人體皮脂組分角鯊烯污化棉織物的老化黃變性能

虞雅倫, 蔡慕遠， 邵建中，2

(1. 浙江理工大學 生態染整技術教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學 先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室， 浙江 杭州 310018)

人體皮脂組分角鯊烯污化棉織物的老化黃變性能

虞雅倫1, 蔡慕遠1， 邵建中1，2

(1. 浙江理工大學 生態染整技術教育部工程研究中心， 浙江 杭州 310018；2. 浙江理工大學 先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室， 浙江 杭州 310018)

為研究紡織品老化黃變的主要原因，采用分光光度電子測色配色儀對人體皮脂組分角鯊烯污化的純棉織物在各種老化條件(老化溫度、濕度、光照強度和環境氧含量)下的黃變程度進行了系統研究，應用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和場發射掃描電鏡(SEM)對角鯊烯在老化過程中的結構變化及其與純棉基質的結合狀況進行了研究。結果表明：隨著老化環境中溫度、濕度、光照強度和氧含量的增加，織物的老化黃變程度加劇；老化前后角鯊烯的化學結構發生了明顯變化，老化產物含有羥基及共軛羰基基團；角鯊烯油污多以包覆纖維及填覆纖維間凹陷的形式結合于纖維表面。

角鯊烯； 棉； 老化； 黃變； 自氧化

Abstract Squalene from human sebum is the major source of yellowing and aging of clothing and household textiles. In this study, the yellowing degrees of the squalene-soiled fabrics aged under various aging conditions (temperature, humidity, light intensity, ambient oxygen content, etc.) were studied. The yellowing degrees of squalene-soiled/aged fabrics were measured by colorimetric spectrophotometer. The chemical changes of squalene and the surface morphology of squalene-soiled/aged fabric were examined with Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR)and the field emission scanning electron microscopy(SEM). The results showed that, with increase in the temperature, humidity, light intensity and oxygen content of the aging environment, the yellowing level of squalene-soiled fabrics increased. The chemical structure of squalene changed significantly after aging, and the aged product contained hydroxyl group and carbonyl group. The vast majority of squalene padded onto the cotton fabrics was coated on the fiber surfaces or filled in the dents among fibers.

Keywords squalene; cotton; aging; yellowing; autoxidation

織物的黃變、灰變現象大大降低了服裝及家居紡織品的使用壽命，因而多年來人們對紡織品在使用過程中發生的老化黃變現象十分關注。相關研究表明，人類皮脂是服裝上油性污漬的主要來源[1]，其主要組分是不飽和油污角鯊烯(12%)、游離脂肪酸(15%)、甘油三酯(50%)、單雙甘油酯(10%)和膽固醇(3%)等[2-4]。這些附著在織物上的不飽和油污在常規的洗滌過程中不能完全去除，殘留的皮脂油污會在服用者體溫、空氣、紫外線(UV)輻射等條件的催化下發生氧化反應致使紡織品黃變。特別是在角鯊烯快速氧化過程中會生成極性棕黃色產物，這些產物是導致紡織品泛黃的主要原因[5]。

本文采用恒溫恒濕實驗箱和耐氣候老化實驗儀模擬各種老化環境，采用計算機測色配色系統表征各老化污織物的黃變程度，從而對角鯊烯污化棉織物在不同溫度、濕度、光照強度、氧含量等環境下的老化黃變狀況進行了研究。此外，本文還采用傅里葉變換紅外光譜分析手段對角鯊烯在老化過程的結構變化進行分析，并通過場發射掃描電子顯微鏡對污化織物老化前后表觀形貌的變化進行了研究，進而得出紡織品上角鯊烯油污的老化機制。本文研究將有助于紡織品抗黃變整理或護理技術的發展，并有效控制和減少紡織品老化黃變現象。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

織物：全棉(18.22 tex)漂白雙面針織物(縱密為158.3 橫列/10 cm; 橫密為144.5 縱行/10 cm；面密度為250 g/m2)。

藥品：吐溫80(分析純，杭州高晶精細化工有限公司)；司盤80(化學純，天津市光復精細化工研究所)；角鯊烯(優級純，Aldrich公司), 其結構式如圖1所示。

儀器：CTHI-100B型恒溫恒濕箱，施都凱儀器設備上海有限公司；Q-SUN氙燈型耐氣候試驗儀，美國Q-Lab公司；WL500CY型實驗室乳化機，上海威宇公司；SF600+型DataColor測色配色儀，美國DataColor公司；ULTRA55型場發射掃描電子顯微鏡，德國ZEISS公司；DF-101S型集熱式攪拌器，常州普天儀器制造有限公司； P-A0型Rapid電動均勻軋車，杭州三錦科技有限公司；Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermo公司；80系列標準洗衣機，美國Sears Kenmore公司；NH45-19T型滾筒排氣式干衣機，杭州松下家用電器有限公司；AY119型太力中號棉被真空壓縮袋，中山市太力家庭用品制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 織物準備

