皂莢提取物的制備與洗滌應用

孫紅玉，閆英山，沈周晶，馬 輝，，王力民，盛春英

（1.濱州華紡工程技術研究院有限公司，山東濱州 256600；2.華紡股份有限公司技術中心，山東濱州 256600；3.嘉興學院材料與紡織工程學院，浙江嘉興 314000；4.山東省短流程印染新技術重點實驗室，山東濱州 256600）

由于傳統化學洗滌劑存在污染環境、危害人體健康等安全環保問題，近年來，國內外對天然植物洗滌劑進行了很多研究[1]。關于天然植物洗滌劑的報道有很多，如無患子、菩提果、綠茶、苦楝子等，但這些天然植物在用作洗滌劑時都存在一定的缺點，比如原料難得、價格昂貴、不易提取等[2-4]。作為具有清潔功能的天然植物代表，皂莢具有三萜類皂甙的有效成分，在我國西南地區分布廣泛，相比于其他具有洗滌功能的天然植物，如無患子、菩提果等，皂莢原料易得，成本低，且提取方便[5-7]。作為一種優良的表面活性劑，皂莢提取物表面活性強、易生物降解、泡沫性能好，能與多種表面活性劑復配產生增效作用；與市面上所用的洗滌液和肥皂相比，能降低成本，保護環境，安全無毒，且清洗效果優良，自古以來在日常生活中都有廣泛的應用[8-9]。但是由于市場上各種化學洗滌劑的興起以及對環保的忽視，目前人們主要還是使用以化學合成物為主的洗滌劑[10-11]。因此，如何改善皂莢的提取及清洗工藝成為目前廣大科學研究工作者的研究熱點。

本實驗研究了皂莢提取工藝；為了提高其去除色素的能力，將皂莢與同樣綠色環保的生物質分子復配產生增效作用，得到一種新物質Matu；分析了不同產地的皂莢、不同質量分數的Matu溶液、不同洗滌劑、不同織物、Matu用量對去除色素效果的影響，通過洗滌前后織物白度的比較以及洗滌后織物力學性能的測試，得出最佳的Matu清洗濃度。通過提高皂莢產率及優化Matu最佳洗滌工藝，進一步了解和開發這類具有優良洗滌效果，對織物損傷小，安全無毒，綠色環保的天然植物洗滌劑。

1 實驗

1.1 材料

皂莢1（杭州前進藥業有限公司），皂莢2（湖州康恩貝制藥廠），商品化洗滌液、商品化肥皂（市售）。

1.2 儀器

CS-700型研磨機（永康市天祺盛世工貿有限公司），5IK90RA-CF型加熱恒速攪拌器（上海申勝生物技術有限公司），JA203型電子天平（上海海康電子儀器廠），SHZ-Ⅲ型循環水式真空泵（上海亞榮生化儀器廠），DHG-9075A型鼓風干燥箱（上海天呈實驗儀器制造有限公司），SHY-AS型振蕩水浴鍋（紹興市元茂機電設備有限公司），WSB-3A型白度儀（杭州研特科技有限公司），YG(B)026H-250型強力測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.3 皂莢的提取

取適量皂莢放入研磨機研磨3min成粉末，分別稱取10 g于7個燒杯中并標號，同時分別量取100mL蒸餾水于7個燒杯中，置于加熱恒速攪拌器下分別加熱1、2、3、4、5、6、7 h，溫度設為40℃，轉速為100 rad/s。對加熱攪拌后的液體進行抽濾。然后將抽濾液置于50℃鼓風干燥箱內，烘干，稱量，計算不同加熱攪拌時間下皂莢的產率，命名提取物為Matu。

1.4 M atu用作洗滌液的清洗工藝

剪19塊15 cm×7 cm的棉布，分別在棉布中央滴一滴新鮮蘋果汁，制得污漬棉布。在常溫下靜置固化3 h，測量棉布上滴有蘋果汁處的白度。將兩種不同產地的純皂莢與生物質分子復配，并與蒸餾水配成質量分數為15%的Matu洗滌液Matu1和Matu2。取19個200mL的三角燒瓶并標號，分別倒入100 mL蒸餾水，1號燒瓶不放其他物質，其余18個分成3組，分別放入0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g的Matu1、Matu2和商品化洗滌液。在40℃預熱，然后分別放入污漬棉布，振蕩45min。振蕩完畢后再用清水清洗，50℃烘干，測得原位置的白度。最后測試斷裂拉伸強力。

1.5 M atu用作肥皂的清洗工藝

制作19塊污漬棉布，第一塊棉布只用清水手搓，其余18塊棉布分別用0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g的Matu1、Matu2和商品化肥皂進行手搓清洗，清洗2min，清洗力度保持一致，50℃烘干。滌綸和聚乳酸針織物洗滌方式同棉布。

1.6 測試

以100mm/min的拉伸速度對棉布與滌綸進行拉伸，采用強力測試儀測試斷裂強力；對聚乳酸針織物進行頂破強力測試。采用白度儀對樣品處理部位進行白度測試。

2 結果與分析

2.1 加熱攪拌時間對皂莢產率的影響

提取皂莢時加熱攪拌時間對產率的影響見圖1。

圖1 皂莢產率與加熱攪拌時間的關系

由圖1可以看出，隨著加熱攪拌時間的延長，越來越多的皂莢溶解于熱水中，且增加速度先快后慢，到6 h時逐漸達到飽和，產率不再上升。原因是皂莢在水中有一定的溶解度，6 h后達到飽和。因此提取皂莢的最佳加熱攪拌時間確定為6 h。

