值达到最高。因为整理液温度提高羧酸酯化反应的程度，有利于增强棉织物的弹性。因此整理液温度55℃，整理后的织物各项性能较优。

2.2.5整理时间对各性能的影响

整理液配方：金银花提取物质量分数6%，次亚磷酸钠质量分数4%，多元羧酸质量分数8%、0.1%渗透剂JFC、1%有机硅柔软剂，浴比1:20，整理液温度55℃。改变整理时间： (30min、40min、50min、60min、70min、80min)。

图25　整理时间对增重率的影响

图26　整理时间对WRA的影响

图27　整理时间对断裂强力的影响

图29　整理时间对UVA的影响

图30　整理时间对UPF的影响

图25-30显示了整理时间对整理后棉织物各项性能的影响，随着整理时间的延长，棉织物增重率增加，折皱回复角影响不大。随着整理时间的增加，断裂强度和白度变化不明显。而UVA在60min降到最低，而UPF值在60min达到最大。综合分析各项性能变化，整理时间为60min时各性能较优。

综合分析可确定整理效果最佳的工艺为：金银花提取物质量分数8%，多元羧酸质量分数8%，次亚磷酸钠的质量分数4%，整理液的温度为55℃，整理时间60min。

2.3复合整理后纯棉织物性能

最优工艺：金银花提取物质量分数8%，多元羧酸质量分数8%，次亚磷酸钠的质量分数4%，整理液的温度为55℃，整理时间60min。整理后纯棉织物增重率达12.3%，折皱回复角达172°，断裂强力保留率为79%，白度62，UVA透过率2.60%，UPF值为74。

表5　整理后棉织物各项性能

由表5可知，整理后棉织物折皱回复角提升率仍有35.72%。随着洗涤次数的增加，抗皱性能逐渐下降，因为多元羧酸与纤维素纤维形成的酯键，在碱性条件下部分水解，使交联酯键含量减少。强力有提高，随着洗涤次数的增加织物的抗紫外线性能变化不大，洗涤次数50次时，整理后棉织物在此区间的UVA仍然小于5%，UPF也大于30%。由于棉织物经过复合整理后，绿原酸借助多元羧酸的联合作用，以化学键结合在棉纤维上，经50次洗涤后，仍保持较好的抗紫外线性能。

3　结论

本文选取水提取醇沉淀法，用C2H5OH做溶剂，提取金银花中的绿原酸类物质。然后用柠檬酸、酒石酸、绿原酸等对棉织物进行复合整理，测试棉织物的各项性能，得到结论：

(1)正交试验获得金银花提取最佳工艺为：C2H5OH质量分数75%，温度50℃，金银花用量为50g，提取时间是1.0h。

(2)综合分析得出棉织物整理较优工艺为：金银花提取物质量分数8%，多元羧酸质量分数8%，次亚磷酸钠质量分数4%，整理液的温度为55℃，整理时间60min。

(3)优化工艺复合整理后纯棉织物增重率达到了12%，折皱回复角172°，断裂强力保留率79.12%，白度达62，而抗紫外线性能，UVA透过率2.6%，UPF值74。对整理后的棉织物进行洗涤50次后，棉织物仍保持良好的抗紫外线性能。

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1008-5580(2016)03-0040-08

2016-04-07

安徽农业大学学科骨干培育项目(2014XKPY-55), 安徽省大学生创新训练项目(201510364049)。

张晓丽(1976-)，女，博士研究生，副教授，研究方向：纺织材料功能化改性。

TS 131.9

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