天然植物黄连提取物的染色性及其功能性

摘要

纺织品的多功能，尤其是生理、理疗、保健、卫生、安全功能是现代服用理念中人们极为关注的问题。中医中大量使用的植物药类药物，具有明显的抗菌、理疗、卫生和保健的作用，其中不乏大量的外敷，内服，可以沸水长时煮炼并带有鲜艳颜色的药物。如果能通过合理的药物染料提取工艺，即保持原有的颜色，又保证其药理功效，并能方便地对纺织品进行清洁的染色，即在达到纺织品的药理功能的同时，附带解决染色问题，将是多全其美的事情。
　　 本论文以天然植物药黄连为具体研究对象，研究了黄连的提取工艺及黄连提取液的稳定性;探讨了黄连对不同纤维的染色性能及染色工艺;对黄连的光稳定性，在不同条件下的释放性能及无损伤性进行了讨论:探索了提高黄连上染羊毛纤维和棉纤维的效果与方法。
　　 通过光谱和薄层色谱分析，明确黄连提取液的主要有效成分为盐酸小檗碱。对黄连色素采用传统的水提取工艺，并用正交实验确定合适的提取条件。正交分析结果表明提取次数是最大的影响因素，其次是提取时间、浸泡时间和加水量。最佳提取条件为:浸泡60min，提取2次，每次煎煮50min，料液比为1∶100。提取率为50.2％，R.S.D值为1.086％。对于黄连提取液的稳定性，通过可见光-紫外光谱分析，发现黄连水提取液对一般温度，室内自然光照，常见金属离子如Na+，K+，Ca2+，弱酸和弱碱环境的稳定性较好。黄连提取液在高温下放置时间过长会导致吸光度值的下降;Fe2+和Cu2+的加入使整个光谱范围内的吸光度值有所增加，提取液颜色变深;强酸环境会导致吸光度值的下降，而强碱环境则会导致吸收峰的异化和吸光度的变化。
　　 从黄连上染蚕丝织物，羊毛纤维，腈纶纤维和棉纤维的吸附等温线，染色亲和力，染色热和染色熵等方面研究了黄连染色的热力学原理。结果表明，黄连上染蚕丝和羊毛纤维的吸附等温线在较低浓度染色时，为Nernst曲线，符合分配规律，但总趋势为朗缪尔(Langmuir)型曲线，且平衡吸附量随温度升高而降低。黄连上染蚕丝和羊毛的染色标准亲和力用分配系数进行了近似估计，所得亲和力随温度升高而降低，相应的染色热和染色熵均为负值。黄连上染羊毛纤维的标准亲和力，染色热和染色熵的绝对值均小于蚕丝纤维。黄连上染腈纶纤维和棉纤维的吸附等温线分别属于朗缪尔(Langmuir)吸附等温线和佛莱因德利胥(Freundlich)吸附等温线。随染色温度增加，黄连对腈纶的平衡吸附量均升高，对棉纤维的平衡吸附量降低。在较低温度染色时，黄连对蛋白质纤维的亲和性要高于腈纶，而接近沸染时，黄连对腈纶的上染量远高于其他纤维。黄连对棉纤维的上染性能较差。
　　 从上染率曲线，扩散系数，半染时间和染色速率常数等方面研究了黄连上染各纤维的动力学原理。实验结果表明，除棉纤维外，黄连上染各纤维的扩散系数均随染色温度的升高而提高，较高的染色温度可增加初始阶段的染色速率，半染时间则随染色温度的升高而降低。
　　 研究了黄连上染蚕丝织物，毛织物和腈纶纤维的染色工艺，分析了染液浓度，染色温度，上染时间，染液pH值，媒染剂等染色条件对染色织物颜色特征值的影响，通过正交实验确定了较优工艺参数。在黄连染蚕丝织物的直接染色和同浴媒染中，染液的pH值对色差的影响最大;在预媒处理和后媒处理中，温度和媒染剂用量都是相对较重要的因素，预媒染的增深作用较明显。在各媒染剂中，硫酸铜的增深效果相对较好。黄连染毛织物的直接染色实验中，pH值对染色结果影响最大，pH值越高，染色织物的颜色越深浓;预媒染实验中，温度是影响染色结果的的最显著因素，媒染剂，尤其是铁盐有明显的增深效果。在黄连染腈纶纤维的直接染色和同浴媒染中，染色温度具有显著的影响，染色纤维的色差均随染色温度的升高而增加;在铁盐的预媒处理和后媒处理中，媒染剂用量是最为重要的影响因素;而在铜盐的预媒处理和后媒处理中，温度则是最为重要的因素;媒染剂铁盐和铜盐对黄连染腈纶有明显的增深作用。黄连染色丝绸和毛织物的摩擦牢度尚可，而皂洗牢度普遍较差。媒染剂对皂洗牢度的改善程度不高。黄连染色腈纶的耐洗牢度和摩擦牢度均在4级以上。
　　 黄连无损伤地上染到织物上后，其抗菌保健作用的获得或保持要受环境因素的制约。通过观察黄连染色织物在自然光照射下色差的变化情况，得知黄连的耐太阳光牢度较差，但某些助剂的加入可提高其耐光牢度。媒染剂硫酸铜明显可以降低光褪色速度，抗氧化剂尤其是没食子酸能显著提高黄连的日晒牢度。另外，染液浓度的增加也可减缓黄连的光褪色速率。棉、毛、丝等织物经黄连染色后对其抗紫外线性能有明显提高。织物染色前用没食子酸进行预处理可以明显提高其抗紫外性能。
　　 通过黄连染色织物的静态，动态释放实验和洗衣机洗涤实验，研究了黄连的释放规律。结果表明染色纤维中黄连的释放量和速度均受温度和释放介质的影响。高温作用和酸性释放介质会明显增加黄连的释放速度和释放量，NaCl的加入也会促进黄连的释放;电解质Na2HPO4则对黄连的释放有一定的延缓作用。Higuchi方程均能较好地表征在动态释放过程中各种释放条件下蛋白质纤维中黄连的释放过程和释放动力学特征。黄连染色腈纶的释放率远低于黄连染色蛋白质纤维。丝绸和羊毛织物的机洗褪色曲线均符合递减的指数规律。
　　 ATR红外光谱分析表明染色纤维表面黄连色素的存在。通过黄连水提取液和黄连染色织物释放液冷冻粉的ATR红外光谱分析，明确了小檗碱作为最主要的色素来源，其在提取，上染和水浴释放过程中的一致性和无损伤性。
　　 抗菌测试结果表明黄连染色丝绸有明显的抗菌效果，且抗菌效果较稳定。
　　 研究了黄连对等离子体改性毛织物的染色性能。采用电晕法对毛织物表面进行改性，可使纤维表面活性基团增多，表面浸润性得到改善，从而改善了对黄连的上染性能。在空气气氛中，采用介质阻挡放电对毛织物表面进行改性处理，用黄连对改性毛织物进行染色，结果表明介质放电等离子体处理方式可提高毛纤维对黄连的平衡吸附量及染色织物的K/S值，提高放电电压，或延长处理时间，或增大处理电流都能使改善效果更加明显。
　　 研究了黄连对改性棉织物的染色性能。用柠檬酸作为交联剂使丝胶顺利附着在棉织物表面，用黄连对丝胶改性棉织物进行染色，结果表明上染率比未经过处理的棉织物有明显提高，染色织物颜色更鲜艳，且水洗牢度和耐摩擦牢度有所提高。通过高碘酸钠对棉纤维进行选择性氧化，可固着丝肽，从而改善了棉纤维对黄连的上染性能。

