丝肽预处理对棉织物天然染料染色性能的影响

贾艳梅

（武汉纺织大学 化学工程学院，武汉 430073）

丝肽预处理对棉织物天然染料染色性能的影响

贾艳梅

（武汉纺织大学 化学工程学院，武汉 430073）

以柞蚕落绵为原料制备丝肽，并对其进行红外及紫外光谱分析.采用该丝肽整理棉织物，然后用艾蒿、苏木、红茶3种天然染料对整理前后的棉织物进行染色，探讨丝肽整理对棉织物天然染料染色性能的影响.结果表明：经丝肽整理后，棉织物采用3种天然染料染色的K/S值均有不同程度的提高，摩擦牢度和皂洗牢度略有下降，其中红茶Cu2+媒染样品的K/S值提高最显著，为整理前的2.24倍，其皂洗和摩擦牢度均达到3级以上.棉织物经丝肽整理后，断裂强力稍有下降，白度基本保持不变，柔软度有所改善.

丝肽；棉织物；天然染料；染色性能

近年来，天然染料染色的研究相当活跃，以天然染料染色为代表的生态纺织品倍受关注.大多数天然染料应用于蚕丝、羊毛等蛋白质纤维的染色，而棉织物采用天然染料染色一般上染率低、得色浅淡、色牢度差[1－3].只有克服天然染料上染棉纤维的上述缺点，棉纤维天然染料染色才能实现真正意义上的工业化应用.采用丝肽处理棉织物，使棉纤维上沉积固着大量的氨基、羟基等活性基团，提高其天然染料的可染性，同时赋予棉织物以丝绸的优良性能，如提高其吸湿性、手感、悬垂风格等[4]，制得的天然染料染色棉织物色调高雅自然，风格独特，市场前景看好.与高分子量的丝素相比，小分子的丝肽（相对分子质量为200～3 000）具有更佳的水溶性和吸湿性能，更容易渗透到纤维的无定形区，并且借助交联剂与棉纤维发生交联反应的活性更高，其处理棉织物的综合性能也更好.鉴于目前丝肽作为染色助剂的研究鲜见报道，本文采用自制丝肽预处理纯棉织物，然后对整理前后的棉织物分别采用天然染料红茶、艾蒿、苏木进行染色，比较丝肽整理前后棉织物的染色性能，探索丝肽在棉织物天然染料染色中的作用，为丝肽在棉织物生态染整中的应用提供依据.

1 实验部分

1.1 材料及仪器

材料：柞蚕落绵丹东丝绸二厂生产；漂白纯棉中平布，市售.

药品：硫酸、碳酸钙、结晶硫酸亚铁、结晶硫酸铜、氯化亚锡（以上均为试剂）；红茶、艾叶、苏木干药材等（药店购买）.

仪器：SMD型实验室小样染色机，靖江市东园实验设备厂生产；SF－600电脑测色配色仪，美国Datacolor公司生产；NEXUS型Fourier变换红外光谱仪，美国Nicolet公司生产；TU－1901双光束紫外可见光分光光度计，北京普西通用仪器有限公司生产；DHG－9070A电热恒温鼓风干燥箱，上海索谱仪器生产；Y571摩擦牢度仪、SW－8型皂洗牢度仪、WBS－3A型智能式数字白度计，均为宁波纺织仪器厂生产；YG026C织物强力机，常州大华电子仪器公司生产；M507织物硬挺度测试仪，青岛山纺仪器有限公司生产.

1.2 实验方法

1.2.1 丝肽的提取

将柞废蚕丝（柞蚕落绵）水洗、烘干、切断后，再按浴比1∶10加入到质量分数为35%的硫酸溶液中，升温至90～100℃，进行蚕丝纤维的水解，保持此温度6～8 h，使水解完全.水解混合物用一定浓度的碳酸钙中和至pH值为6～7，再用离心分离除去硫酸钙沉淀，用布氏漏斗过滤后，得到丝肽溶液，经浓缩、烘干，即得到丝肽固体.

1.2.2 丝肽对棉织物的整理

丝肽整理工艺流程：

两浸两轧丝肽整理液（丝肽30 g/L，柠檬酸40 g/L，次亚磷酸钠20 g/L，轧余率110%）→烘干（90℃，3 min）→焙烘（150℃，2.5 min）→水洗→烘干.

