植物防紫外線整理劑性能研究

植物防紫外線整理劑性能研究

張艷婷陳莉(西安工程大學，西安，710048)

摘要：對8種常見天然植物進行紫外線吸收劑的提取, 并對提取液進行了紫外吸收光譜特性分析，確定了防紫外線整理劑的最佳方案。對真絲織物先用金屬離子絡(luò)合，再用防紫外線整理劑浸漬整理，測試其防紫外線性能。實驗結(jié)果表明，不同植物提取液對紫外線的吸收效果不同，可選擇黃柏、蒲公英和綠茶3種植物來制備防紫外線復配液，經(jīng)其處理的絲織物防紫外線能力明顯增強，該復配液可作為一種天然的紫外線吸收劑應(yīng)用在紡織品上。

關(guān)鍵詞：天然植物，防紫外線整理劑，性能

中圖分類號：TS195.2+9文獻標志碼：A

收稿日期：2014-10-31

作者簡介：張艷婷，女，1988年生，在讀碩士研究生。研究方向是紡織材料與紡織品設(shè)計。

紫外線是位于日光高能區(qū)的不可見光線，是指波長為200～400 nm 的射線。依據(jù)紫外線自身波長的不同，可將紫外線分為短波紫外線(UVC)、中波紫外線(UVB)和長波紫外線(UVA)三個區(qū)域。不同波長紫外線對人體的影響見表1。

表1　不同波長的紫外線對人體的影響

1植物防紫外線整理劑的篩選

雖然含有紫外線吸收成分的植物很多，但其對紫外線吸收效果相差較大，因此需要分析各植物提取液的紫外線吸收特性，確定是否可用來提取防紫外線整理劑。根據(jù)相關(guān)資料[1]，本研究確定了黃柏、茵陳、陳皮、大黃、綠茶、蒲公英、蘆薈和何首烏等8種天然植物作為提取防紫外線整理劑的原料。每種植物試樣各取20 g，分別加入400 mL水，浸泡12 h；在70 ℃的恒溫水浴鍋里煮2 h，過濾，在濾渣中再加入200 mL水，煮2 h，再過濾，將兩次濾液合并，制成8種具有防紫外線功能的植物提取液。然后，每種提取液各取1 mL，并稀釋至50 mL，在室溫下測定其紫外吸收光譜。用1 cm的石英比色皿以蒸餾水作參比，在紫外分光光度計中測量200~400 nm的紫外吸收光譜[2]。8種植物提取液在不同波長下的吸光度見圖1和圖2。

由圖1可見：

(1)黃柏提取液的吸光度值從290 nm處開始增大，在310 nm處出現(xiàn)小吸收峰后下降，然后又從320 nm處開始上升，在340 nm處吸光度值達到最大，然后開始急速下降。當紫外線波長小于290 nm或大于350 nm時，黃柏提取液對紫外線輻射的吸收能力明顯很低。黃柏提取液的最大吸收波長在340 nm處。

(2)茵陳提取液的吸光度值從280 nm處開始增大，在310 nm處吸光度值達到最大，然后慢慢下降。當紫外線波長大于330 nm后，茵陳提取液對紫外線輻射的吸收能力明顯降低。茵陳提取液的最大吸收波長在310 nm處，能強烈屏蔽310～330 nm之間的紫外線。

圖1　黃柏、茵陳、陳皮和大黃在不同波長下的吸光度

(3)陳皮提取液的吸光度值從290 nm處開始增大，在320 nm處吸光度值達到最大，然后開始慢慢下降。當紫外線波長小于290 nm時，陳皮提取液對紫外線輻射的吸收能力很低。陳皮提取液的最大吸收波長在320 nm處，能強烈屏蔽300～390 nm之間的紫外線。

(4)大黃[3]提取液的吸光度在波長為220～240 nm和270～400 nm有兩個吸收峰，在300 nm處吸光度最大，然后開始下降。在波長為200～270 nm之間除了230 nm外對紫外線的吸收能力很弱。大黃的最大吸收波長在300 nm。

由圖2可見：

圖2　綠茶、蒲公英、蘆薈和何首烏在不同波長下的吸光度

(1)綠茶提取液的吸光度在波長300 nm處開始上升，到330 nm達最高，然后開始下降，在200～290 nm處對紫外線的吸收能力很弱。綠茶提取液的最大吸收波長在330 nm。

