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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。
一、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。茵陈提取液的大吸收波长在310 nm 处,能强烈屏蔽 310 ~ 330 nm之间的紫外线。
( 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。大黄的大吸收波长在 300 nm。
( 1) 绿茶提取液的吸光度在波长 300 nm 处开始上升,到 330 nm 达高,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 处达大值,此后虽有波动,但总体呈上升局势。芦荟提取液的大吸收波长为 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。何首乌提取液的大吸收波长在 270 nm。
二、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。
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]。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。
三、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。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。
四、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。
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