天然彩色棉色素組分、結(jié)構(gòu)及其相關(guān)性能研究.pdf

1、天然彩色棉是纖維本身具有自然色彩的棉花品種的統(tǒng)稱，其顏色呈現(xiàn)是棉纖維細胞在分化和發(fā)育過程中色素物質(zhì)沉積的結(jié)果。目前，通過國家審定并大規(guī)模種植同時成功應(yīng)用于紡織品開發(fā)的只有綠色和棕色兩大品系。天然彩色棉制品具有色澤自然、柔和典雅、質(zhì)地柔軟等特點，用天然彩色棉纖維生產(chǎn)的紡織品無需染色，可降低加工成本，減少污水排放，是名副其實的生態(tài)紡織品。但是，目前能紡織應(yīng)用的天然彩色棉色譜不全、顏色單調(diào)、色素不穩(wěn)定、纖維品質(zhì)相對較差，這些問題已成為影響彩色

2、棉產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因此，影響天然彩色棉顏色的色素種類和性質(zhì)，目前已成為研究和開發(fā)天然彩色棉產(chǎn)品的關(guān)鍵問題。本文主要研究綠色和棕色兩種天然彩色棉纖維色素的提取、分離和組分的結(jié)構(gòu)鑒定，并對綠色棉纖維顏色穩(wěn)定性的改善及它們的抗菌性能和紫外可見漫反射光譜性能進行了初步探討。
　　 本文首先系統(tǒng)研究了天然綠色棉和棕色棉纖維色素的溶解性能，通過比較分別選用無水乙醇和70％乙醇水溶液為溶劑進行綠色棉和棕色棉纖維色素提取，然后利用初步純化的色素

3、進行化學性質(zhì)和光譜分析。結(jié)果表明兩種天然彩色棉色素類型不同，天然綠色棉色素為極性較弱的堿溶性化合物，含有一種羥基被苷化、并且具有鄰二酚羥基的黃酮醇類化合物;天然棕色棉色素為極性較強的水溶性化合物，含有縮合單寧或是縮合單寧氧化而成的苯醌類化合物。
　　 針對天然綠色棉色素提取較困難，采用無水乙醇為提取劑，運用正交實驗設(shè)計方法，探索了天然綠色棉色素在超聲波輔助下的最佳萃取工藝條件，并建立一種測定天然綠色棉纖維色素萃取效率的相對定量方

4、法;同時探討了超聲波輔助萃取時不同的工藝條件對色素萃取效率的影響，并與普通浸提效率進行對比分析;文中對天然綠色棉色素的超臨界萃取方法也進行了初步探索。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):超聲波輔助萃取比普通浸提有明顯優(yōu)勢，在同等實驗條件下，超聲輔助萃取20min可達到普通浸提5h的效果，同時，超聲波輔助萃取對天然綠色棉色素成分和結(jié)構(gòu)無明顯影響。研究表明在超聲頻率為40KHz、功率為100W時的萃取天然綠色棉色素的最佳工藝條件為:溫度70℃，萃取時間100mi

5、n，料液比為1∶125。超臨界流體萃取實驗發(fā)現(xiàn)在壓力30MPa、80℃萃取5h，同時加適量夾帶劑的條件下可提取部分天然綠色棉色素。在一定的工藝條件下，超臨界流體萃取可使天然綠色棉色素向外部轉(zhuǎn)移，增深天然綠色棉纖維表層的顏色。
　　 研究獲得了一種天然綠色棉色素物質(zhì)并對結(jié)構(gòu)進行了鑒定。通過對天然綠色棉色素成分用超聲波輔助提取法萃取、采用C18反相硅膠柱進行分離純化，并利用紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振譜圖進行結(jié)構(gòu)表征。研究發(fā)現(xiàn)

