用姜黄对竹浆纤维织物染色的工艺研究

袁小红

（闽江学院，福州350108）

用姜黄对竹浆纤维织物染色的工艺研究

袁小红

（闽江学院，福州350108）

对姜黄色素提取工艺进行研究，得出了最佳提取工艺.通过正交实验及单因素实验，对竹浆纤维织物进行直接法、预媒法、同浴媒法、后媒法染色，测试了染色后织物的上染率、上染速率以及各项色牢度，并分析了实验结果，最终确定了最佳的竹浆纤维织物染色工艺.

姜黄；植物染料；竹浆纤维织物；染色性能

21世纪，人们环保意识日渐增强，对天然纤维的舒适性需求也越来越高，竹纤维及其制品受到了国内外人士的关注.竹纤维及其织物在我国是最近几年才被业内人士关注的，它的研发迎合了现代纺织研究的主题和发展趋势，因而许多企业将其作为产品开发和企业创收的亮点，许多研究人员也将其列为研究的主攻方向.竹浆纤维是一种新型生态环保再生纤维素纤维，其织物具有良好的服用性、绿色环保性、抗菌性及防紫外线性能，受到消费者的青睐，被誉为“21世纪最具有发展前景的健康面料”［1－4］.

在竹浆纤维织物染色方面，近年来国内科研人员进行了不少研究，积累了一定的经验，但方法多为常规化学染料染色，很少利用植物染料.植物染料是从植物中提取，能使其他材料着色的一类天然植物产物.大部分植物的色素很容易分解、消失，因此，只有那些拥有持久不被氧化的色素的植物才能作植物染料.植物染料无毒、无害，有的还具有药物保健作用且可生物降解［5－6］.

姜黄是一种传统的天然植物染料，是最鲜艳的黄色染料之一.其主要色素成分为姜黄素.姜黄素为橙色柱状结晶体，受pH值影响较大，它在酸性介质中呈鲜艳的柠檬黄色，在中性介质中变成暗橙色，在碱性介质中变成红色.姜黄也是一种著名的中药材，有止痛的功效，还有抗皮肤癌、抗病毒的作用，可用于治疗传染性肝炎、胆结石及皮肤病［7－9］.

本实验从植物姜黄中提取色素，用于竹浆纤维织物的染色，对姜黄色素的提取工艺及姜黄色素对竹浆纤维织物染色（直接染色、预媒染、同浴媒染和后媒染）的工艺条件进行正交优选，并测定了染色试样的各项色牢度.

1 实 验

1.1 实验材料与设备

织物：100%纯竹浆纤维织物（福建宏远集团有限公司提供）.

药品：干燥姜黄（市购中药材）；渗透剂JFC（工业用）；氢氧化钠、碳酸钠、醋酸、硫酸铜（以上均为分析纯）；固色剂Y、食盐、天然皂粉（市购商品）.

设备：电磁炉，煮锅，电热恒温水浴锅，温度计，电子天平，烧杯，量筒，移液管，721型分光光度计，YGB 101A恒温干燥烘箱，pH 计，色差计，Y（B）571－Ⅱ型预置式色牢度摩擦仪，SW－12AⅡ耐洗色牢度试验机，YG（G）631型汗渍色牢度仪等.

1.2 姜黄色素的提取与测试

采取水煮提取法，将姜黄捣碎成粉末，称取一定重量放入水中制成姜黄溶液，用250mL的容量瓶定容，吸取该溶液1mL，用0.1mL／L的硼砂溶液稀释100倍后，用分光光度计测定该溶液在此条件下的吸光度，得出其吸收光谱曲线，找出其所对应的最大吸收波长430nm，在此条件下测定其光密度值，以提取液的光密度值最大时所对应的提取方式作为染液提取最佳工艺.

1.3 染色实验方案

将织物用蒸馏水沸煮10min，晾干备用.选取直接法、预媒法、同浴法和后媒法4种不同染色工艺，以CuSO4作为媒染剂，采用浸染法对竹浆纤维织物进行染色.

