人體皮脂組分角鯊烯污化棉織物的老化黃變性能

虞雅倫, 蔡慕遠(yuǎn)， 邵建中，2

(1. 浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018)

人體皮脂組分角鯊烯污化棉織物的老化黃變性能

虞雅倫1, 蔡慕遠(yuǎn)1， 邵建中1，2

(1. 浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018)

為研究紡織品老化黃變的主要原因，采用分光光度電子測(cè)色配色儀對(duì)人體皮脂組分角鯊烯污化的純棉織物在各種老化條件(老化溫度、濕度、光照強(qiáng)度和環(huán)境氧含量)下的黃變程度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，應(yīng)用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)對(duì)角鯊烯在老化過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化及其與純棉基質(zhì)的結(jié)合狀況進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：隨著老化環(huán)境中溫度、濕度、光照強(qiáng)度和氧含量的增加，織物的老化黃變程度加??；老化前后角鯊烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，老化產(chǎn)物含有羥基及共軛羰基基團(tuán)；角鯊烯油污多以包覆纖維及填覆纖維間凹陷的形式結(jié)合于纖維表面。

角鯊烯； 棉； 老化； 黃變； 自氧化

Abstract Squalene from human sebum is the major source of yellowing and aging of clothing and household textiles. In this study, the yellowing degrees of the squalene-soiled fabrics aged under various aging conditions (temperature, humidity, light intensity, ambient oxygen content, etc.) were studied. The yellowing degrees of squalene-soiled/aged fabrics were measured by colorimetric spectrophotometer. The chemical changes of squalene and the surface morphology of squalene-soiled/aged fabric were examined with Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)and the field emission scanning electron microscopy(SEM). The results showed that, with increase in the temperature, humidity, light intensity and oxygen content of the aging environment, the yellowing level of squalene-soiled fabrics increased. The chemical structure of squalene changed significantly after aging, and the aged product contained hydroxyl group and carbonyl group. The vast majority of squalene padded onto the cotton fabrics was coated on the fiber surfaces or filled in the dents among fibers.

Keywords squalene; cotton; aging; yellowing; autoxidation

織物的黃變、灰變現(xiàn)象大大降低了服裝及家居紡織品的使用壽命，因而多年來(lái)人們對(duì)紡織品在使用過(guò)程中發(fā)生的老化黃變現(xiàn)象十分關(guān)注。相關(guān)研究表明，人類皮脂是服裝上油性污漬的主要來(lái)源[1]，其主要組分是不飽和油污角鯊烯(12%)、游離脂肪酸(15%)、甘油三酯(50%)、單雙甘油酯(10%)和膽固醇(3%)等[2-4]。這些附著在織物上的不飽和油污在常規(guī)的洗滌過(guò)程中不能完全去除，殘留的皮脂油污會(huì)在服用者體溫、空氣、紫外線(UV)輻射等條件的催化下發(fā)生氧化反應(yīng)致使紡織品黃變。特別是在角鯊烯快速氧化過(guò)程中會(huì)生成極性棕黃色產(chǎn)物，這些產(chǎn)物是導(dǎo)致紡織品泛黃的主要原因[5]。

本文采用恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)箱和耐氣候老化實(shí)驗(yàn)儀模擬各種老化環(huán)境，采用計(jì)算機(jī)測(cè)色配色系統(tǒng)表征各老化污織物的黃變程度，從而對(duì)角鯊烯污化棉織物在不同溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氧含量等環(huán)境下的老化黃變狀況進(jìn)行了研究。此外，本文還采用傅里葉變換紅外光譜分析手段對(duì)角鯊烯在老化過(guò)程的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，并通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)污化織物老化前后表觀形貌的變化進(jìn)行了研究，進(jìn)而得出紡織品上角鯊烯油污的老化機(jī)制。本文研究將有助于紡織品抗黃變整理或護(hù)理技術(shù)的發(fā)展，并有效控制和減少紡織品老化黃變現(xiàn)象。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

