壳聚糖在艾蒿植物染料对丝织物染色中的作用

陈 莉，刘玉森(西安工程大学 纺织与材料学院，西安 710048)

壳聚糖在艾蒿植物染料对丝织物染色中的作用

陈 莉，刘玉森
(西安工程大学 纺织与材料学院，西安 710048)

以壳聚糖为媒染剂，用艾蒿植物染料对丝织物进行染色，实验分析壳聚糖质量分数对织物K/S值的影响；利用正交实验得到了艾蒿染料对丝织物染色的染色优化工艺，对比分析壳聚糖在艾蒿染料对丝织物染色中的作用。结果表明：壳聚糖处理能够提高艾蒿染料对丝织物染色的K/S值和染色牢度。

艾蒿；天然染料；真丝织物；壳聚糖；染色

利用植物染料对丝织物进行着色在中国历史久远，但合成染料自诞生以来，凭借其优异的染色性能、众多的品种和廉价的成本等优势，在丝织物染色领域很快取代了天然染料。随着人们环境保护和卫生保健意识的不断增强，合成染料在生产和使用过程中显现出来的对环境的污染、人体健康的毒害和石油等不可再生资源的消耗等问题尤为突出，因此天然染料再次被人们重视和关注。艾蒿(Artemisia Argyi)具有丰富的天然色素，可作为天然染料使用。其资源非常丰富，除极干旱与高寒地区，全国均有生长。艾叶是一味应用历史悠久的中药，有抑菌、杀菌和保健等作用。

天然染料普遍上染率低，且染色牢度差。人们为了改善天然染料的染色性能，通常利用金属媒染剂来提高上染率和染色牢度。金属元素在人体内会产生一系列的生物效应，按对人体的作用不同，分为必需元素、有害元素及有毒元素。必需元素也具有两重性，超剂量、高浓度则会转化为有害元素[1]。因此开发新型非金属媒染剂迫在眉睫。

壳聚糖化学名为1，4-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是由甲壳素脱乙酰基所得。自然界每年生物合成的甲壳素有数十亿吨之多，所以壳聚糖的产量非常大。壳聚糖是一种聚阳离子型化合物，具有亲水的活性氨基和羟基，在酸性条件下具有的电荷密度，对蛋白质有很好的亲和力。另外，壳聚糖上的氨基阳离子对阴离子染料也有很强的吸附作用，染料可以迅速吸附到织物的表面，使染料更容易向纤维内部扩散[2]。研究壳聚糖在艾蒿染料染色中的作用，可为艾蒿染料的合理科学使用提供理论参考。

1 实 验

1.1 材料及化学药品

脱胶电力纺；艾叶(药店售)，冰乙酸(分析纯)，无水乙醇(分析纯)，明矾(化学纯)，壳聚糖(脱乙酰度80 %)等。

1.2 仪器与设备

DK-98-1型电热恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司)、X600B1电子天平(深圳金恒通衡器制造有限公司)、SF300型思维士电脑测色仪(美国Datacolor公司)、YG571B型摩擦牢度实验机(宁波璟瑞仪器仪表有限公司)、SW12AⅡ型耐洗色牢度实验机(青岛山纺仪器有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 艾蒿染液制备

取经捣碎的艾叶50 g，加入200 mL乙醇溶液，在恒温水浴锅中60 ℃保温6 h；过滤后将残渣再加入200 mL乙醇溶液浸泡12 h，60 ℃水浴锅保温6 h，过滤，将2次获得的染液混合，定容至200 mL，作为丝织物染色用染液。

1.3.2 染 色

壳聚糖预处理：配制壳聚糖处理液(醋酸l %，壳聚糖x %，浴比1∶100)→二浸二轧(轧余率80 %)→烘干。

艾蒿染料染色：将壳聚糖预处理后的丝织物投入50 ℃艾蒿染液中，继续升温至所需温度，保温一段时间，水洗，烘干。

1.4 测试方法

1.4.1 K/S值

在电脑测色仪测试染色织物的K/S值，K/S值越大表示颜色越深，即有色物质浓度越高，K/S值越小则颜色越浅。

1.4.2 染色牢度

耐洗牢度按照GB/T 3921.1—1997《纺织品 色牢度试验 耐洗色牢度：试验1》测试；耐摩擦牢度按照GB/T 3920—1997《纺织品 色牢度实验 耐摩擦色牢度》测试。

2 结果与讨论

2.1 壳聚糖质量分数对织物K/S值的影响

配制壳聚糖质量分数为0.1 %，0.2 %，0.3 %，0.4 %，0.5 %，0.6 %，0.7 %，0.8 %，0.9 %，1.0 %的壳聚糖处理液，分别处理丝织物，用艾蒿提取液对壳聚糖处理后的丝织物进行染色，测染色织物的K/S值，实验结果见图1。

