皂莢提取物的制備與洗滌應(yīng)用

孫紅玉，閆英山，沈周晶，馬 輝，，王力民，盛春英

（1.濱州華紡工程技術(shù)研究院有限公司，山東濱州 256600；2.華紡股份有限公司技術(shù)中心，山東濱州 256600；3.嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興 314000；4.山東省短流程印染新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濱州 256600）

由于傳統(tǒng)化學(xué)洗滌劑存在污染環(huán)境、危害人體健康等安全環(huán)保問題，近年來，國內(nèi)外對(duì)天然植物洗滌劑進(jìn)行了很多研究[1]。關(guān)于天然植物洗滌劑的報(bào)道有很多，如無患子、菩提果、綠茶、苦楝子等，但這些天然植物在用作洗滌劑時(shí)都存在一定的缺點(diǎn)，比如原料難得、價(jià)格昂貴、不易提取等[2-4]。作為具有清潔功能的天然植物代表，皂莢具有三萜類皂甙的有效成分，在我國西南地區(qū)分布廣泛，相比于其他具有洗滌功能的天然植物，如無患子、菩提果等，皂莢原料易得，成本低，且提取方便[5-7]。作為一種優(yōu)良的表面活性劑，皂莢提取物表面活性強(qiáng)、易生物降解、泡沫性能好，能與多種表面活性劑復(fù)配產(chǎn)生增效作用；與市面上所用的洗滌液和肥皂相比，能降低成本，保護(hù)環(huán)境，安全無毒，且清洗效果優(yōu)良，自古以來在日常生活中都有廣泛的應(yīng)用[8-9]。但是由于市場(chǎng)上各種化學(xué)洗滌劑的興起以及對(duì)環(huán)保的忽視，目前人們主要還是使用以化學(xué)合成物為主的洗滌劑[10-11]。因此，如何改善皂莢的提取及清洗工藝成為目前廣大科學(xué)研究工作者的研究熱點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)研究了皂莢提取工藝；為了提高其去除色素的能力，將皂莢與同樣綠色環(huán)保的生物質(zhì)分子復(fù)配產(chǎn)生增效作用，得到一種新物質(zhì)Matu；分析了不同產(chǎn)地的皂莢、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Matu溶液、不同洗滌劑、不同織物、Matu用量對(duì)去除色素效果的影響，通過洗滌前后織物白度的比較以及洗滌后織物力學(xué)性能的測(cè)試，得出最佳的Matu清洗濃度。通過提高皂莢產(chǎn)率及優(yōu)化Matu最佳洗滌工藝，進(jìn)一步了解和開發(fā)這類具有優(yōu)良洗滌效果，對(duì)織物損傷小，安全無毒，綠色環(huán)保的天然植物洗滌劑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

皂莢1（杭州前進(jìn)藥業(yè)有限公司），皂莢2（湖州康恩貝制藥廠），商品化洗滌液、商品化肥皂（市售）。

1.2 儀器

CS-700型研磨機(jī)（永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司），5IK90RA-CF型加熱恒速攪拌器（上海申勝生物技術(shù)有限公司），JA203型電子天平（上海?？惦娮觾x器廠），SHZ-Ⅲ型循環(huán)水式真空泵（上海亞榮生化儀器廠），DHG-9075A型鼓風(fēng)干燥箱（上海天呈實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司），SHY-AS型振蕩水浴鍋（紹興市元茂機(jī)電設(shè)備有限公司），WSB-3A型白度儀（杭州研特科技有限公司），YG(B)026H-250型強(qiáng)力測(cè)試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.3 皂莢的提取

取適量皂莢放入研磨機(jī)研磨3min成粉末，分別稱取10 g于7個(gè)燒杯中并標(biāo)號(hào)，同時(shí)分別量取100mL蒸餾水于7個(gè)燒杯中，置于加熱恒速攪拌器下分別加熱1、2、3、4、5、6、7 h，溫度設(shè)為40℃，轉(zhuǎn)速為100 rad/s。對(duì)加熱攪拌后的液體進(jìn)行抽濾。然后將抽濾液置于50℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，烘干，稱量，計(jì)算不同加熱攪拌時(shí)間下皂莢的產(chǎn)率，命名提取物為Matu。