織物：全棉(18.22 tex)漂白雙面針織物(縱密為158.3 橫列/10 cm; 橫密為144.5 縱行/10 cm；面密度為250 g/m2)。

藥品：吐溫80(分析純，杭州高晶精細(xì)化工有限公司)；司盤80(化學(xué)純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)；角鯊烯(優(yōu)級(jí)純，Aldrich公司), 其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

儀器：CTHI-100B型恒溫恒濕箱，施都凱儀器設(shè)備上海有限公司；Q-SUN氙燈型耐氣候試驗(yàn)儀，美國(guó)Q-Lab公司；WL500CY型實(shí)驗(yàn)室乳化機(jī)，上海威宇公司；SF600+型DataColor測(cè)色配色儀，美國(guó)DataColor公司；ULTRA55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，德國(guó)ZEISS公司；DF-101S型集熱式攪拌器，常州普天儀器制造有限公司； P-A0型Rapid電動(dòng)均勻軋車，杭州三錦科技有限公司；Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)Thermo公司；80系列標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)，美國(guó)Sears Kenmore公司；NH45-19T型滾筒排氣式干衣機(jī)，杭州松下家用電器有限公司；AY119型太力中號(hào)棉被真空壓縮袋，中山市太力家庭用品制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 織物準(zhǔn)備

取2.5 kg全棉(18.22 tex)雙面針織物置于標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)中清洗。具體參數(shù)為：進(jìn)水量55 L；209凈洗劑20 g；水溫32 ℃；時(shí)間14 min。洗后清水漂洗2次，脫水后，用滾筒排氣式干衣機(jī)在暖風(fēng)條件下烘干100 min。

1.2.2 角鯊烯乳化污液準(zhǔn)備

角鯊烯乳化污液配方：角鯊烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%；吐溫80質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%；司盤80質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%。稱取適量角鯊烯加入圓底燒瓶，稱取相應(yīng)的乳化劑溶于角鯊烯，將圓底燒瓶置于集熱式攪拌器中，在80 ℃、800 r/min條件下加熱攪拌。攪拌開始時(shí)緩慢滴加蒸餾水得到水包油型乳液，之后繼續(xù)滴加蒸餾水使乳液轉(zhuǎn)相為油包水型，40 min后降低轉(zhuǎn)速至200 r/min，并快速冷卻。經(jīng)初步乳化的角鯊烯乳液在高速乳化機(jī)上進(jìn)一步剪切乳化(10 000 r/min，3 min)，以提高乳液穩(wěn)定性。

1.2.3 角鯊烯污織物制備

將裁剪成1 g/塊的純棉針織物完全浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%的角鯊烯乳液中，用玻璃棒輕壓使液體完全浸透，取出后在軋車上浸軋，控制軋液率為90%。浸軋后的織物在室溫條件下自然晾干。晾干后的織物置入恒溫恒濕箱、Q-SUN氙燈型耐氣候?qū)嶒?yàn)儀，于不同條件下進(jìn)行人工老化處理。

1.2.4 黃變指數(shù)測(cè)定

黃變指數(shù)是指污化和老化后紡織品的黃色指數(shù)與未經(jīng)污化和老化紡織品原樣黃色指數(shù)的差值，計(jì)算公式為

△Y=Y1-Y0

式中：Y1為經(jīng)污化和老化紡織品的黃色指數(shù)；Y0為未經(jīng)污化和老化紡織品原樣的黃色指數(shù)。黃色指數(shù)是指無(wú)色透明、半透明或白色高分子材料偏離白色的程度。黃色指數(shù)Y可按下式計(jì)算。

Y=143b*/L*

式中：b*為色品指數(shù)，表示黃度值；L*為明度值；均由SF600+型DataColor(D65照明體，10視場(chǎng))測(cè)得測(cè)色配色儀。

1.2.5 紅外光譜分析

采用Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀，測(cè)定老化前后角鯊烯油污的紅外吸收光譜。掃描范圍為4 000～500 cm-1；分辨率為4 cm-1；掃描次數(shù)為32次。