2.2 不同洗滌劑對去除不同織物色素的影響

分別用清水，0.1、0.4、0.5、0.7、1.0、2.0 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化洗滌液清洗棉、滌綸、聚乳酸上質量、形狀相同的蘋果汁污漬，同時分別用清水、0.05、0.10、0.20、0.50、0.80、1.00 g 15%的Matu1、Matu2以及商品化肥皂清洗棉、滌綸、聚乳酸上質量、形狀相同的蘋果汁污漬，測量洗滌前后織物上蘋果汁部位的白度，用兩者的白度差來表征不同用量Matu、商品化洗滌液以及商品化肥皂對去除織物色素的效果，結果如圖2～7所示。

圖2 M atu溶液和商品化洗滌液對去除棉織物色素的影響

圖3 M atu溶液和商品化洗滌液對去除滌綸色素的影響

圖4 M atu溶液和商品化洗滌液對去除聚乳酸色素的影響

圖5 M atu溶液和商品化肥皂對去除棉織物色素的影響

圖6 M atu溶液和商品化肥皂對去除滌綸色素的影響

圖7 M atu溶液和商品化肥皂對去除聚乳酸色素的影響

從圖2～7可以看出，織物洗滌后白度都有所增加，說明Matu和商品化洗滌液、商品化肥皂都有一定的洗滌性能，且隨著Matu溶液、商品化洗滌液及肥皂用量的增加，織物白度逐漸增加；同時當3者用量分別到達一定程度時，用量再增加，織物白度變化不大。從圖2～4可以看出，15%的Matu溶液最佳洗滌用量為0.7 g，而商品化洗滌液的最佳洗滌用量為1.0 g。從圖5～7可以看出，0.50 gMatu溶液的去除色素能力最強，而商品化肥皂需要0.80 g才能達到最佳洗滌效果。因此，根據最佳洗滌條件下3種洗滌液白度增加值的變化，可得出洗滌劑清洗能力從大到小依次為：Matu1、Matu2、商品化洗滌劑，且在最佳清洗效果下，Matu比商品化洗滌液用量更少。肥皂清洗能力從大到小依次為：Matu1、Matu2、商品化肥皂，且在最佳洗滌效果下，Matu比商品化肥皂用量更少。同時橫向比較3種織物可以得出，色素最容易去除的是棉，其次是滌綸，最差是聚乳酸。

2.3 洗滌后織物力學性能的比較

測量棉和滌綸織物的斷裂拉伸強力，計算出強力下降率，結果如圖8～11所示。

圖8 M atu溶液和商品化洗滌液對棉力學性能的影響

圖9 M atu溶液和商品化肥皂對棉力學性能的影響

圖10 M atu溶液和商品化洗滌液對滌綸力學性能的影響

圖11 M atu溶液和商品化肥皂對滌綸力學性能的影響

測量聚乳酸針織物頂破強力，計算出強力下降率如圖12、13所示。

圖12 M atu溶液和商品化洗滌液對聚乳酸力學性能的影響

圖13 M atu溶液和商品化肥皂對聚乳酸力學性能的影響

本實驗中水洗的棉和滌綸是機織物，力學性能用斷裂拉伸強力來表征；而聚乳酸是針織物，力學性能用頂破強力來表征。因此在3種布間橫向比較時，采用計算強力下降率的方法。已知棉和滌綸在未水洗前的原布斷裂拉伸強力分別為338.7、520.1N，聚乳酸針織物原布的頂破強力為270.4 N。由圖8～13可知，水洗后織物斷裂拉伸強力和頂破強力均下降，可推斷出加入Matu溶液、商品化洗滌液或肥皂都對3種織物的力學性能產生了不同程度的影響。但總體來看，織物力學性能下降受洗滌液或肥皂用量及品種的影響較小。通過計算強力下降率可知，洗滌液清洗棉布強力下降率不超過6.9%，清洗滌綸不超過7.6%，清洗聚乳酸不超過9.0%；肥皂清洗棉布不超過7.9%，清洗滌綸不超過8.7%，清洗聚乳酸不超過9.5%，均在強力下降率允許范圍內。橫向對比3種織物，水洗影響從輕到重分別是棉、滌綸、聚乳酸。且對比兩條清洗路線，肥皂比洗滌液更易損傷織物。原因是將Matu制作成肥皂時純度太大，雖然清洗效果更好，但對織物甚至是皮膚有更大的損傷。

3 結論

本研究通過大量實驗，確定了皂莢的最佳提取工藝，并將提取物Matu應用于洗滌實驗。結果表明，皂莢的最佳加熱攪拌時間為6 h。當把Matu作為洗滌液應用時，取0.7 g15%的Matu洗滌液溶解于100mL水中的洗滌效果最好，Matu清洗效果優于商品化洗滌液，且用量更少。當把Matu作為肥皂應用時，取0.5 g進行手搓洗滌效果最好，Matu清洗效果優于商品化肥皂，且用量更少。將Matu用作肥皂比用作洗滌液去除色素的效果更好。不同產地的皂莢也會影響色素的去除效果。使用Matu或其他洗滌劑、肥皂都會對織物的力學性能產生不同程度的影響，力學性能的下降受洗滌液或肥皂用量及品種的影響較小，但使用洗滌液對織物損傷更小。另外也要恰當控制水洗的溫度、時間及力度，以免衣物或皮膚受到更大的損傷。