植物防紫外线整理剂性能研究

植物防紫外线整理剂性能研究

张艳婷陈莉(西安工程大学，西安，710048)

摘要：对8种常见天然植物进行紫外线吸收剂的提取, 并对提取液进行了紫外吸收光谱特性分析，确定了防紫外线整理剂的最佳方案。对真丝织物先用金属离子络合，再用防紫外线整理剂浸渍整理，测试其防紫外线性能。实验结果表明，不同植物提取液对紫外线的吸收效果不同，可选择黄柏、蒲公英和绿茶3种植物来制备防紫外线复配液，经其处理的丝织物防紫外线能力明显增强，该复配液可作为一种天然的紫外线吸收剂应用在纺织品上。

关键词：天然植物，防紫外线整理剂，性能

中图分类号：TS195.2+9文献标志码：A

收稿日期：2014-10-31

作者简介：张艳婷，女，1988年生，在读硕士研究生。研究方向是纺织材料与纺织品设计。

紫外线是位于日光高能区的不可见光线，是指波长为200～400 nm 的射线。依据紫外线自身波长的不同，可将紫外线分为短波紫外线(UVC)、中波紫外线(UVB)和长波紫外线(UVA)三个区域。不同波长紫外线对人体的影响见表1。

表1　不同波长的紫外线对人体的影响

1植物防紫外线整理剂的筛选

虽然含有紫外线吸收成分的植物很多，但其对紫外线吸收效果相差较大，因此需要分析各植物提取液的紫外线吸收特性，确定是否可用来提取防紫外线整理剂。根据相关资料[1]，本研究确定了黄柏、茵陈、陈皮、大黄、绿茶、蒲公英、芦荟和何首乌等8种天然植物作为提取防紫外线整理剂的原料。每种植物试样各取20 g，分别加入400 mL水，浸泡12 h；在70 ℃的恒温水浴锅里煮2 h，过滤，在滤渣中再加入200 mL水，煮2 h，再过滤，将两次滤液合并，制成8种具有防紫外线功能的植物提取液。然后，每种提取液各取1 mL，并稀释至50 mL，在室温下测定其紫外吸收光谱。用1 cm的石英比色皿以蒸馏水作参比，在紫外分光光度计中测量200~400 nm的紫外吸收光谱[2]。8种植物提取液在不同波长下的吸光度见图1和图2。

由图1可见：

(1)黄柏提取液的吸光度值从290 nm处开始增大，在310 nm处出现小吸收峰后下降，然后又从320 nm处开始上升，在340 nm处吸光度值达到最大，然后开始急速下降。当紫外线波长小于290 nm或大于350 nm时，黄柏提取液对紫外线辐射的吸收能力明显很低。黄柏提取液的最大吸收波长在340 nm处。

(2)茵陈提取液的吸光度值从280 nm处开始增大，在310 nm处吸光度值达到最大，然后慢慢下降。当紫外线波长大于330 nm后，茵陈提取液对紫外线辐射的吸收能力明显降低。茵陈提取液的最大吸收波长在310 nm处，能强烈屏蔽310～330 nm之间的紫外线。

图1　黄柏、茵陈、陈皮和大黄在不同波长下的吸光度

(3)陈皮提取液的吸光度值从290 nm处开始增大，在320 nm处吸光度值达到最大，然后开始慢慢下降。当紫外线波长小于290 nm时，陈皮提取液对紫外线辐射的吸收能力很低。陈皮提取液的最大吸收波长在320 nm处，能强烈屏蔽300～390 nm之间的紫外线。

(4)大黄[3]提取液的吸光度在波长为220～240 nm和270～400 nm有两个吸收峰，在300 nm处吸光度最大，然后开始下降。在波长为200～270 nm之间除了230 nm外对紫外线的吸收能力很弱。大黄的最大吸收波长在300 nm。

由图2可见：

图2　绿茶、蒲公英、芦荟和何首乌在不同波长下的吸光度

(1)绿茶提取液的吸光度在波长300 nm处开始上升，到330 nm达最高，然后开始下降，在200～290 nm处对紫外线的吸收能力很弱。绿茶提取液的最大吸收波长在330 nm。

(2)蒲公英提取液的吸光度在270和300 nm处为两个峰值，在波长为200～250和350～400 nm之间吸光度较弱。蒲公英提取液的最大吸收波长为300 nm。