1.4 M atu用作洗滌液的清洗工藝

剪19塊15 cm×7 cm的棉布，分別在棉布中央滴一滴新鮮蘋果汁，制得污漬棉布。在常溫下靜置固化3 h，測(cè)量棉布上滴有蘋果汁處的白度。將兩種不同產(chǎn)地的純?cè)砬v與生物質(zhì)分子復(fù)配，并與蒸餾水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的Matu洗滌液Matu1和Matu2。取19個(gè)200mL的三角燒瓶并標(biāo)號(hào)，分別倒入100 mL蒸餾水，1號(hào)燒瓶不放其他物質(zhì)，其余18個(gè)分成3組，分別放入0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g的Matu1、Matu2和商品化洗滌液。在40℃預(yù)熱，然后分別放入污漬棉布，振蕩45min。振蕩完畢后再用清水清洗，50℃烘干，測(cè)得原位置的白度。最后測(cè)試斷裂拉伸強(qiáng)力。

1.5 M atu用作肥皂的清洗工藝

制作19塊污漬棉布，第一塊棉布只用清水手搓，其余18塊棉布分別用0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g的Matu1、Matu2和商品化肥皂進(jìn)行手搓清洗，清洗2min，清洗力度保持一致，50℃烘干。滌綸和聚乳酸針織物洗滌方式同棉布。

1.6 測(cè)試

以100mm/min的拉伸速度對(duì)棉布與滌綸進(jìn)行拉伸，采用強(qiáng)力測(cè)試儀測(cè)試斷裂強(qiáng)力；對(duì)聚乳酸針織物進(jìn)行頂破強(qiáng)力測(cè)試。采用白度儀對(duì)樣品處理部位進(jìn)行白度測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 加熱攪拌時(shí)間對(duì)皂莢產(chǎn)率的影響

提取皂莢時(shí)加熱攪拌時(shí)間對(duì)產(chǎn)率的影響見圖1。

圖1 皂莢產(chǎn)率與加熱攪拌時(shí)間的關(guān)系

由圖1可以看出，隨著加熱攪拌時(shí)間的延長，越來越多的皂莢溶解于熱水中，且增加速度先快后慢，到6 h時(shí)逐漸達(dá)到飽和，產(chǎn)率不再上升。原因是皂莢在水中有一定的溶解度，6 h后達(dá)到飽和。因此提取皂莢的最佳加熱攪拌時(shí)間確定為6 h。

2.2 不同洗滌劑對(duì)去除不同織物色素的影響

分別用清水，0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化洗滌液清洗棉、滌綸、聚乳酸上質(zhì)量、形狀相同的蘋果汁污漬，同時(shí)分別用清水、0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化肥皂清洗棉、滌綸、聚乳酸上質(zhì)量、形狀相同的蘋果汁污漬，測(cè)量洗滌前后織物上蘋果汁部位的白度，用兩者的白度差來表征不同用量Matu、商品化洗滌液以及商品化肥皂對(duì)去除織物色素的效果，結(jié)果如圖2～7所示。

圖2 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)去除棉織物色素的影響

圖3 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)去除滌綸色素的影響

圖4 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)去除聚乳酸色素的影響

圖5 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)去除棉織物色素的影響

圖6 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)去除滌綸色素的影響

圖7 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)去除聚乳酸色素的影響

從圖2～7可以看出，織物洗滌后白度都有所增加，說明Matu和商品化洗滌液、商品化肥皂都有一定的洗滌性能，且隨著Matu溶液、商品化洗滌液及肥皂用量的增加，織物白度逐漸增加；同時(shí)當(dāng)3者用量分別到達(dá)一定程度時(shí)，用量再增加，織物白度變化不大。從圖2～4可以看出，15%的Matu溶液最佳洗滌用量為0.7 g，而商品化洗滌液的最佳洗滌用量為1.0 g。從圖5～7可以看出，0.50 gMatu溶液的去除色素能力最強(qiáng)，而商品化肥皂需要0.80 g才能達(dá)到最佳洗滌效果。因此，根據(jù)最佳洗滌條件下3種洗滌液白度增加值的變化，可得出洗滌劑清洗能力從大到小依次為：Matu1、Matu2、商品化洗滌劑，且在最佳清洗效果下，Matu比商品化洗滌液用量更少。肥皂清洗能力從大到小依次為：Matu1、Matu2、商品化肥皂，且在最佳洗滌效果下，Matu比商品化肥皂用量更少。同時(shí)橫向比較3種織物可以得出，色素最容易去除的是棉，其次是滌綸，最差是聚乳酸。