取2.5 kg全棉(18.22 tex)雙面針織物置于標準洗衣機中清洗。具體參數為：進水量55 L；209凈洗劑20 g；水溫32 ℃；時間14 min。洗后清水漂洗2次，脫水后，用滾筒排氣式干衣機在暖風條件下烘干100 min。

1.2.2 角鯊烯乳化污液準備

角鯊烯乳化污液配方：角鯊烯質量分數為2.2%；吐溫80質量分數為0.1%；司盤80質量分數為0.4%。稱取適量角鯊烯加入圓底燒瓶，稱取相應的乳化劑溶于角鯊烯，將圓底燒瓶置于集熱式攪拌器中，在80 ℃、800 r/min條件下加熱攪拌。攪拌開始時緩慢滴加蒸餾水得到水包油型乳液，之后繼續滴加蒸餾水使乳液轉相為油包水型，40 min后降低轉速至200 r/min，并快速冷卻。經初步乳化的角鯊烯乳液在高速乳化機上進一步剪切乳化(10 000 r/min，3 min)，以提高乳液穩定性。

1.2.3 角鯊烯污織物制備

將裁剪成1 g/塊的純棉針織物完全浸入質量分數為2.2%的角鯊烯乳液中，用玻璃棒輕壓使液體完全浸透，取出后在軋車上浸軋，控制軋液率為90%。浸軋后的織物在室溫條件下自然晾干。晾干后的織物置入恒溫恒濕箱、Q-SUN氙燈型耐氣候實驗儀，于不同條件下進行人工老化處理。

1.2.4 黃變指數測定

黃變指數是指污化和老化后紡織品的黃色指數與未經污化和老化紡織品原樣黃色指數的差值，計算公式為

△Y=Y1-Y0

式中：Y1為經污化和老化紡織品的黃色指數；Y0為未經污化和老化紡織品原樣的黃色指數。黃色指數是指無色透明、半透明或白色高分子材料偏離白色的程度。黃色指數Y可按下式計算。

Y=143b*/L*

式中：b*為色品指數，表示黃度值；L*為明度值；均由SF600+型DataColor(D65照明體，10視場)測得測色配色儀。

1.2.5 紅外光譜分析

采用Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀，測定老化前后角鯊烯油污的紅外吸收光譜。掃描范圍為4 000～500 cm-1；分辨率為4 cm-1；掃描次數為32次。

1.2.6 表觀形貌觀察

采用ULTRA55型場發射掃描電子顯微鏡觀察織物原樣和角鯊烯污織物的表觀形貌，工作電壓為1 kV，放大倍數為2 000。

2 結果與討論

2.1 老化環境對角鯊烯污織物黃變的影響

紡織品在服用和存貯過程中須經受不同的環境條件，本文模擬紡織品使用過程中經受的各種環境條件(溫度、濕度、光照和氧氣)，采用單因素法分析角鯊烯污織物在不同條件下的老化黃變狀況，以了解各種環境因素對污織物老化黃變的影響。

2.1.1 環境溫度對角鯊烯污織物黃變的影響

表1示出環境溫度對角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可知，未經污化的參照樣在不同溫度的老化環境下均會產生不同程度的黃變，且黃變指數隨著環境溫度的升高有所上升。相比之下，相同溫度下，角鯊烯污織物的黃變程度更明顯，且環境溫度的上升會顯著提高其黃變指數。在本文研究范圍內，高溫會加劇角鯊烯污織物的老化黃變，其原因在于污織物發生老化黃變主要是角鯊烯自氧化反應引起的，角鯊烯的自氧化反應屬于自由基鏈式反應的一種，與其他的自由基鏈式反應相同，角鯊烯自氧化反應可分為3個過程：鏈引發、鏈增長和鏈終止[6]。在鏈引發及鏈增長反應過程中，烴基自由基和過氧化物自由基的生成過程以及烴基過氧化氫的分解過程都需要吸收能量，而高溫有利于能量吸收，故角鯊烯污織物所處溫度愈高，污織物越容易發生老化黃變。此外，高溫的老化環境可以加劇角鯊烯內部的分子運動，也有利于氧化反應的進行。

表1 環境溫度對角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為相對濕度65%，黑暗老化時間7 d；參照樣為未污化經老化處理的織物，以下類同。

