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摘 要

紫胶红作为一种良好的天然染料，如今在上染纤维中有大量的应用。对于紫胶红色素的上染工艺研究已经较为成熟，但紫胶分子与纤维分子之间的作用力类型还不清楚。通过利用分子模拟，判断紫胶与单宁在水溶液中难以形成氢键，紫胶红色素与纤维的直接结合也大多为范德华力为主。这都给我们实际染料上染过程中的工艺改进提供了指导。

关键词：分子模拟技术 蛋白质纤维 分子间作用力 紫胶红色素

Study on the Supramolecular Interaction

Between Lac Dyes and Macromolecules

Abstract

As a good natural dye, lac red has a large number of applications in fibers dyeing. The research on the dyeing process has been relatively mature, but the type of interaction force between lac and fiber molecules is not clear. Through the use of Gaussian molecular simulations, we determined that it was difficult to form hydrogen bonds between lac and tannin in aqueous solution, and the direct binding of lac red to fiber was mostly dominated by van der Waals forces. This gives us guidance on the improvement of process in our actual dye uptake process.

Keywords: molecular simulation technology; protein fiber; intermolecular force; lac

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1天然染料紫胶红概述 1

1.1.1天然染料的发展 1

1.1.2紫胶红色素分类 1

1.1.3紫胶红色素特性的研究状况 2

1.2超分子化学概述 4

1.2.1超分子化学内容 4

1.2.2超分子化学在紫胶染色中的应用 4

1.3模型化学概述 4

1.3.1模型化学内容 5

1.3.2分子模拟技术在紫胶红色素与纤维染色中的应用 5

1.4课题研究的背景和意义 5

1.5课题的研究方法与内容 6

第二章 分子模拟研究流程 7

2.1材料的选用 7

2.2高斯的设定 7

2.3MS的设定 7

2.4模拟计算流程 7

第三章 结果与讨论 9

3.1高斯模拟各种单体 9

3.1.1纤维素模拟计算 9

3.1.2丙氨酸模拟计算 11

3.1.3乙氨酸模拟计算 12

3.1.4丝氨酸模拟计算 14

3.1.5单宁模拟计算 15

3.1.6紫胶模拟计算 17

3.2高斯模拟分子结合过程中的结构模拟与计算 17

3.2.1紫胶与单宁结合 18

3.2.2丙氨酸与紫胶结合 18

3.2.3乙氨酸与紫胶结合 20

3.2.4其他氨基酸与紫胶结合 21

3.3高斯模拟紫胶媒染过程 21

3.3.1紫胶红色素与丙氨酸和单宁结合 22

3.3.2紫胶红色素与单宁与乙氨酸结合 23

3.3.3紫胶红色素利用其它媒染剂 24

3.4 利用Materials studio进行模拟计算 24

3.4.1MS单体优化 25

3.4.2丙氨酸与紫胶与单宁结合 25

3.4.3其他模拟结合 27

3.5实验结果讨论 27

第四章 结论与展望 26

4.1结论 26

4.2展望 26

4.2.1软件的应用 26

4.2.2软件局限性 26

4.2.3平台应用 27

参考文献： 28

致谢 30

第一章 概述

1.1天然染料紫胶红概述

化学染料和天然染料是染料的两大种类，两种染料分别有不同的特性与性能。人们在不同的时期对于染料有不同的需求，因此不同时期人们选择的染料也有不同。

1.1.1天然染料的发展

19世纪以前，染料主要来源为天然植物，当时天然染料产量不能满足人们的需求，同时天然染料的上染复现性较差，逐步被化学合成染料取代。经济的不断发展，人们生活水平的日益提高，人们对于应用产品的健康性、环保性、安全性的关注越来越高。研究表明，许多化学染料均能够产生致癌物质，而且在化工染料的生产过程中对环境的污染越来越重，因此天然染料又从重新被人们所重视。天然染料有无毒、无害、而且生物降解性好的特点，满足了人们对于安全性、环保性的需求。

1.1.2紫胶红色素分类

紫胶红色素又称紫胶色酸，由紫胶虫代谢产生。其成分存在于紫胶虫体内，通过水洗加工可以提取出紫胶红色素。紫胶红色素是蒽醌类天然染料，主要由五种不同结构的蒽醌类羧酸组成，紫胶色酸产品中A、B为主要组分，其他含量相对较少。A、B结构的主要结构相同，其主要结构为本课题研究研究对象，如图1-1所示，该图为本课题研究的紫胶结构，图中省略了苯环上的一部分基团，利用甲基进行替换。紫胶红色素产品为鲜红色粉末，如图1-2所示，在水中成橙红到紫红色不等。

图1-1 紫胶基础结构图

图1-2 紫胶样品

紫胶红色素在酸性条件下，受温度的影响很小，但在碱性条件下紫胶红色素所受影响很大。紫胶红色素溶液对与pH值的改变十分敏感。同时在还原剂与氧化剂存在时，紫胶红色素颜色变化快。紫胶红色素对于光照比其他天然染料稳定，对紫外线有较强的抗氧化性，对温度也有良好的稳定性，在高温和低温都有良好的保持性。

1.1.3紫胶红色素特性的研究状况

紫胶红色素的提取技术与理化性质研究比较完备。有研究通过超声波辅助浸提法来进行提取，最佳工艺条件：频率20KHz，液料比1:5，超声波处理时间17min，超声波功率为1450w，提取次数为五次。经常通过超高压液相质谱联用来分析紫胶来确定紫胶的主要构成。大量实验表明紫胶上染纤维主要以羊毛为主。紫胶染料媒染工艺后，紫胶的湿处理牢度得到提升，上染色量也同时提升。紫胶不经过媒染过程，相比较染料的上染性能就比较差。紫胶染料与其他天然染料相比有较好的上染性能，同时自身相比于其他天然染料有较强的耐晒牢度。经过研究发现紫胶红色素利用硫酸亚铁进行后媒染色，媒染剂用量1%，媒染剂温度60℃，媒染时间20min，染出的效果好。

利用紫胶进行羊毛直接染色时，染色温度对羊毛染色K/S值的影响如图1-3所示。该图说明随着温度的升高，染色K/S值增大，因此羊毛的最佳上染温度为94℃。利用不同的媒染剂进行媒染工艺时，羊毛的上染K/S和特征值数据如表1-1所示。

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