1.2.6 表觀形貌觀察

采用ULTRA55型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察織物原樣和角鯊烯污織物的表觀形貌，工作電壓為1 kV，放大倍數(shù)為2 000。

2 結(jié)果與討論

2.1 老化環(huán)境對(duì)角鯊烯污織物黃變的影響

紡織品在服用和存貯過(guò)程中須經(jīng)受不同的環(huán)境條件，本文模擬紡織品使用過(guò)程中經(jīng)受的各種環(huán)境條件(溫度、濕度、光照和氧氣)，采用單因素法分析角鯊烯污織物在不同條件下的老化黃變狀況，以了解各種環(huán)境因素對(duì)污織物老化黃變的影響。

2.1.1 環(huán)境溫度對(duì)角鯊烯污織物黃變的影響

表1示出環(huán)境溫度對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可知，未經(jīng)污化的參照樣在不同溫度的老化環(huán)境下均會(huì)產(chǎn)生不同程度的黃變，且黃變指數(shù)隨著環(huán)境溫度的升高有所上升。相比之下，相同溫度下，角鯊烯污織物的黃變程度更明顯，且環(huán)境溫度的上升會(huì)顯著提高其黃變指數(shù)。在本文研究范圍內(nèi)，高溫會(huì)加劇角鯊烯污織物的老化黃變，其原因在于污織物發(fā)生老化黃變主要是角鯊烯自氧化反應(yīng)引起的，角鯊烯的自氧化反應(yīng)屬于自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種，與其他的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)相同，角鯊烯自氧化反應(yīng)可分為3個(gè)過(guò)程：鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)和鏈終止[6]。在鏈引發(fā)及鏈增長(zhǎng)反應(yīng)過(guò)程中，烴基自由基和過(guò)氧化物自由基的生成過(guò)程以及烴基過(guò)氧化氫的分解過(guò)程都需要吸收能量，而高溫有利于能量吸收，故角鯊烯污織物所處溫度愈高，污織物越容易發(fā)生老化黃變。此外，高溫的老化環(huán)境可以加劇角鯊烯內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)，也有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行。

表1 環(huán)境溫度對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為相對(duì)濕度65%，黑暗老化時(shí)間7 d；參照樣為未污化經(jīng)老化處理的織物，以下類同。

該結(jié)果表明，洗滌不凈的衣服洗后經(jīng)60 ℃以上的高溫烘干，殘留的角鯊烯會(huì)導(dǎo)致織物黃變加劇。

2.1.2 環(huán)境濕度對(duì)角鯊烯污織物黃變的影響

表2示出環(huán)境濕度對(duì)角鯊烯布老化黃變的影響。由表可知，環(huán)境濕度對(duì)未污化參照樣的黃變指數(shù)影響很小，而對(duì)角鯊烯污化織物的黃變指數(shù)影響較大。環(huán)境濕度增加使角鯊烯污織物的黃變加劇，這表明濕度是導(dǎo)致鯊烯污織物泛黃的因素之一。這可能是水分和氧氣對(duì)油污的自氧化反應(yīng)有協(xié)同作用，在相對(duì)濕度較高條件下角鯊烯污織物會(huì)吸收環(huán)境中的水分，致使污織物含水量增高，加劇了角鯊烯污織物的老化黃變反應(yīng)，這就是穿后不及時(shí)洗滌的衣服在悶熱的梅雨季節(jié)更易黃變的原因，這也告誡人們?yōu)闇p少織物的黃變，須勤換洗衣服。

表2 環(huán)境濕度對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為溫度60 ℃、黑暗老化時(shí)間7d。