目录

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摘要

第1章 前言

1.1 概述

1.2 国内外医用功能纺织品的研究现状

1.2.1 医用功能纺织品的分类

1.2.2 医用纺织品技术开发的一般方法

1.3 天然植物染料的研究现状

1.3.1 常用的药用植物染料

1.3.2 天然染料存在的缺陷及提高染色效果的方法

1.3.3 染色织物的抗菌及稳定性

1.4 药理功能的评定方法

1.4.1 药理纺织品的作用机理

1.4.2 药效及持久性评定方法

1.5 本论文研究的主要内容

1.5.1 本论文研究的目的和意义

1.5.2 主要研究内容

第2章 黄连色素的提取及稳定性分析

2.1 基本方法

2.1.1 提取方法及比较

2.1.2 提取效率及稳定性评价方法

2.2 实验

2.2.1 实验材料和仪器

2.2.2 黄连提取液的光谱曲线测定

2.2.3 标准曲线测定

2.2.4 黄连色素的提取正交实验

2.2.5 黄连提取物与标准品的色谱比较

2.2.6 黄连提取液的稳定性测定

2.3 结果与讨论

2.3.1 黄连提取液的光谱曲线

2.3.2 标准曲线的制作

2.3.3 水煎煮法提取工艺的确定

2.3.4 精密度实验

2.3.5 黄连提取物的色谱定性

2.3.6 黄连提取液的稳定性分析

2.4 本章小结

第3章 黄连的染色性能及染色工艺

3.1 染色过程及理论

3.1.1 染色过程与平衡

3.1.2 染料吸附理论

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料和仪器

3.2.2 吸附等温线测定

3.2.3 吸附平衡测定

3.2.4 黄连染丝绸的染色工艺

3.2.5 黄连染毛织物的染色工艺

3.2.6 黄连染腈纶纤维的染色工艺

3.2.7 颜色特征值的测定

3.2.8 色牢度测定

3.3 结果与讨论

3.3.1 黄连染丝绸的热力学和动力学分析

3.3.2 黄连染羊毛,腈纶和棉纤维的吸附等温线

3.3.3 黄连染羊毛,腈纶和棉纤维的动力学分析

3.3.4 黄连染丝绸的染色工艺

3.3.5 黄连染毛织物的染色工艺

3.3.6 黄连染腈纶纤维的染色工艺

3.3.7 色牢度评定

3.4 本章小结

第4章 黄连染色的光及药理稳定性评价

4.1 染色后的颜色保持与药理稳定

4.1.1 颜色的保持

4.1.2 药理作用的稳定

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料

4.2.2 染色织物的光稳定性测定

4.2.3 染色织物的释放实验

4.2.4 红外光谱分析实验

4.2.5 抗菌测试实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 抗紫外和光褪色特性

4.3.2 黄连染色织物的释放

4.3.3 红外光谱分析结果

4.3.4 抗菌测试结果

4.4 本章小结

第5章 增加表层黄连上染率的方法

5.1 表面改性方法

5.1.1 增加黄连上染率的意义

5.1.2 表面改性方法及选择

5.1.3 表面改性效果评价方法和内容

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料

5.2.2 羊毛织物的电晕处理

5.2.3 羊毛织物的介质阻挡放电处理

5.2.4 丝胶改性棉织物

5.2.5 氧化棉的丝肽改性

5.3 结果与讨论

5.3.1 电晕处理对毛织物表面性能的影响

5.3.2 介质阻挡放电处理对毛织物染色性能的影响

5.3.3 黄连对丝胶改性棉织物的染色

5.3.4 丝肽涂覆氧化棉的染色性能

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读博士学位期间发表论文情况