(3)芦荟提取液的吸光度在220～240 nm之间为一个吸收峰，在波长为259～290 nm之间吸光度较弱，从290 nm以后急剧上升，到320 nm处达最大值，此后虽有波动，但总体呈上升局势。芦荟提取液的最大吸收波长为320 nm。

(4)何首乌提取液在波长为250～280 nm有一个吸收峰，在波长为290 nm处开始上升，到310 nm处达最大，此后又一直下降，在波长为200～250 nm之间吸光度较弱。何首乌提取液的最大吸收波长在270 nm。

2防紫外线植物提取液的筛选

黄柏、茵陈、陈皮、大黄、绿茶、蒲公英、芦荟和何首乌等几种植物提取液对紫外线都具有一定的的吸收作用，每种植物的吸收光谱表现出不一样的特点[4]，吸收峰值的强弱以及吸收波段的范围都呈现出不同特点。表2是8种植物提取液吸收光谱图的特性分析。

表2　植物源防紫外剂的光谱吸收特性

在日光对皮肤的影响中，紫外线UVA波段占15%~24%，UVB波段占75%~85%。因此，在开发防紫外线整理剂时，主要研究防紫外线整理剂在UVA和UVB波段(280～400 nm)的吸收性能。

综合分析表2和图1、图2数据，可以看到：黄柏提取液能强烈吸收270～360 nm之间的紫外线，对200～290 nm紫外线的吸收力明显大于其他植物，可以降低UVB波段辐射对人体的伤害；茵陈提取液在320 nm以下对紫外线的吸收效果波动范围不大，对310～330 nm之间的紫外线吸收效果很好，此后明显下降；陈皮提取液在波长290 nm以下对紫外线的吸收效果不明显，在300 nm处开始上升，在320 nm处达最大值，然后下降；大黄提取液对紫外线的吸收效果总体较弱；绿茶提取液对320～360 nm的紫外线辐射有明显的吸收，有利于对UVA的吸收；蒲公英提取液在波长为300 nm处对紫外线的吸收效果最好，在310～400 nm之间波动不大，且对紫外线吸收效果较弱；芦荟凝胶提取液对紫外光吸收稳定，光谱波动较小，且吸收效果明显较好，但在200～290 nm之间的吸收能力则较弱；何首乌提取液的最大吸收波长为270 nm。

比较各植物提取液的紫外吸收光谱图可以看出：在UVB波段，黄柏提取液在波长为270～320 nm之间表现出较强的紫外吸收特性，而蒲公英提取液在300 nm处表现出比其他植物都好的吸收特性；在UVA波段，绿茶提取液表现出极好的紫外线吸收特性；芦荟在UVB和UVA两个波段都表现出较好的紫外吸收特性，只是其在水中溶解性不是很好[5]。

因为紫外线的UVB波段对人体的伤害较大，需要加强防紫外整理剂对该波段的吸收，而黄柏提取液在280～300 nm的吸收峰表明其吸收性能较好。根据以上分析可知，黄柏提取液、蒲公英提取液和绿茶提取液可作为复配防紫外线整理剂的主要成分。

复配液的配制：称取黄柏、蒲公英和绿茶各20 g，加入480 mL水，浸泡12 h，在70 ℃的恒温水浴锅里煮2 h，过滤，将滤渣再加入200 mL水煮2 h，再过滤，将两次滤液合并，制成具有防紫外线功能的复配液。取1 mL复配液，将其稀释至125 mL，在室温下测定其紫外吸收光谱。

用1 cm的石英比色皿以蒸馏水作参比，在紫外分光光度计中测量200~400 nm的紫外吸收光谱[6]。

黄柏、蒲公英和绿茶复配液在不同波长下的吸光度见图3。

图3　黄柏、蒲公英和绿茶复配液在不同波长下的吸光度

由图3可见，与单种植物提取液相比，复配液吸收紫外线的能力整体增强，从290 nm开始迅速升高，到320 nm处达到最大，然后虽有下降，但相对比较缓慢。这说明黄柏、蒲公英和绿茶复配液对于对人体有威胁的UVA 和UVB的吸收效果均较好。

3复配液在丝织物上的应用实验

3.1实验方法

实验选用真丝织物。先进行预媒染，媒染剂选用明矾、硫酸铜、硫酸亚铁和稀土；然后进行染色，丝织物在黄柏、蒲公英和绿茶复配液中以95 ℃恒温下上染1 h，并用玻璃棒搅拌，以保证染色均匀[7-8]。为了进行对比，另制备了一次直接染色的丝织物试样。

