中药染料小檗碱染真丝织物及其性能研究

陈 伟，岳 静，陈长洁，李 健，王国和，2

(1.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州215006;2.现代丝绸国家工程实验室，江苏苏州215123)

小檗碱是从中草药黄连、黄柏等植物中提取的季铵盐类生物碱——天然中药型阳离子染料，具有生态环保、药理保健、水溶性良好、抗菌谱较广等优点[1]。小檗碱对多种纤维有较好的上染效果，可染得鲜艳的黄色[2]，已有研究者将其应用于蚕丝、羊毛、棉、腈纶、大豆蛋白等纤维制品的染色[3-7]，但对于小檗碱染色织物的抑菌与抗紫外线性能等方面的研究较少。蚕丝素有“人体第二肌肤”“纤维皇后”的美誉，其织物吸湿透气、质地柔软、光泽优雅，是夏季服装与高档礼服的优选面料。采用中药染料小檗碱对真丝织物进行染色，可迎合生态纺织品绿色环保、健康保健的时代潮流，并提升产品的附加值。为此，本文研究中药染料小檗碱对真丝织物的染色工艺与染色性能，并对其抑菌效果及抗紫外线性能进行测试与分析，以期开发高附加值的生态真丝织物。

1 试验

1.1 材料与仪器

材料:14101素绉缎(苏州市鼎盛丝绸有限公司)，小檗碱(纯度98%，南通飞宇生物科技有限公司)，金黄色葡萄球菌ATCC 6538、大肠杆菌 ATCC 8099(苏州大学生命科学学院)，营养琼脂、营养肉汤(上海盛思生化科技有限公司)，磷酸二氢钾、柠檬酸、磷酸氢二钠、甘氨酸、氢氧化钠、标准皂片、四氯乙烯(分析纯)。

仪器:XW-ZDR-25X12低噪振荡染样机(江苏靖江市新旺染整设备厂)，Ultra Scan分光测色仪(美国Hunter Lab公司)，SW-12型耐洗色牢度测试仪(无锡纺织仪器厂)，Y571B摩擦色牢度仪(南通宏大实验仪器有限公司)，TU-1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)，UV-1000F型紫外防护性能测定仪(美国蓝菲光学公司)，LRH-250A生化培养箱(广东省医疗器械厂)。

1.2 染色方法

采用振荡升温法直接染色，用柠檬酸、磷酸氢二钠或甘氨酸、氢氧化钠调节pH值。将真丝织物用蒸馏水浸泡10 min后，投入1︰50浴比的小檗碱染液中，40℃入染，5min后以1℃/min的速率升至染色温度，续染一定时间后取出水洗并烘干。

1.3 测试方法

织物K/S值测试:将染色真丝织物试样折叠成4层，采用D65光源，10°视场，在Ultra Scan分光测色仪测试试样不同4个点处的K/S值，求其平均值。

染色织物色牢度测试:摩擦色牢度按 GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定;皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测定;干洗色牢度按 GB/T 5711—1997《纺织品 色牢度试验 耐干洗色牢度》测定。

染色织物抗菌性与防紫外测试:抗菌性能按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价 第3部分:振荡法》测定。防紫外线性能按GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》测定。

2 结果与讨论

2.1 染色工艺条件对织物K/S值的影响

2.1.1 染色温度的影响

小檗碱质量浓度为1g/L、pH6、染色时间50min，试验结果如图1所示。图1可见，随着染色温度升高，织物K/S值呈现先增后降的趋势，当温度为55～65℃时，织物K/S值有所增加，这是由于温度增加，有利于纤维膨胀及染料向纤维内部的渗透。当温度高于65℃时，织物K/S值显著降低，这是由于小檗碱染真丝织物为放热过程，温度过高会导致染料对纤维的亲和力下降[6-7]，从而降低染料的上染效果。试验结果表明，染色温度在65℃左右为最佳。

