茶多酚整理棉織物去除空氣中甲醛的研究

馬 劉，閆紅清

(山東科技職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261053)

1 引言

目前，室內(nèi)甲醛污染越來越受到人們的重視，但甲醛去除的辦法不多，效率不高，且絕大部分為化學(xué)試劑，容易造成二次污染。茶多酚為多羥基酚類衍生物的混合物，具有抗菌、消臭等功能，在日化領(lǐng)域應(yīng)用較多，其主要成分為兒茶素(結(jié)構(gòu)示意圖見圖1)[1，2]。本文通過對綠茶中茶多酚進行提取，將其整理到棉紡織品上并進行改性處理，再對制成品除甲醛效果進行評價，獲得了具有良好除甲醛性和耐洗性的紡織品，為綠色生態(tài)紡織品的開發(fā)提供參考。

2 實驗材料及藥品

實驗材料：純棉布、綠茶、甲醛、無水乙醇、氯化鈉、乙酰丙酮、冰醋酸、醋酸銨、三氯化鐵、氯化銅、氯化鋅、酒石酸亞鐵、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀等均為分析純試劑。

圖1 兒茶素結(jié)構(gòu)示意圖[1]

主要儀器與設(shè)備：紅外染色小樣機、恒溫振蕩水浴鍋、鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、紫外/可見分光光度計儀、甲醛檢測儀、Nicolet5700型傅立葉紅外光譜儀。

3 實驗方法

3.1 茶多酚有效成分提取

綠茶中茶多酚有效成分的提取采用醇提工藝并進行優(yōu)化。樣品與酒石酸亞鐵試劑反應(yīng)，將通過分光光度法測定的吸光度與圖2茶多酚含量標(biāo)準(zhǔn)曲線進行比較，確定最佳浸提條件為：70 %乙醇作浸提劑、料液比為1∶20、浸提溫度70℃、浸提時間30 min。

圖2 茶多酚標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

3.2 整理方法

3.2.1茶多酚整理棉織物。棉織物2 g，綠茶提取液濃縮至50 mL，pH值：7～8，溫度：70℃，時間：90 min，浴比為1∶20。

3.2.2金屬離子絡(luò)合處理。經(jīng)茶多酚整理的棉織物，選擇ZnCl2進行媒染處理，以提高對甲醛的去除率及其耐洗性能，工藝條件：媒染劑4%(o.w.f)，溫度為60℃，時間為30 min。

3.2.3甲醛的測試方法。根據(jù)GB/T 15516—1995《空氣質(zhì)量 甲醛的測定 乙酰丙酮分光光度法》測定甲醛濃度。

3.2.4甲醛去除率計算。將整理織物放置在已知氣體中甲醛濃度為C0的密閉容器中一定時間后，用檢測儀器檢測容器中被測氣體甲醛濃度C1，用式(1)計算整理織物的甲醛去除百分率。

甲醛去除百分率=(C0-C1)/C0×100%

(1)

式中：C0—初始甲醛濃度；C1—試驗后殘留甲醛濃度。

3.2.5紅外光譜(IR)分析。采用溴化鉀壓片法，用Nicolet5700型傅立葉紅外光譜儀測定。

3.2.6耐洗性測試。參照GB/T 3921.3—1997《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度：試驗3》進行測試。

4 實驗結(jié)果與討論

4.1 除甲醛效果

4.1.1茶多酚整理棉織物除甲醛效果

純棉織物經(jīng)茶多酚整理后，測其24 h甲醛去除率達到89.5 %，同等條件下，未經(jīng)處理的棉織物24 h甲醛去除率僅為10.9 %。原因在于與甲醛反應(yīng)的主要是茶多酚中的兒茶素，其酚羥基通過離解，甲醛羰基發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，提高了羰基碳上的缺電子性，最后兒茶素離解生成的氧負離子再與甲醛加成，其反應(yīng)過程如圖3所示。

圖3 茶多酚去除甲醛反應(yīng)過程

4.1.2金屬Zn2+處理對除甲醛效果的影響

將茶多酚整理棉織物用Zn2+按如下條件進行處理，ZnCl25%(o.w.f)，溫度60℃，時間30 min，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 Zn2+整理織物后的甲醛去除率

由圖4可知，茶多酚整理棉織物經(jīng)Zn2+處理后，24 h甲醛去除率達到91.8 %，可能是茶多酚與Zn2+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，絡(luò)合主要發(fā)生在多酚分子兩個相鄰的酚羥基上，對于連苯三酚型,兩個相鄰的羥基和金屬離子配位，第三個羥基不進入絡(luò)合物內(nèi)，但可促進前兩個酚羥基的離解而使絡(luò)合更穩(wěn)定,絡(luò)合物可有不同的取代度，單配體、二配體、三配體(見圖5)，金屬絡(luò)合后其酚羥基的活性大大提高，但由于酚羥基的數(shù)目減少，對甲醛的去除并無很大的提高[3，4]。

圖5 絡(luò)合物結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 茶多酚及Zn2+絡(luò)合紅外譜圖分析

由圖6和圖7可知，茶多酚及其絡(luò)合物在3500 cm-1～3300 cm-1處均有很強的羥基締合伸縮振動吸收峰，絡(luò)合物的紅外光譜中締合羥基的振動峰明顯發(fā)生紅移，說明了多酚分子內(nèi)的氫鍵被破壞，羥基參與了配位反應(yīng)。當(dāng)茶多酚與Zn2+形成絡(luò)合物后，鄰位酚羥基特征吸收峰的波數(shù)有較大變化，波數(shù)由1238 cm-1移動到1212 cm-1，鄰位酚羥基振動頻率均向低波長方向移動，這是由于鄰位羥基上的氧與金屬離子之間形成配位鍵后引起碳基成鍵電子密度更加偏離鍵的幾何中心而移向氧原子，使C—O鍵電子云密度降低[5]。

圖6 茶多酚的紅外吸收光譜圖

圖7 茶多酚絡(luò)合物的紅外吸收光譜圖

4.3 整理棉織物的耐洗性

整理的棉織物參照GB/T 3921.3—1997《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度：試驗3》進行測試，水洗十次，然后測試其甲醛去除率。未經(jīng)Zn2+處理的茶多酚整理棉織物10次水洗后，對甲醛的去除率有很大程度的降低，由89.5 %降至50 %以下，原因可能是茶多酚與織物的結(jié)合牢度不高。

而經(jīng)Zn2+處理的茶多酚整理棉織物，水洗后甲醛去除率仍在為80 %以上，主要原因是茶多酚與Zn2+的金屬絡(luò)合物形成了單配體、二配體和三配體，分子量增大，使從綠茶提取的有效成分與織物結(jié)合力得以加強，并且金屬絡(luò)合物使提取物的水溶性降低，從而整體上提高了整理織物的耐水洗性[6]。

5 結(jié)論

使用茶多酚整理純棉織物，測其24 h甲醛去除率達到89.5 %，同等條件下，空白棉織物甲醛去除率僅為10.9%，說明該織物具有較好的去除甲醛性能。整理工藝：棉布2 g，綠茶提取液濃縮至50 mL，pH值：7～8，溫度：70℃，時間：90 min，浴比為1∶20。

茶多酚整理純棉織物經(jīng)Zn2+絡(luò)合處理：ZnCl25%(o.w.f)，溫度60℃，時間30 min，甲醛去除率略有提高，達到91.8 %。經(jīng)10次洗滌后測得24 h甲醛去除率仍達80 %以上，說明Zn2+絡(luò)合整理能有效提高除甲醛織物的耐洗性。