（1）直接法.染色（染液浴比40∶1，促染剂食盐10g／L，室温入染，升至定温，保温染色）→水洗→皂煮（5g／L的皂洗液，90℃条件下皂煮15min）→水洗→烘干.

（2）预媒法.媒染处理（3%（owf）CuSO4，80℃，60min）→染色（同（1）中染色部分）→水洗→皂煮（同（1）中皂煮部分）→水洗→烘干.

（3）同浴法.染色（染液浴比40∶1，3%（owf）CuSO4，促染剂食盐10g／L，室温入染，升至定温，保温染色）→水洗→皂煮（同（1）中皂煮部分）→水洗→烘干.

（4）后媒法.染色（同（1）中染色部分）→染浴降温后加入媒染剂→媒染处理（同（2）中媒染处理部分）→水洗→皂煮（同（1）中皂煮部分）→水洗→烘干.

1.4 染色性能测试

1.4.1 上染百分率测试

上染百分率是指染色结束时，上染到纤维上的染料量占投入染液中的染料总量的百分数.上染百分率采用残液比色法测定［10］，染液的吸光度采用722型分光光度计测定.上染百分率按下列公式计算：

式中：A0和A1分别是染色前、后染液的吸光度.

1.4.2 染色牢度测试

耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度以及耐汗渍色牢度分别参照GB／T 3921－2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、GB／T 3920－2008《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》、GB／T 3922－2008《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》进行测试.

2 实验结果与分析

2.1 姜黄染液提取工艺实验

2.1.1 正交实验

选取姜黄浓度（每升水中姜黄的克数）、温度、碱浓度和时间作为影响姜黄染液提取的4个变量因素，进行四因素三水平正交实验，实验结果分析如表1所示.

表1 姜黄染液提取正交实验结果分析

从表1中极差值R来看，四因素对姜黄染液提取的影响程度大小顺序为：碱浓度＞时间＞温度＞姜黄浓度，碱浓度对姜黄色素提取的影响最大，而且NaOH的影响比Na2CO3的影响大，因此选用NaOH.

2.1.2 单因素实验

为了解NaOH浓度对染液提取的影响，按照以上实验所得的最佳工艺条件，即姜黄浓度80g／L、温度70℃、时间60min，进行染液提取的NaOH单因素实验，结果如图1所示.

图1 NaOH浓度对提取液光密度的影响

从图1可以看出，随着NaOH浓度的增加，姜黄染液的光密度也随之上升，当NaOH浓度达到20g／L时，光密度值最大，而当NaOH浓度超过20g／L时，光密度值变化不大.因此，姜黄染液提取的最佳NaOH浓度为20g／L.

综合以上实验结果和测试分析可知，姜黄染液的最佳提取工艺为：姜黄浓度80g／L，温度70℃，时间60min，NaOH浓度20g／L.

2.2 用姜黄对竹浆纤维织物染色实验

2.2.1 直接法染色

2.2.1.1 直接法染色正交实验

根据姜黄色素提取正交实验得出的最佳工艺提取色素.将提取液过滤，定容至250mL，以每克织物取30mL提取液的量，将提取液稀释成染色所需体积的染液，此时的染液浓度定为相对浓度X.以相对浓度1／3 X、2／3 X、X，pH 值5、7、9，温度40 ℃、60 ℃、80℃，时间30min、45min、60min进行直接染色正交实验，实验结果分析如表2所示.

由表2可知，在直接法染色中，温度是影响姜黄染液对竹浆纤维织物上染率的最显著因素，pH值的影响次之.各因素对上染率影响的大小顺序为：温度＞pH值＞浓度＞时间.

表2 直接法染色的正交实验（L934）结果分析

2.2.1.2 单因素实验分析

（1）温度对上染率的影响.温度是影响上染率的最显著因素.为了进一步了解温度对上染率的影响，按照以上实验分析所得的工艺条件，即染液相对浓度X、pH值7、时间45min，进行温度（20℃、40℃、60℃、80℃、100℃）单因素实验分析，结果如图2所示.

