棕櫚纖維紫外屏蔽性能及其機(jī)理研究.pdf

1、資源短缺危機(jī)使得人們開始逐漸關(guān)注天然資源的開發(fā)和利用。而棕櫚纖維（棕櫚葉鞘纖維）作為一種天然纖維，屬于可再生資源，且由于其產(chǎn)量大，耐腐蝕，彈性模量低等優(yōu)點(diǎn)已逐漸被應(yīng)用在彈性材料和復(fù)合材料等領(lǐng)域。為了更好地發(fā)揮棕櫚纖維的性能，提高其利用價(jià)值，增加經(jīng)濟(jì)附加值，需要對(duì)纖維的性能進(jìn)行更全面的研究。而棕櫚纖維長(zhǎng)期在日曬雨淋的條件下仍保持良好的性能，不僅歸功于其優(yōu)異的耐腐蝕性能，與表觀抵抗紫外線輻射的能力也有一定的關(guān)系；并且棕櫚纖維顏色為深棕色，表

2、面粗糙，橫截面具有中腔，且木質(zhì)素含量高，研究其紫外屏蔽性能具有一定的可行性和研究意義。本文以棕櫚纖維為研究對(duì)象，探究纖維紫外屏蔽性能，并通過提取黑色素和木質(zhì)素，探索提取物質(zhì)與纖維紫外屏蔽性能的關(guān)系。目的在于為這一天然綠色的材料開拓更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為其在抗氧化添加劑、紫外線吸收劑等方面的應(yīng)用提供有價(jià)值的參考依據(jù)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文通過人工模擬紫外線對(duì)棕櫚纖維進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的輻射，通過SEM、FTIR、XRD、TG等測(cè)試手

3、段研究了紫外線輻照對(duì)棕櫚纖維宏觀和微觀聚集態(tài)的影響，并利用萬能試驗(yàn)機(jī)研究了輻照前后棕櫚纖維力學(xué)性能的變化，探究了棕櫚纖維紫外屏蔽性能；基于棕櫚纖維較強(qiáng)的紫外屏蔽性能，對(duì)棕櫚纖維的紫外吸收性質(zhì)進(jìn)行了研究，并與竹纖維、苧麻纖維進(jìn)行了對(duì)比；從棕櫚纖維、竹纖維中提取分離了木質(zhì)素，并對(duì)木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試分析，研究了棕櫚纖維紫外吸收機(jī)理，探究了其對(duì)棕櫚纖維優(yōu)異的紫外屏蔽性能貢獻(xiàn)的內(nèi)在原因；基于棕櫚纖維黑色素和木質(zhì)素較強(qiáng)的紫外吸收性質(zhì)，對(duì)棕櫚

4、纖維提取物的抗氧化活性進(jìn)行了研究，并分析了其對(duì)棕櫚纖維紫外屏蔽性能的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明：
　?。?）經(jīng)過人工模擬紫外線輻照后，棕櫚纖維表面結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性及拉伸性能保持相對(duì)穩(wěn)定。紅外結(jié)果表明輻照后纖維中亞甲基含量增加，說明內(nèi)部的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，且纖維中三鍵發(fā)生斷裂，出現(xiàn)一系列新的羰基特征峰則表明棕櫚纖維在紫外線輻照下，也進(jìn)行氧氣參與的光致氧化過程；輻照20天后，結(jié)晶度指數(shù)略增加，由44.28%增加至46.20%，表明只對(duì)

5、無定形區(qū)造成破壞；而增加輻照時(shí)長(zhǎng)后，纖維力學(xué)性能有一定程度損失，輻照60天后，其斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和楊氏模量分別降低了16.78%，19.15%和15.25%，且表面粗糙度增加，結(jié)晶度指數(shù)降低為40.32%，說明紫外線對(duì)纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)有一定程度的破壞。綜上，棕櫚纖維紫外線屏蔽性能優(yōu)異，其粗糙的表面以及硅石，有一定的貢獻(xiàn)。
　?。?）棕櫚纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外線屏蔽性能，與其較高的木質(zhì)素含量有關(guān)。極性溶劑（乙醇），非極性溶劑（己烷和

6、丙酮）和二氧六環(huán)水溶液（二氧六環(huán)/水=9∶1，體積比）能夠用來提取棕櫚纖維中對(duì)紫外吸收性質(zhì)有貢獻(xiàn)的化學(xué)成分，且二氧六環(huán)水溶液可以有效提取棕櫚纖維木質(zhì)素；與竹纖維、苧麻纖維對(duì)比，棕櫚纖維表現(xiàn)出最強(qiáng)的紫外吸收性質(zhì)，三種纖維木質(zhì)素提取物的最大吸收峰分別在288nm（棕櫚纖維）、288nm（竹纖維）、295nm（苧麻纖維）處，同樣地，棕櫚纖維木質(zhì)素依舊表現(xiàn)出最強(qiáng)的紫外吸收性質(zhì)；且木質(zhì)素含量越高，纖維紫外吸收性質(zhì)越優(yōu)異，纖維的紫外屏蔽性能越優(yōu)異。

7、
　?。?）棕櫚纖維優(yōu)異的紫外線屏蔽性能很大程度上歸功于其木質(zhì)素獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。與竹纖維堿木質(zhì)素相比，棕櫚纖維堿木質(zhì)素表現(xiàn)出更優(yōu)異的紫外吸收性質(zhì)；棕櫚纖維優(yōu)異的紫外屏蔽性能主要是由于以下官能團(tuán)的存在：包括酚類-OH，芳環(huán)，尤其是獨(dú)特的三鍵結(jié)構(gòu)，核磁的測(cè)試結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)；同時(shí)，與竹纖維堿木質(zhì)素相比，棕櫚纖維堿木質(zhì)素氮元素含量較高，且在810℃時(shí)的殘?zhí)苛恳哺哌_(dá)59%，其較高的蛋白質(zhì)含量和較高的芳環(huán)密度也對(duì)棕櫚纖維更優(yōu)異的紫外屏蔽性

8、能起著關(guān)鍵的作用。
　?。?）棕櫚纖維黑色素及木質(zhì)素提取物較強(qiáng)的自由基清除特性是棕櫚纖維紫外屏蔽性能的原因之一，由于其能延緩或阻斷紫外線輻照使得棕櫚纖維產(chǎn)生的光氧化反應(yīng)。棕櫚纖維黑色素提取物具有較好的紫外吸收性能，這是因?yàn)楹谏匕辑h(huán)和酚類物質(zhì)，且其具有較強(qiáng)的自由基清除的能力，且隨著濃度的增加而增強(qiáng)，其清除自由基的能力由弱到強(qiáng)分別為：:·DPPH<·O2-<·OH，對(duì)羥自由基的半數(shù)抑制濃度IC50為224.444 ug/mL；同