2.3 洗滌后織物力學(xué)性能的比較

測(cè)量棉和滌綸織物的斷裂拉伸強(qiáng)力，計(jì)算出強(qiáng)力下降率，結(jié)果如圖8～11所示。

圖8 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)棉力學(xué)性能的影響

圖9 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)棉力學(xué)性能的影響

圖10 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)滌綸力學(xué)性能的影響

圖11 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)滌綸力學(xué)性能的影響

測(cè)量聚乳酸針織物頂破強(qiáng)力，計(jì)算出強(qiáng)力下降率如圖12、13所示。

圖12 M atu溶液和商品化洗滌液對(duì)聚乳酸力學(xué)性能的影響

圖13 M atu溶液和商品化肥皂對(duì)聚乳酸力學(xué)性能的影響

本實(shí)驗(yàn)中水洗的棉和滌綸是機(jī)織物，力學(xué)性能用斷裂拉伸強(qiáng)力來表征；而聚乳酸是針織物，力學(xué)性能用頂破強(qiáng)力來表征。因此在3種布間橫向比較時(shí)，采用計(jì)算強(qiáng)力下降率的方法。已知棉和滌綸在未水洗前的原布斷裂拉伸強(qiáng)力分別為338.7、520.1N，聚乳酸針織物原布的頂破強(qiáng)力為270.4 N。由圖8～13可知，水洗后織物斷裂拉伸強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力均下降，可推斷出加入Matu溶液、商品化洗滌液或肥皂都對(duì)3種織物的力學(xué)性能產(chǎn)生了不同程度的影響。但總體來看，織物力學(xué)性能下降受洗滌液或肥皂用量及品種的影響較小。通過計(jì)算強(qiáng)力下降率可知，洗滌液清洗棉布強(qiáng)力下降率不超過6.9%，清洗滌綸不超過7.6%，清洗聚乳酸不超過9.0%；肥皂清洗棉布不超過7.9%，清洗滌綸不超過8.7%，清洗聚乳酸不超過9.5%，均在強(qiáng)力下降率允許范圍內(nèi)。橫向?qū)Ρ?種織物，水洗影響從輕到重分別是棉、滌綸、聚乳酸。且對(duì)比兩條清洗路線，肥皂比洗滌液更易損傷織物。原因是將Matu制作成肥皂時(shí)純度太大，雖然清洗效果更好，但對(duì)織物甚至是皮膚有更大的損傷。

3 結(jié)論

本研究通過大量實(shí)驗(yàn)，確定了皂莢的最佳提取工藝，并將提取物Matu應(yīng)用于洗滌實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，皂莢的最佳加熱攪拌時(shí)間為6 h。當(dāng)把Matu作為洗滌液應(yīng)用時(shí)，取0.7 g15%的Matu洗滌液溶解于100mL水中的洗滌效果最好，Matu清洗效果優(yōu)于商品化洗滌液，且用量更少。當(dāng)把Matu作為肥皂應(yīng)用時(shí)，取0.5 g進(jìn)行手搓洗滌效果最好，Matu清洗效果優(yōu)于商品化肥皂，且用量更少。將Matu用作肥皂比用作洗滌液去除色素的效果更好。不同產(chǎn)地的皂莢也會(huì)影響色素的去除效果。使用Matu或其他洗滌劑、肥皂都會(huì)對(duì)織物的力學(xué)性能產(chǎn)生不同程度的影響，力學(xué)性能的下降受洗滌液或肥皂用量及品種的影響較小，但使用洗滌液對(duì)織物損傷更小。另外也要恰當(dāng)控制水洗的溫度、時(shí)間及力度，以免衣物或皮膚受到更大的損傷。