2.1.3 環(huán)境光照強(qiáng)度對(duì)角鯊烯污織物黃變的影響

表3示出環(huán)境光照對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可見，進(jìn)行老化處理后的未污化參照樣和角鯊烯污織物均顯示較高的黃變指數(shù)，且角鯊烯污織物的黃變指數(shù)比未污化參照樣大。在本文研究條件下，最弱的光照強(qiáng)度已經(jīng)使未污化參照樣和角鯊烯污織物表現(xiàn)出明顯的黃變，而隨著光照強(qiáng)度的增加，角鯊烯污織物黃色指數(shù)的增幅變大，即黃變程度顯著增加。由此可知，棉織物本身受光照影響很大，而相同老化條件下角鯊烯污織物更易發(fā)生黃變，且黃變程度與老化環(huán)境的光照強(qiáng)弱密切相關(guān)。

表3 環(huán)境光照強(qiáng)度對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為：溫度60 ℃、老化時(shí)間4 d。

2.1.4 環(huán)境氧含量對(duì)角鯊烯污織物黃變的影響

表4示出環(huán)境氧含量對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可知，未污化參照樣和角鯊烯污織物在有氧和絕氧的環(huán)境下老化較長(zhǎng)時(shí)間后黃變指數(shù)均有不同程度的上升，角鯊烯污織物的黃變指數(shù)上升更明顯。這表明，氧氣的存在有助于角鯊烯污織物老化黃變反應(yīng)的進(jìn)行。角鯊烯污織物的老化黃變主要是由于織物老化過(guò)程中污織物上的角鯊烯油污發(fā)生自氧化反應(yīng)生成含有發(fā)色團(tuán)的老化產(chǎn)物造成。

表4 環(huán)境氧含量對(duì)角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為溫度20 ℃，濕度60%，黑暗老化時(shí)間35 d。

圖2示出角鯊烯自氧化過(guò)程中涉及的基本反應(yīng)[6]。從圖中自由基鏈增長(zhǎng)反應(yīng)方程式可見，氧氣是鏈增長(zhǎng)反應(yīng)過(guò)程中不可或缺的重要因素，因而在較低的氧濃度下，角鯊烯自氧化反應(yīng)的鏈增長(zhǎng)受到限制，使有色老化產(chǎn)物不易形成，角鯊烯污織物黃變程度較小。上述結(jié)果和分析說(shuō)明抽真空存放紡織品不僅可以減少存放空間，而且可有效抑制或減緩織物黃變。

2.2 老化前后角鯊烯結(jié)構(gòu)的變化

2.3 角鯊烯污織物表觀形貌分析

對(duì)棉織物原樣和老化角鯊烯污織物表觀形貌進(jìn)行SEM觀察，結(jié)果如圖4所示。與圖4(a)相比，圖4(b)的棉織物表面形貌有明顯變化，棉織物原樣中纖維表面紋理清晰，而老化角鯊烯污織物的纖維表面包覆了一層污物，且部分污物存在于棉纖維的溝壑凹陷中。由此可知，角鯊烯污物并沒有完全滲入纖維內(nèi)部，絕大多數(shù)角鯊烯污物以填充纖維間凹陷或包覆纖維表面的形式存在于纖維表面。

3 結(jié) 論

隨著老化環(huán)境中溫度、濕度、光照強(qiáng)度和環(huán)境氧含量的增加，角鯊烯污化棉織物的老化黃變程度加??；老化前后角鯊烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化，老化產(chǎn)物含有羥基及共軛羰基基團(tuán)；浸軋?zhí)幚淼矫蘅椢锘|(zhì)上的皮脂油污組分多以包覆纖維及填覆纖維間凹陷的形式存在于纖維表面。

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Aging and yellowing properties of squalene-soiled cotton fabrics

YU Yalun1, CAI Muyuan1, SHAO Jianzhong1,2

(1.EngineeringResearchCenterforEco-DyeingandFinishingofTextiles,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China； 2.KeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterials&ManufacturingTechnology,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018，China)

10.13475/j.fzxb.20150201005

2015-02-03

2015-09-01

虞雅倫(1991—)，女，碩士生。研究方向?yàn)槿菊录夹g(shù)。邵建中，通信作者，E-mail：jshao@zstu.edu.cn。

TS 190

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