图2 温度对竹浆纤维织物上染率的影响

由图2可以看出，从20℃至60℃，上染率增幅不大，而从60℃到80℃，上染率增幅十分明显.因为在较低温度下，竹浆纤维溶胀很小，染液难以扩散到纤维内部，故上染率较低；当温度超过某一范围后，由于大分子链段剧烈运动产生瞬间孔穴，使染液分子的扩散速率增大，表面深度也随之增大.所以，直接法染色对竹浆纤维织物的最佳染色温度为80℃.

（2）pH值对上染率的影响.pH值也是影响上染率的一个重要因素.为了进一步了解pH值对上染率的影响，在染液浓度80g／L、温度80℃、时间45min条件下，进行pH 值（2、4、6、8、10）单因素实验分析，结果如图3所示.

由图3可知，当pH值从2到6时，上染率处于波动上升的状态，而当pH值从4到8时，即染液由酸性变成碱性时，上染率明显稳定上升；由此说明，随着染液酸性的减弱，竹浆纤维织物表面的负电性增加，从而吸附更多的染料，导致织物的颜色深度增加.但随着碱性的增强，上染率出现了下降趋势；这是因为竹浆纤维织物不耐强碱，从而影响了织物的得色量.当pH值为8时上染率最大，表面颜色最深，并且由于竹浆纤维属于再生纤维素纤维，具有耐碱不耐酸的特点，所以pH值可以适当选碱性值，即直接法染色对竹浆纤维织物的最佳染色pH值为8.

综合正交实验及单因素实验结果分析，确定姜黄直接法染色的最佳工艺为：温度80℃，pH值8，染液浓度X，时间45min.

图3 pH值对竹浆纤维织物上染率的影响

2.2.2 各种媒染法染色

采用预媒法、同浴法、后媒法对竹浆纤维织物染色.以染液浓度、温度、pH值和时间等四因素作为影响因素，进行四因素三水平正交实验，实验结果分析如表3所示.

表3 不同媒染法染色的正交实验（L934）结果分析

续表3

由表3可以看出，在预媒法染色中，pH值是影响上染率的最显著因素，当pH值从5到9时，上染率不断增大；相对浓度和温度对上染率影响也较大，当相对浓度为2／3 X、温度为60℃时，上染率最大；而时间对上染率的影响最小，当时间为60min时上染率最大.

在同浴法染色中，浓度和时间对竹浆纤维织物上染率的影响较为显著.随着浓度的增加，上染率也随之增大，当相对浓度为X时，上染率最大；当染色时间为30min时，上染率最大，但随着时间的延长，上染率波动较大.pH值对上染率也有一定影响，随着碱性的增强，上染率提升，当pH值为9时，上染率最大.温度对上染率的影响较小，当温度达80℃时，上染率最大.

在后媒法染色中，时间对竹浆纤维织物上染率的影响最显著，当染色时间从30min到60min时，上染率迅速上升后又迅速下降；当染色时间为45min时，上染率取得最大值.pH值和浓度对竹浆纤维织物的上染率也有一定的影响，当pH值为7时，上染率最大；当相对浓度为2／3 X时，上染率最大.温度对上染率的影响最小，当温度达到60℃时，对竹浆纤维织物的上染率最大.

综合正交实验结果分析，确定姜黄4种染色方法的最佳上染工艺为：

直接法：温度80℃，pH值8，染液相对浓度X，时间45min；

预媒法：温度60℃，pH 值9，染液相对浓度2／3 X，时间60min；

同浴法：温度80℃，pH值9，染液相对浓度X，时间30min；

后媒法：温度60℃，pH 值7，染液相对浓度2／3 X，时间45min.