(2)蒲公英提取液的吸光度在270和300 nm處為兩個峰值，在波長為200～250和350～400 nm之間吸光度較弱。蒲公英提取液的最大吸收波長為300 nm。

(3)蘆薈提取液的吸光度在220～240 nm之間為一個吸收峰，在波長為259～290 nm之間吸光度較弱，從290 nm以后急劇上升，到320 nm處達最大值，此后雖有波動，但總體呈上升局勢。蘆薈提取液的最大吸收波長為320 nm。

(4)何首烏提取液在波長為250～280 nm有一個吸收峰，在波長為290 nm處開始上升，到310 nm處達最大，此后又一直下降，在波長為200～250 nm之間吸光度較弱。何首烏提取液的最大吸收波長在270 nm。

2防紫外線植物提取液的篩選

黃柏、茵陳、陳皮、大黃、綠茶、蒲公英、蘆薈和何首烏等幾種植物提取液對紫外線都具有一定的的吸收作用，每種植物的吸收光譜表現(xiàn)出不一樣的特點[4]，吸收峰值的強弱以及吸收波段的范圍都呈現(xiàn)出不同特點。表2是8種植物提取液吸收光譜圖的特性分析。

表2　植物源防紫外劑的光譜吸收特性

在日光對皮膚的影響中，紫外線UVA波段占15%~24%，UVB波段占75%~85%。因此，在開發(fā)防紫外線整理劑時，主要研究防紫外線整理劑在UVA和UVB波段(280～400 nm)的吸收性能。

綜合分析表2和圖1、圖2數(shù)據(jù)，可以看到：黃柏提取液能強烈吸收270～360 nm之間的紫外線，對200～290 nm紫外線的吸收力明顯大于其他植物，可以降低UVB波段輻射對人體的傷害；茵陳提取液在320 nm以下對紫外線的吸收效果波動范圍不大，對310～330 nm之間的紫外線吸收效果很好，此后明顯下降；陳皮提取液在波長290 nm以下對紫外線的吸收效果不明顯，在300 nm處開始上升，在320 nm處達最大值，然后下降；大黃提取液對紫外線的吸收效果總體較弱；綠茶提取液對320～360 nm的紫外線輻射有明顯的吸收，有利于對UVA的吸收；蒲公英提取液在波長為300 nm處對紫外線的吸收效果最好，在310～400 nm之間波動不大，且對紫外線吸收效果較弱；蘆薈凝膠提取液對紫外光吸收穩(wěn)定，光譜波動較小，且吸收效果明顯較好，但在200～290 nm之間的吸收能力則較弱；何首烏提取液的最大吸收波長為270 nm。

比較各植物提取液的紫外吸收光譜圖可以看出：在UVB波段，黃柏提取液在波長為270～320 nm之間表現(xiàn)出較強的紫外吸收特性，而蒲公英提取液在300 nm處表現(xiàn)出比其他植物都好的吸收特性；在UVA波段，綠茶提取液表現(xiàn)出極好的紫外線吸收特性；蘆薈在UVB和UVA兩個波段都表現(xiàn)出較好的紫外吸收特性，只是其在水中溶解性不是很好[5]。

因為紫外線的UVB波段對人體的傷害較大，需要加強防紫外整理劑對該波段的吸收，而黃柏提取液在280～300 nm的吸收峰表明其吸收性能較好。根據(jù)以上分析可知，黃柏提取液、蒲公英提取液和綠茶提取液可作為復配防紫外線整理劑的主要成分。

復配液的配制：稱取黃柏、蒲公英和綠茶各20 g，加入480 mL水，浸泡12 h，在70 ℃的恒溫水浴鍋里煮2 h，過濾，將濾渣再加入200 mL水煮2 h，再過濾，將兩次濾液合并，制成具有防紫外線功能的復配液。取1 mL復配液，將其稀釋至125 mL，在室溫下測定其紫外吸收光譜。

用1 cm的石英比色皿以蒸餾水作參比，在紫外分光光度計中測量200~400 nm的紫外吸收光譜[6]。

黃柏、蒲公英和綠茶復配液在不同波長下的吸光度見圖3。

圖3　黃柏、蒲公英和綠茶復配液在不同波長下的吸光度

由圖3可見，與單種植物提取液相比，復配液吸收紫外線的能力整體增強，從290 nm開始迅速升高，到320 nm處達到最大，然后雖有下降，但相對比較緩慢。這說明黃柏、蒲公英和綠茶復配液對于對人體有威脅的UVA 和UVB的吸收效果均較好。