测量丝织物试样的K/S值 、UVA的透射率[T(UVA)]和UVB的透射率[T(UVB)]，每种试样测量3次，取平均值。

K/S值表示织物上颜色的表观深度。K/S值越大，表示颜色越深，反之则颜色越浅。K/S值的测试方法：用电脑测色仪测试试样的颜色特征值K/S值，将待测试样折叠成 4 层，挪动试样位置，分别测量3次，取平均值。

紫外线透过减少率的计算公式如下：

(1)

(2)

式中:S(UVA)——整理后UVA段紫外线透过减少率；

S(UVB)——整理后UVB段紫外线透过减少率；

T(UVA)0——整理前UVA段紫外线透射率；

T(UVA)1——整理后UVA段紫外线透射率；

T(UVB)0——整理前UVB段紫外线透射率；

T(UVB)1——整理后UVB段紫外线透射率。

3.2实验结果

实验测得未经处理的试样的T(UVA)0=6.29，T(UVB)0=3.72。经过处理的试样的测试结果见表3。

表3不同金属络合离子对丝织物防紫外性能的影响

序号媒染剂K/S值T(UVA)1/%S(UVA)/%T(UVB)1/%S(UVB)/%1明矾 6.0611.3977.90.4189.22硫酸铜 6.4121.2280.60.4189.23硫酸亚铁6.7741.2380.40.4189.24稀土 6.4951.2480.30.4986.85无 6.2651.4876.50.4986.8

由表3可知：用不同金属离子对丝织物进行整理，再在黄柏、绿茶和蒲公英的复配液中处理，丝织物的颜色特征值K/S发生改变，铁离子整理后丝织物颜色最深[10]；用4种金属离子络合处理后的丝织物对UVA和UVB波段的紫外线透过率均降至2%以下；与未经整理的试样相比，透过的紫外线明显减少；用硫酸铜整理后的试样防紫外性能最佳，UVA段紫外线透过减少率可高达80.6%，故可选用硫酸铜对丝织物进行络合处理。

4结论

(1)不同植物提取液对紫外线的吸收情况不同。在本实验所选8种植物中，黄柏提取液对200～290 nm波段内的紫外线辐射有较好的吸收效果，蒲公英提取液对280～300 nm波段的紫外线有较为突出的吸收效果，绿茶提取液能强烈吸收300～360 nm之间的紫外线，可选择黄柏、蒲公英和绿茶3种植物来制备防紫外线的复配液。

(2)经过硫酸铜溶液整理的丝织物在黄柏、蒲公英和绿茶3种植物的复配液中处理后，其对UVA和UVB波段的紫外线透过率明显降低，该复配液可作为一种天然的紫外线吸收剂应用在纺织品上。

参考文献

[1]刘洪，黄海燕，敖波,等．天然植物紫外吸收剂的研究进展[J]．西昌学院学报， 2008，22(3)：41-43．

[2]王雪梅，侯晓薇，王永智．植物紫外吸收剂的筛选研究[J]．日用化学工业，2005，35(3)：164-166．

[3]冯新星，陈建勇，许丹，等.天然染料大黄防紫外性能的研究[J].纺织学报, 2004,25(1)：13-15.

[4]陆海燕，姚培正，姚学仁．从天然物中提取防晒成分的研究[J]．天津科技大学学报，2004，19(2)：21-24．

[5]陈英．影响织物防紫外性能的因素[J]．北京服装学院学报，2001(2)：285-287．

[6]方奕文,倪文秀,黄羽中，等.无毒紫外吸收剂的制备及光谱特性分析[J ].光谱学与光谱分析, 2006, 26(6):1120-1122.

[7]李欢，孟家光．抗紫外线纺织品及其发展现状[J]．纺织科技进展，2009(4)：9-11．

[8]刘冰．防紫外线纺织品的机理研究及进展[J]．河北纺织，2010(1)：22-27．

[9]游利锋，樊增禄．防紫外线织物的开发与研究进展[J]．河北纺织，2008(4)：8-13．

[10]JIANG Qiang, ZHANG Suzhan, PENG Jiaping, et al. Preparation and in vitro studies of microencapsulated cells releasing human tissue inhibitor of metalloproteinase-2[J]. Journal of Zhejiang University Science，2005，6B(9)：859-864．

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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