6、，天然綠色棉色素由多組分組成，其中一種主要組分具有類黃酮化合物的性質(zhì)，分離干燥后該組分為淡黃色粉末，分子量為592。這種主要組分具有pH依賴性，在堿溶液中顏色隨著pH的升高而加深，其顏色變化與堿處理使天然綠色棉纖維的顏色變化規(guī)律一致。通過結(jié)構(gòu)鑒定得知，這種主要色素組分可能結(jié)構(gòu)為具有3'，4'-OH、6，7-OH、5-OCH3，并且在6-C上連有葡萄糖基、3-OH被取代的黃酮醇類化合物。分離到的其它兩種組分也屬于性質(zhì)類似的黃酮類化合物，其

7、具體分子結(jié)構(gòu)需進一步分離和鑒定。
　　 通過對天然棕色棉色素成分萃取，采用聚酰胺柱層析、反相高效液相色譜（RP-HPLC）、制備型液相色譜分離，并利用MADLI-TOFMS和ESI-MS進行分子鑒定，結(jié)果表明天然棕色棉色素提取物組分復雜，分子量主要分布在850～1250之間。高效液相色譜反相C18柱可大致將天然棕色棉色素分離，天然棕色棉色素提取液至少含有5種成分，包括4種在反相色譜柱上保留性較差的組分和1簇分子量跨度較大的混合組

8、分。以聚酰胺為吸附劑，依次用蒸餾水、50％丙酮、pH=9.0的氨水和0.3％尿素水溶液為洗脫劑的柱層析體系可有效地將天然棕色棉色素提取液分為4部分。采用反相C18制備柱只能將蒸餾水洗脫部分的組分有效分離，得到了兩種有色組分和兩種無色組分。分離得到的兩種有色成分不屬于同一類物質(zhì)，一種判斷為除縮合單寧外的其它酚類化合物，另一種判斷為B型縮合單寧的三聚或者更高聚體。分離得到的兩種無色成分的結(jié)構(gòu)相似，只相差一個苯環(huán)，推測兩者可能為含多個芳環(huán)的木

9、脂素類物質(zhì)。
　　 針對天然綠色棉色素不穩(wěn)定，研究獲得了一種改善天然綠色棉纖維顏色穩(wěn)定的新方法。用石油醚預處理天然綠色棉纖維，可提高天然綠色棉色澤的熱穩(wěn)定性和日曬牢度。通過GC-MS研究發(fā)現(xiàn)用石油醚預處理可去除天然綠色棉纖維中部分不利于顏色保持穩(wěn)定的化學成分。石油醚預處理工藝對需高溫整理的天然彩色棉產(chǎn)品具有潛在應(yīng)用價值。
　　 發(fā)現(xiàn)了天然棕色棉的天然抗菌性。采用改良的AATTCC100-2004《紡織品抗菌性能的定量評估

10、》對經(jīng)脫脂處理后的天然彩色棉纖維抗菌性能進行定量測定，并用藥敏紙片擴散法（抑菌圈法）對天然彩色棉色素進行抑菌實驗分析。實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)石油醚進行脫脂處理后的天然棕色棉纖維表現(xiàn)出一定的抗菌性能。脫脂處理后的天然深棕色棉對肺炎克雷伯氏菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別達到96.4％和89.1％;棕色棉顏色越深，抗菌性能越好;而普通白棉與天然綠色棉纖維抑菌效果不明顯。天然棕色棉色素類物質(zhì)影響天然棕色棉的抑菌性能，抑菌圈法測試結(jié)果表明天然棕色棉色素具有較

11、好的抑菌效果并且有一定的抑菌耐久性。棕色棉色素在人體汗液環(huán)境處理中抑菌性能不變，在高溫短時間處理后抑菌能力有所下降，并且處理溫度越高，色素的抑菌能力下降越大，但抑菌能力仍有較好地保留。
　　 利用天然彩色棉的顏色特性，對兩種天然彩色棉纖維的紫外可見漫反射光譜性能進行初步探討。實驗發(fā)現(xiàn)天然彩色棉纖維的紫外可見漫反射光譜與染色棉、白棉不同，用紫外可見漫反射光譜法在鑒別天然彩色棉、快速定量測定天然彩色棉與白棉纖維混紡比方面具有潛在應(yīng)用