3復配液在絲織物上的應(yīng)用實驗

3.1實驗方法

實驗選用真絲織物。先進行預(yù)媒染，媒染劑選用明礬、硫酸銅、硫酸亞鐵和稀土；然后進行染色，絲織物在黃柏、蒲公英和綠茶復配液中以95 ℃恒溫下上染1 h，并用玻璃棒攪拌，以保證染色均勻[7-8]。為了進行對比，另制備了一次直接染色的絲織物試樣。

測量絲織物試樣的K/S值 、UVA的透射率[T(UVA)]和UVB的透射率[T(UVB)]，每種試樣測量3次，取平均值。

K/S值表示織物上顏色的表觀深度。K/S值越大，表示顏色越深，反之則顏色越淺。K/S值的測試方法：用電腦測色儀測試試樣的顏色特征值K/S值，將待測試樣折疊成 4 層，挪動試樣位置，分別測量3次，取平均值。

紫外線透過減少率的計算公式如下：

(1)

(2)

式中:S(UVA)——整理后UVA段紫外線透過減少率；

S(UVB)——整理后UVB段紫外線透過減少率；

T(UVA)0——整理前UVA段紫外線透射率；

T(UVA)1——整理后UVA段紫外線透射率；

T(UVB)0——整理前UVB段紫外線透射率；

T(UVB)1——整理后UVB段紫外線透射率。

3.2實驗結(jié)果

實驗測得未經(jīng)處理的試樣的T(UVA)0=6.29，T(UVB)0=3.72。經(jīng)過處理的試樣的測試結(jié)果見表3。

表3不同金屬絡(luò)合離子對絲織物防紫外性能的影響

序號媒染劑K/S值T(UVA)1/%S(UVA)/%T(UVB)1/%S(UVB)/%1明礬 6.0611.3977.90.4189.22硫酸銅 6.4121.2280.60.4189.23硫酸亞鐵6.7741.2380.40.4189.24稀土 6.4951.2480.30.4986.85無 6.2651.4876.50.4986.8

由表3可知：用不同金屬離子對絲織物進行整理，再在黃柏、綠茶和蒲公英的復配液中處理，絲織物的顏色特征值K/S發(fā)生改變，鐵離子整理后絲織物顏色最深[10]；用4種金屬離子絡(luò)合處理后的絲織物對UVA和UVB波段的紫外線透過率均降至2%以下；與未經(jīng)整理的試樣相比，透過的紫外線明顯減少；用硫酸銅整理后的試樣防紫外性能最佳，UVA段紫外線透過減少率可高達80.6%，故可選用硫酸銅對絲織物進行絡(luò)合處理。

4結(jié)論

(1)不同植物提取液對紫外線的吸收情況不同。在本實驗所選8種植物中，黃柏提取液對200～290 nm波段內(nèi)的紫外線輻射有較好的吸收效果，蒲公英提取液對280～300 nm波段的紫外線有較為突出的吸收效果，綠茶提取液能強烈吸收300～360 nm之間的紫外線，可選擇黃柏、蒲公英和綠茶3種植物來制備防紫外線的復配液。

(2)經(jīng)過硫酸銅溶液整理的絲織物在黃柏、蒲公英和綠茶3種植物的復配液中處理后，其對UVA和UVB波段的紫外線透過率明顯降低，該復配液可作為一種天然的紫外線吸收劑應(yīng)用在紡織品上。

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Study on performance of plant anti-UV finishing agent

ZhangYanting,ChenLi(Xi’an Polytechnic University)

Abstract:UV absorbers were extracted from 8 kinds of natural plants, and characteristics of the extracts were analyzed by UV absorption spectrum, to determine the optimal scheme of anti-UV finishing agent. The silk fabric was complexed with metal ion, and was dipped with anti-UV finishing agent, then was tested its anti-UV performance. The experimental results show that, different plant extracts has different absorb effect on UV, can select cortex phellodendri, dandelion and green tea to prepare UV compound solution. Anti-UV ability of treated silk fabric was significantly enhanced. the compound solution can be used as a kind of natural UV absorber in textile industry.

Kaywords: natural plant, anti-UV finishing agent, performance

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