图1 染色温度对K/S值的影响Fig.1 Effect of dyeing temperature on K/S value

2.1.2 染色时间的影响

小檗碱质量浓度为1g/L、染色温度65℃(真丝织物40℃入染至65℃续染，以利于其染色的均匀性)、pH6，试验结果如图2所示。

图2 染色时间对K/S值的影响Fig.2 Effect of dyeing time on K/S value

从图2可以看出，织物K/S值随着染色时间的增加呈逐渐升高的趋势，且在续染初始阶段染料上染纤维的速率十分迅速，20 min时织物即可达到较高的K/S值。染色时间在40～60 min时，织物K/S值增加缓慢，但适当增加染色时间，有利于染料向纤维内部的渗透。当染色时间达到60 min以上时，织物K/S值趋于平缓(甚至略有降低)。因此，小檗碱染真丝织物的最佳染色时间为60min。

2.1.3 染液pH值的影响

小檗碱质量浓度为1g/L、染色温度65℃、染色时间60min，试验结果如图3所示。图3可见，当染液pH 3～4时，织物K/S值较小。这是因为蚕丝上的氨基离解成氨基正离子，而小檗碱属于带正电荷的阳离子染料，所以染料与纤维间存在较强的电荷排斥力，不利于染料的上染。当染液pH5～8时，织物K/S值较高，并成逐渐递增的趋势，这是由于随着pH值的增加，蚕丝上氨基正离子逐渐减少，羧基离解成的羧基负离子逐渐增加，使得蚕丝的负电荷性加强，从而有利于阳离子染料小檗碱与蚕丝纤维上带负离子的羧基以盐式键结合而上染。但染液pH值大于8时，织物K/S值有所降低，这是由于真丝织物耐酸不耐碱，在碱性条件下易发生水解，进而降低染料的上染率。考虑染液pH 7～8时，织物K/S值达到最大值，且pH 7时，染液为中性，对真丝织物损伤较小，所以选择染液pH值为7。

图3 染液pH值对K/S值的影响Fig.3 Effect of dyeing liquor pH on K/S value

2.1.4 染料浓度的影响

小檗碱质量浓度为0.2～2g/L、染色温度65℃、染色时间60 min、pH7，试验结果如图4所示。图4可见，织物K/S值随着小檗碱浓度的增加呈现递增的趋势，当浓度在0.2～0.8g/L时，织物K/S值递增十分明显，质量浓度达0.8g/L以上时，织物K/S值增加趋势相对变缓，但仍缓慢递增。说明小檗碱对真丝织物的染色性能具有较好的提升作用。

图4 染料质量浓度对K/S值的影响Fig.4 Effect of dyesmass concentration on K/S value

2.2 小檗碱染色真丝织物的色牢度分析

在染色温度65℃、染色时间60 min、pH7的条件下，采用不同质量浓度小檗碱对真丝织物进行染色，测试其耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度及耐干洗色牢度，结果如表1所示。

表1 不同质量浓度小檗碱染色真丝织物的色牢度Tab.1 The color fastness ofsilk fabrics dyed with different mass concentration of berbrine

由表1可知，小檗碱染色真丝织物可获得较好的耐摩擦色牢度与耐干洗色牢度，评级均可达4级以上，但耐皂洗色牢度的丝沾与变色级别较差。因此，小檗碱染色真丝织物适用于制作干洗类的高档生态丝绸制品。小檗碱质量浓度对染色真丝织物干摩、皂洗变色牢度的评级几乎无影响，但对湿摩擦、皂洗棉沾、丝沾与干洗色牢度的评级有不同程度的影响，说明小檗碱质量浓度会影响染色真丝织物色牢度级别的评定。

2.3 小檗碱染色真丝织物的抗菌性能分析

革兰氏阳性菌金黄葡萄球菌与革兰氏阴性菌大肠杆菌是纺织品抗菌试验中普遍使用的代表菌种[8]，本研究测试了不同质量浓度小檗碱染色真丝织物对这两种代表菌种的抑菌效果，结果如图5所示。

图5 小檗碱质量浓度对染色织物抑菌效果的影响Fig.5 Effect of berberinemass concentration on antimicrobial activity of dyed fabric