1.2.3 天然染料染色

分别称取干苏木、艾蒿、红茶各20 g，洗净，加入500 mL蒸馏水，室温浸泡2～4 h，90℃水煮90 min，过滤，加一定量蒸馏水使染液量仍为500 mL.以上述的提取液为染液，对丝肽整理前后的棉织物进行染色.直接染色条件为40℃入染，缓慢升温至95℃，续染60 min，染毕水洗，烘干；后媒法染色分别以SnCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O 为媒染剂，媒处理条件为媒染剂5 g/L，温度70～75℃，染色及媒处理的浴比均为1∶50.

1.2.4 测试方法

（1）丝肽紫外光谱测试：用TU－1901双光束紫外可见光分光光度计测定丝肽溶液的紫外光谱曲线，将试样制成0.1 g/L的丝肽蒸馏水溶液，用蒸馏水作为参比溶液，测定丝肽样品的紫外光谱曲线.

（2）丝肽红外光谱测试：采用美国Nicolet公司NEXUS型Fourier变换红外光谱仪进行测试.样品制备采用 KBr压片法，测试范围为 400～4 000 cm－1，分辨率为4 cm－1，测试温度为25℃.

（3）染色性能及其他性能测试：K/S值及颜色特征值（L*、a、b、c）采用 Datacolor SF600 电脑测配色仪进行测试；染色棉织物的皂洗和摩擦牢度分别按GB/T 3921.1－1997和 GB/T 3920－1997进行测定.

棉织物的白度、强力、柔软度：织物白度采用WSB－3A型智能数字白度计测定，被测织物4折，测定3点取其平均值；织物断裂强力采用YG026C织物强力机进行测试，经向和纬向各测定3次，取其平均值作为结果；织物柔软性能采用M507型织物自动硬挺度测试仪进行测试.以被测织物的滑移长度和单位长度抗弯刚度两项指标评价硬挺度，织物的滑移长度越长，单位长度抗弯刚度越大，表示织物硬挺度越高，柔软性能则越差.

2 结果与讨论

2.1 丝肽紫外及红外光谱

制备丝肽的紫外吸收光谱和红外光谱分别如图1和图2所示.

由图1可见，远紫外区200 nm的强吸收峰为丝肽的紫外特征峰，而275 nm处的弱吸收峰是未水解的丝蛋白的吸收峰，这说明所制备的丝肽中仍然存在极少量的丝蛋白.

由图2可以看出，丝肽红外吸收光谱中酰胺Ⅰ的特征谱带为1 661 cm－1，酰胺Ⅱ的特征谱带为1 538 cm－1，酰胺Ⅲ的特征谱带为1 263 cm－1.从丝肽粉红外光谱出现的酰胺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的特征谱带显示的波数可以看出，丝肽粉的分子构象以无规卷曲为主，这与蚕丝大分子的β－折叠结构（1 628 cm－1处的酰胺Ⅰ、1 507 cm－1处的酰胺Ⅱ及 1 224 cm－1处的酰胺Ⅲ）[5]有所不同，也说明了水解产物是小分子的丝肽.

2.2 染色深度及颜色特征值

2.2.1 染色试样的K/S值

不同条件下染色样品的K/S值见表1.

表1 染色织物的K/S值Tab.1 K/S values of dyed fabrics

表1表明，3种天然染料对未经丝肽整理的棉织物的上染率都很低，无论是直接还是媒染染色，说明通常的棉织物不适于采用这3种天然染料染色.当采用丝肽整理后，棉织物染色样品的K/S值有所提高，最大提高幅度为未整理的2.24倍（红茶铜媒），丝肽预处理对棉织物天然染料染色具有增深作用.其增深原理是，经丝肽整理后，丝肽分子中的－NH2、－OH等可通过柠檬酸与棉纤维发生交联反应，还可以氢键、范德华力等与棉纤维结合，从而丝肽分子吸附于棉纤维的表面或沉积在棉纤维的无定形区域，增加了棉纤维中活性基团的种类和数目，赋予棉纤维以一定的天然染料可染性[6－8].但由于棉纤维上可与天然染料反应的活性基团数量小于丝绸，所以即使经丝肽整理后，棉织物的K/S值也比丝绸低很多.对于不同种类的天然染料，或者同一染料的不同染色工艺，丝肽的增深程度差异很大.

丝肽整理前，3种染料对棉织物的染色深度顺序为：苏木＞红茶＞艾蒿；丝肽整理后棉织物的染色深度顺序为：红茶＞苏木＞艾蒿.可以得出，丝肽整理较适于红茶对棉织物的染色.