該結果表明，洗滌不凈的衣服洗后經60 ℃以上的高溫烘干，殘留的角鯊烯會導致織物黃變加劇。

2.1.2 環境濕度對角鯊烯污織物黃變的影響

表2示出環境濕度對角鯊烯布老化黃變的影響。由表可知，環境濕度對未污化參照樣的黃變指數影響很小，而對角鯊烯污化織物的黃變指數影響較大。環境濕度增加使角鯊烯污織物的黃變加劇，這表明濕度是導致鯊烯污織物泛黃的因素之一。這可能是水分和氧氣對油污的自氧化反應有協同作用，在相對濕度較高條件下角鯊烯污織物會吸收環境中的水分，致使污織物含水量增高，加劇了角鯊烯污織物的老化黃變反應，這就是穿后不及時洗滌的衣服在悶熱的梅雨季節更易黃變的原因，這也告誡人們為減少織物的黃變，須勤換洗衣服。

表2 環境濕度對角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為溫度60 ℃、黑暗老化時間7d。

2.1.3 環境光照強度對角鯊烯污織物黃變的影響

表3示出環境光照對角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可見，進行老化處理后的未污化參照樣和角鯊烯污織物均顯示較高的黃變指數，且角鯊烯污織物的黃變指數比未污化參照樣大。在本文研究條件下，最弱的光照強度已經使未污化參照樣和角鯊烯污織物表現出明顯的黃變，而隨著光照強度的增加，角鯊烯污織物黃色指數的增幅變大，即黃變程度顯著增加。由此可知，棉織物本身受光照影響很大，而相同老化條件下角鯊烯污織物更易發生黃變，且黃變程度與老化環境的光照強弱密切相關。

表3 環境光照強度對角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為：溫度60 ℃、老化時間4 d。

2.1.4 環境氧含量對角鯊烯污織物黃變的影響

表4示出環境氧含量對角鯊烯污織物老化黃變的影響。由表可知，未污化參照樣和角鯊烯污織物在有氧和絕氧的環境下老化較長時間后黃變指數均有不同程度的上升，角鯊烯污織物的黃變指數上升更明顯。這表明，氧氣的存在有助于角鯊烯污織物老化黃變反應的進行。角鯊烯污織物的老化黃變主要是由于織物老化過程中污織物上的角鯊烯油污發生自氧化反應生成含有發色團的老化產物造成。

表4 環境氧含量對角鯊烯污織物老化黃變的影響

注：老化條件為溫度20 ℃，濕度60%，黑暗老化時間35 d。

圖2示出角鯊烯自氧化過程中涉及的基本反應[6]。從圖中自由基鏈增長反應方程式可見，氧氣是鏈增長反應過程中不可或缺的重要因素，因而在較低的氧濃度下，角鯊烯自氧化反應的鏈增長受到限制，使有色老化產物不易形成，角鯊烯污織物黃變程度較小。上述結果和分析說明抽真空存放紡織品不僅可以減少存放空間，而且可有效抑制或減緩織物黃變。

2.2 老化前后角鯊烯結構的變化

2.3 角鯊烯污織物表觀形貌分析

對棉織物原樣和老化角鯊烯污織物表觀形貌進行SEM觀察，結果如圖4所示。與圖4(a)相比，圖4(b)的棉織物表面形貌有明顯變化，棉織物原樣中纖維表面紋理清晰，而老化角鯊烯污織物的纖維表面包覆了一層污物，且部分污物存在于棉纖維的溝壑凹陷中。由此可知，角鯊烯污物并沒有完全滲入纖維內部，絕大多數角鯊烯污物以填充纖維間凹陷或包覆纖維表面的形式存在于纖維表面。

3 結 論

隨著老化環境中溫度、濕度、光照強度和環境氧含量的增加，角鯊烯污化棉織物的老化黃變程度加劇；老化前后角鯊烯的化學結構發生了明顯變化，老化產物含有羥基及共軛羰基基團；浸軋處理到棉織物基質上的皮脂油污組分多以包覆纖維及填覆纖維間凹陷的形式存在于纖維表面。

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Aging and yellowing properties of squalene-soiled cotton fabrics

YU Yalun1, CAI Muyuan1, SHAO Jianzhong1,2

(1.EngineeringResearchCenterforEco-DyeingandFinishingofTextiles,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China； 2.KeyLaboratoryofAdvancedTextileMaterials&ManufacturingTechnology,MinistryofEducation,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018，China)

10.13475/j.fzxb.20150201005

2015-02-03

2015-09-01

虞雅倫(1991—)，女，碩士生。研究方向為染整新技術。邵建中，通信作者，E-mail：jshao@zstu.edu.cn。

TS 190

A