采用染液浴比40∶1，媒染剂CuSO4用量3%（owf），促染剂盐10g／L，皂粉5g／L，对以上几种染色工艺进行上染率比较，从中选择一种适合姜黄对竹浆纤维织物染色的最佳染色工艺.实验结果和数据分析如图4所示.

图4 不同染色工艺下的上染率

由图4可知，4种染色方法对上染率的影响程度大小顺序为：直接法＞后媒法＞同浴法＞预媒法.通过对比4个染色的样品可以看出：直接法染色所得样品的得色量多，表面的颜色最鲜艳，上染较均匀；而经过预媒染的样品，得色量少，表面颜色浅，上染不均匀.由染色过程分析可知，直接法染色不仅操作简便，而且染料对竹浆纤维织物的吸附性强，染浴中的沉淀较少，而媒染实验却相反.综上所述，用姜黄对竹浆纤维织物染色的最佳上染工艺为直接染色法.

2.2.3 色牢度实验结果

分别选择直接法、预媒法、同浴法、后媒法4种染色方法的最佳染色工艺进行各项色牢度测试，结果如表4所示.

表4 不同染色方法下各项色牢度测试结果

由表4可以看出，试样的耐干摩擦级数比耐湿摩擦级数高，耐干摩擦色牢度为4～5级，而耐湿摩擦色牢度为3～5级，这说明用姜黄对竹浆纤维织物染色的耐摩擦牢度较好；试样的耐皂洗色牢度为3～4级，说明用姜黄对竹浆纤维织物染色的耐皂洗牢度也相对较好，但较耐摩擦色牢度级数低；试样在酸性条件下的耐汗渍色牢度级数低于碱性条件下的耐汗渍级数，耐酸性汗渍色牢度达2～3级，染色效果较差，有待研究和改善；耐碱性汗渍色牢度总体可达3～4级，染色效果相对较好.

3 结 语

（1）天然植物染料姜黄色素的最佳提取工艺为：姜黄浓度80g／L，温度70℃，时间60min，NaOH浓度20g／L.

（2）用姜黄直接染色的最佳工艺为：温度80℃，pH值8，染液相对浓度X，时间45min；预媒法染色的最佳工艺为：温度60℃，pH 值9，染液相对浓度2／3 X，时间60min；同浴法染色的最佳工艺为：温度80℃，pH值9，染液相对浓度X，时间30min；后媒法染色的最佳工艺为：温度60℃，pH值7，染液相对浓度2／3 X，时间45min.

（3）通过对4种染色工艺进行上染率的测定和所得样品的比较，确定用姜黄对竹浆纤维织物染色的最佳上染工艺为直接染色法.

（4）用姜黄对竹浆纤维织物染色的耐皂洗色牢度一般，级数总体上可达3～4级，但还是有待进一步提高和完善；耐干摩擦色牢度为4～5级，而耐湿摩擦色牢度为3～5级，这说明用姜黄对竹浆纤维织物染色的耐摩擦色牢度较好；耐酸性汗渍色牢度达2～3级，染色效果较差，有待进一步研究和改善；耐碱性汗渍色牢度总体可达3～4级，染色效果一般.

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Research on the Dyeing of Bamboo Pulp Fiber Fabric with Turmeric

YUAN Xiao－hong
（Minjiang University，Fuzhou 350108，China）

The extraction technology of turmeric pigment was studied，and the best extraction conditions is obtained in this paper firstly.Then the bamboo pulp fiber fabric was dyed by orthogonal and single－factor experiment with direct，pre－mordant，with bath media law and post－mordant dyeing methods.The dyeing rate，dye－uptake and color fastness of the dyeing fabric are tested，and the test results are analyzed.Finally，the optimum dyeing technological condition of the bamboo pulp fiber fabric is determined.

turmeric；vegetable dyes；bamboo pulp fiber fabric；dyeing properties

TS193.62

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2011.06.006

1671－6906（2011）06－0026－07

2011－09－13

福建省教育厅科技计划项目（JA10228）

袁小红（1981－），女，陕西渭南人，讲师，硕士.