2.2.2 染色样品的颜色特征值

红茶染色棉织物的得色量较高，采用电脑测色配色仪测试了其颜色特征值，结果见表2.

表2 红茶染色棉织物颜色特征值Tab.2 Characterstic color values for dyed cotton fabrics

表2中数据表明，无论是否经过丝肽整理，红茶染色的红绿值a、黄蓝值b均为正值，这与红茶染色织物的棕色色光相符合.丝肽整理后染色棉织物的L值均小于整理前样品，△E均大于整理前样品，表明丝肽整理后棉织物的颜色变深，得色增加，这与K/S测试结果相符合.染色样品的a、b、c值变化不很显著，表明染色棉织物的色光变化不明显.

2.3 染色牢度

3种天然染料对丝肽整理前后棉织物的染色牢度测试结果见表3～表5.

表3～表5表明，经丝肽整理后，染色棉织物的染色牢度虽略有下降，但红茶（直接染色除外）和艾蒿染色棉织物的皂洗和摩擦牢度都达到了3级或以上，可满足一般的使用要求.所试3种天然染料的染色牢度顺序为：艾蒿＞红茶＞苏木.这可能与染料的结构不同有关，苏木色素和红茶色素分子中都含有多个酚羟基[9－10]，在水中溶解性高，所以湿处理牢度差，而艾蒿中的叶绿素为脂溶性色素，不易溶解于水，湿牢度相对较好.综合染色深度及染色牢度可以得出，红茶对经丝肽整理的棉织物的染色性能较好，具有一定的应用价值.

表3 棉织物红茶染色牢度Tab.3 Color fastness of cotton fabrics dyed with black tea dyestuff

表5 棉织物苏木染色牢度Tab.5 Color fastness of cotton fabrics dyed with sappanwood dyestuff

2.4 整理前后棉织物其他性能

丝肽整理前后棉织物的白度、断裂强力、柔软度指标见表6.

由表6可知，经丝肽整理后，棉织物的断裂强力稍有下降，白度则基本保持不变，柔软度略有提高，说明丝肽整理在改善染色性能的同时，对其它服用性能无不良影响.

表6 丝肽整理前后棉织物的其他性能Tab.6 Other properties of cotton fabrics before and after finishing

3 结论

采用自制的丝肽整理棉织物，可提高红茶、苏木、艾蒿这3种天然染料对棉织物的染色深度，其中红茶染色样品的K/S值增加最显著，整理后铜媒染色样品的K/S值可达整理前的2.24倍，经丝肽整理后，染色织物的皂洗和摩擦牢度略有下降.强力稍有下降，白度保持不变，柔软度较整理前有所提高.

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[3]ZHOU L，SHAO J Z.Study on application of natural plant dye gardenia on cotton coloration and the dyeing mechanism[J].Journal of Donghua University（ Eng.Ed.），2006，23（5）：122-126.

[4]高晓红，张瑞萍，王海峰，等.丝素整理剂的制备及在丝绸防皱整理中的应用[J].丝绸，2008（8）：30-34.

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Effect of pretreatment of silk peptide on dyeing performances of cotton dyed with natural dyes

JIA Yan－mei
（College of Chemical Engineering，Wuhan Textile University，Wuhan 430073，China）

Silk peptide was prepared from tussah noil and analyzed by IR and UV－Vis spectra.The cotton fabric was pretreated with silk peptide， and then dyed with natural dyestuff extracted from mugwort， sappanwood and black tea， respectively.Furthermore， the effect of silk peptide pretreatment on the dyeing performances of cotton fabric was discussed.The results indicate that the color strength （K/S value） of cotton fabric is improved，the soaping color fastness and crocking fastness are essentially unchanged after pretreatment with silk peptide dyed with the natural dyes，among which the K/S value of the Cu2+mordant dyeing sample increased more dramatically by 2.24 times as that of the controlled，and the color fastness to soaping and crocking can reach over Class Three.Meanwhile， the breaking strength of cotton fabric declines slightly， the softness improves and the whiteness remains the same.

silk peptide；cotton fabric；natural dyes；dyeing performances

TS193.59

A

1671－024X（2010）05－0042－04

2010－06－24 基金项目：武汉纺织大学人才引进启动基金（073583）

贾艳梅（1967—），女，教授，硕士生导师.

贾艳梅（1967—），女，教授，硕士生导师.E－mail：jiayanmei1967@163.com