由图1可知，随着壳聚糖溶液质量分数的增加，织物的K/S 值先逐渐增加后减小。在质量分数较小时，随着壳聚糖质量分数的增加，由于壳聚糖对染料的亲和力比纤维对染料的亲和力大，吸附在织物上的壳聚糖增多，染料容易在织物表面聚集，所以织物色深值会提高。当壳聚糖质量分数为0.5 %时，丝织物的K/S值最高，其值为4.621。当壳聚糖质量分数超过0.5 %后，随着壳聚糖质量分数的继续增加，织物的色深值有所下降。这是因为壳聚糖溶液质量分数越高，溶液的黏度越高，在处理织物时，壳聚糖只停留在织物的表面，形成了一层薄膜从而阻碍了染料进一步向纤维内部迁移[3]，因此织物的色深值反而会下降，而且织物的手感会变硬。

图1 壳聚糖质量分数对K/S值的影响Fig.1 Effect of Chitosan Concentration on K/S

2.2 染色正交实验

以染色温度、染色时间、壳聚糖质量分数和染液pH值为影响因素，设计L9(34)正交实验方案，K/S值为评价指标，实验结果与极差分析见表1。

表1 染色正交实验结果与分析Tab.1 Results and Analysis of Dyeing Orthogonal Experiments

由表1中实验结果和极差分析可知，染色正交实验中4因素对K/S值的影响大小依次为：壳聚糖质量分数＞时间＞温度＞pH值；染色的最佳工艺条件为温度60 ℃，时间40 min，壳聚糖质量分数为0.5 %，pH5。

2.3 染色效果对比

利用正交实验分析所得的最佳工艺条件对真丝织物进行染色，观察织物的颜色，测试染色织物的K/S值、耐洗牢度和摩擦牢度，并与直接染色织物和明矾媒染织物的相关指标进行比较，实验结果见表2。

由表2可知，经壳聚糖处理后的丝织物的K/S值和染色牢度大于未经处理的丝织物，与明矾媒染织物的染色效果相差不大。这是由于壳聚糖经酸性溶液处理后具有电荷密度，对蛋白质纤维有很好的亲和力，提高了艾蒿天然染料对丝织物的吸附能力，从而有助于染料向纤维内部渗透，大大提高了织物的染色深度和染色牢度，可代替金属媒染剂的作用。

表2 染色效果比较Tab.2 Comparison of Dyeing Effects

3 结 论

1)随着壳聚糖溶液质量分数的增加，染色织物的K/S值先逐渐增加后减小，当壳聚糖质量分数为0.5 %时，丝织物的K/S值达到最高，为4.621。

2)通过正交试验确定壳聚糖为媒染剂时，艾蒿染料对丝织物染色的最佳工艺条件为温度60 ℃，时间40 min，壳聚糖质量分数0.5 %，pH5。

3)壳聚糖是一种无毒、无害的环保型媒染剂，在艾蒿植物染料对丝织物的染色中，壳聚糖处理可提高染色织物的K/S值(最高达4.625)和染色牢度(3～4级以上)。

[1]纺织工业标准化研究所，国家纺织产品质量监督检验中心，中国纺织科学研究院测试中心.旅游场所用家纺要求与选用[J].纺织信息周刊，2004(13)：16-17.

[2]卢娜，邓炳耀，姚静，等.壳聚糖在毛纺织中应用的现状及前景[J].毛纺科技，2005(11)：18-20.

[3]王春梅，缪勤华.壳聚糖对棉针织物活性染料染色效果的影响[J].针织工业，2009(4)：56-59.

Study on the Role of Chitosan in Dyeing Silk Fabrics with Artemisia Argyi Plant Dyes

CHEN Li, LIU Yu-sen
(Textiles & Materials College Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710048, China)

Chitosan was choosed as the mordant and silk fabrics was dyed with artemisia argyi plant dyes. The influence of chitosan concentration on the fabric K/S value was analyzed. The optimization process of silk fabrics dyed with artemisia argyi plant dyes was got through orthogonal experiments. The role of chitosan in the dyeing silk fabrics with artemisia argyi plant dyes was compared and analysed. The results show that chitosan can improve the K/S values and fastness of the silk fabrics dyed with artemisia argyi plant dyes.

Artemisia argyi; Natural dyes; Silk fabrics; Chitosan; Dyeing

TS190.644

A

1001-7003(2010)07-0007-03

2009-08-31；

2010-01-06

陕西省自然科学专项基金项目(09JK442)；陕西省重点学科专项资金项目[陕教资(2008)169号]；西安工程大学校管科研项目(09XG180)

陈莉(1973－ )，女，讲师，主要从事纺织工程专业的教学和科研工作。