由图5可知，小檗碱染色真丝织物对金黄葡萄球菌与大肠杆菌具有良好的抑制效果，并且随着小檗碱质量浓度的增加，抗菌效果更显著。这是因为小檗碱属于含氮有机生物碱，具有显著的生物活性，作用于细菌细胞后可导致细胞内钙离子外流，造成细菌内环境破坏，从而使细菌生长被抑制;同时小檗碱属于阳离子季铵盐类化合物，对细菌DNA、RNA和蛋白质有较强的吸附能力，从而阻止了DNA的复制、RNA的转入及蛋白质的合成[9]，使染色真丝织物具备抑菌效果。当小檗碱质量浓度为0.8g/L时，染色真丝织物对金黄葡萄球菌与大肠杆菌的抑菌率可分别达到85.57%、80.61%，已达到国家标准对抗菌纺织品要求;小檗碱质量浓度为1.6g/L时，染色真丝织物对金黄葡萄球菌与大肠杆菌的抑菌率均达到90%以上，表现出优异的抑菌效果。

2.4 檗碱染色真丝织物的抗紫外线性能分析

为探讨小檗碱染色真丝织物的防紫外线机理与效果，本研究测试了小檗碱的紫外线吸收光谱及其染色真丝织物紫外线防护系数(UPF值)与紫外线透过率，结果如图6、图7、图8和表2所示。

图6 小檗碱紫外吸收光谱Fig.6 The ultraviolet absorptionspectra of berberine

图7 小檗碱质量浓度对染色织物UPF值的影响Fig.7 Effect of berberinemass concentration on UPF value of dyed fabric

图8 小檗碱染色真丝织物紫外线透过率光谱Fig.8 The ultraviolet transmittance curve ofsilk fabric dyed with berberine

表2 不同质量浓度小檗碱染色真丝织物紫外线透过率Tab.2 The ultraviolet transmittance curve ofsilk fabrics dyed with differentmass concentration of berberine

由图6可知，小檗碱在262 nm和344 nm处有最大吸光度，对250～350 nm的紫外光有广泛的吸收能力，可将紫外线转化为波长较短的电磁波或者低能量热能，同时转变为活性异构体，随之以光和热的形式释放能量[10]。表明小檗碱在紫外波段存在发色基团，可广泛吸收250～350 nm的紫外光，理论上可减少紫外光透过染色织物，从而赋予织物一定的抗紫外线性能。

从图7可以看出，随着小檗碱质量浓度的增加，染色真丝织物 UPF值呈逐渐升高的趋势，原样(14101素绉缎练白真丝织物)的UPF值为7.77，经质量浓度0.2g/L与2g/L小檗碱染色真丝织物的UPF 值可高达74.99、186.88，分别是原样的 9.6 倍与24倍。从图8可以看出，与原样相比，染色真丝织物在280～400 nm波段紫外线透过率显著降低。

从表2可以看出，随染料质量浓度的增加，染色真丝织物在UVA(320～400 nm)、UVB(280～320 nm)波段紫外线透过率呈下降趋势，当小檗碱质量浓度为0.4g/L时，染色真丝织物在UVA、UVB波段紫外线透过率分别为1.11%，0.86%，紫外线屏蔽效果显著。说明真丝织物经小檗碱染色后可被赋予优异的抗紫外线性能。

3 结论

中药染料小檗碱生态环保、绿色健康，将其应用于真丝织物染色，可赋予真丝织物抑菌、抗紫外线等优异功能。

1)小檗碱染真丝织物的最佳工艺为:染色温度65℃，时间60min，染液pH 7，小檗碱对真丝织物具有较好的提升性能。染色真丝织物皂洗色牢度较差，但摩擦色牢度与干洗色牢度均可达4级以上，因而小檗碱染色真丝织物适用于制作干洗类的高档生态丝绸制品。

2)小檗碱染色真丝织物具有良好的抑菌性能，并随着染料质量浓度的增加抑菌效果越显著，小檗碱质量浓度为0.8g/L时，染色真丝织物对金黄葡萄球菌与大肠杆菌的抑菌率可分别达到85.57%、80.61%。

3)小檗碱对250～350 nm紫外光有广泛的吸收能力，经其染色真丝织物的UPF值有大幅度提高，且在UVB、UVA波段紫外线透过率显著降低，织物获得优异的抗紫外线功能，有利于高附加值生态真丝织物的开发。

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