板栗壳色素对锦纶的染色性能研究

曾 科，王祥荣

(苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州215021)

天然染料是从植物、动物或矿物资源中获取的，很少或没有经过化学加工的染料，一般对人体无毒、无害，本身也具有一定的保健功能，若用于纺织品染色，符合现行生态纺织品的发展趋势[1-2]。板栗壳色素是从废弃的板栗壳中提取的一种棕色天然色素，结构分析表明板栗壳色素含有酚类、苯环，是一种多酚类化合物，类似于黄酮类色素[3-4]，而黄酮类物质具有一定的抗氧化、抑菌的功效[5]。板栗壳色素在食品中可作为棕色着色剂，也可应用于纺织印染。刘俊辉等[6-7]研究了板栗壳色素在真丝织物以及纯棉针织物上的染色性能，陈莉等[8]研究了板栗壳色素在羊毛针织物上的染色性能，但未见板栗壳色素对锦纶织物染色的报道。

本文主要研究了板栗壳色素对锦纶的染色性能，探讨了染色温度、pH值、染料用量及NaCl用量对染色的影响，确定了最优工艺条件，最后对比了直接染色和先媒后染工艺下染色织物的颜色特征值、染色牢度和防紫外线性能。

1 试验

1.1 材料与仪器

材料:锦纶织物(平方米质量65g/m2，江苏盛虹集团有限公司);板栗壳色素(常州美胜生物材料有限公司);七水合硫酸亚铁、硫酸铝、冰醋酸、三水合醋酸钠、一水合柠檬酸、十二水合磷酸氢二钠、氯化铵、醋酸铵(均为分析纯)。

仪器:IR-12SM红外染色机(厦门瑞比精密仪器有限公司)，低噪振荡式染样机(中国靖江市新旺染整设备厂)，TU-1810紫外可见分光光度计(北京普析通用有限公司)，UltraScan PRO型分光测色仪(美国Hunter Lab公司)，Y571B型电动摩擦色牢度仪(南通宏大实验仪器有限公司)，SW-12型A耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)，Atlas Alpha-M型日晒牢度仪(美国Atlas公司)，Labsphere UV-1000F型纺织品紫外性能测试仪(美国Labsphere公司)。

1.2 板栗壳色素染色

1.2.1 直接染色工艺优化

取一定量的板栗壳色素，用pH缓冲溶液调节至指定pH值，固定浴比为1︰50，室温下投入锦纶织物，以1.5℃/min的升温速率升至指定温度，恒温染色60 min，水洗，晾干。在固定其他条件不变的情况下，探讨染色温度、染浴pH值、电解质用量对上染百分率和染色织物K/S值的影响。

1.2.2 板栗壳色素对锦纶织物的提升性

固定染浴pH3，浴比1︰50，染色温度95℃，取色素相对织物质量浓度为2%～12%，探讨色素用量对上染百分率和染色织物K/S值的影响。

1.2.3 锦纶织物先媒后染工艺

用FeSO4·7H2O或Al2(SO4)3对锦纶织物进行预媒染，工艺条件为:媒染剂相对织物质量分数为5%，媒染液 pH4，浴比1︰50，媒染温度 70℃，时间60min。然后进行染色，染色条件为:染浴pH3，浴比1︰50，染色温度95 ℃。

1.3 测试方法

1.3.1 上染百分率

采用残液比色法测定，用TU-1810型紫外可见分光光度计测定染液吸光度，以λmax=425 nm处测试，上染百分率按公式(1)计算:

式中:A0为染色原液的吸光度，A1为染色残液的吸光度。

1.3.2 颜色特征值及表观色深值

颜色特征值(L*、a*、b*、C*)及表观色深(K/S值)用UltraScan PRO型分光测色仪测定，采用D65光源，10°视场，测定4次，取平均值。

1.3.3 染色色牢度

织物的耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定;耐洗色牢度按GB/T 3921.3—2008《纺织品 色牢度试验 耐洗色牢度》测定;耐光牢度按 GB/T 8426—1998《纺织品 耐光色牢度试验:日光》测定。

1.3.4 防紫外线性能

防紫外线性能测试参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能》来评定。用 Labsphere UV-1000F型纺织品紫外性能测试仪测定织物的紫外透过性和UPF值，测定4次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 pH对染色性能的影响

固定色素相对织物质量分数为2.5%，浴比1︰50，染色温度95℃，考察不同pH值下织物染色的上染百分率和K/S值，结果如图1所示。

图1 pH值对上染率及K/S值的影响Fig.1 Effect of pH value on dye uptake and K/S value

从图1可以看出，随着染浴pH值的升高，板栗壳色素对锦纶织物的上染百分率及织物的K/S值下降明显。当染液pH值比较低时，锦纶纤维上的末端氨基因质子化而带有正电荷，板栗壳色素分子结构中的酚羟基带有弱阴离子性，可以通过离子键结合而染着于纤维上;随着pH值的增大，锦纶纤维上末端氨基的正电性下降而羧基的负电性增加，当pH值大于7时，纤维也带有负电性，同时，板栗壳色素分子结构中的酚羟基电离成酚氧负离子，负电性增加，色素分子必须克服较大的静电斥力才能上染纤维，故得色明显下降[9]。因此，板栗壳色素染锦纶的最佳pH值在3～3.6。

2.2 温度对染色性能的影响

固定色素相对织物质量分数为 2.5%，浴比1︰50，pH3，考察不同温度下染色织物的上染百分率和K/S值，结果如图2所示。

图2 染色温度对上染百分率及K/S值的影响Fig.2 Effect of dyeing temperature on dye uptake and K/S value

由图2可知，随着染色温度的升高，板栗壳色素对锦纶织物的上染百分率逐渐提高，同时织物的K/S值也逐步增加，与上染率的变化趋势一致。这是因为随着染色温度的升高，纤维的膨化程度增大，染料分子的聚集度降低，能更好地扩散到纤维内部，从而达到更好的染色效果。但考虑到天然色素的成分复杂，温度过高易使天然染料分解[10]。所以，染色温度为95℃左右较为合理。

2.3 NaCl对染色性能的影响

固定pH3，色素相对织物质量分数为4%，浴比1︰50，染色温度95℃，考察不同NaCl质量浓度下染色织物的上染百分率和K/S值，结果如图3所示。

图3 NaCl质量浓度对上染率及K/S值的影响Fig.3 Effect of NaCl mass concentration on dye uptake and K/S value

由图3可知，在酸性条件下，NaCl的加入明显降低了板栗壳色素对锦纶的上染百分率以及K/S值，并随着染液中电解质浓度的提高而逐渐下降。进一步说明了在酸性条件下板栗壳色素是以离子键的形式上染锦纶的，NaCl可与色素阴离子一起对纤维发生竞染，从而减缓了色素的上染速率，提高色素染色的均匀性，但将降低天然色素的上染率，使其利用率下降。因此，在保证染色均匀性的条件下，尽量不加中性电解质。

2.4 染色提升性

固定pH3，浴比1︰50，染色温度95℃，对板栗壳色素的染色提升性进行试验，结果如图4所示。

图4 色素质量分数对上染率及K/S值的影响Fig.4 Effect of mass concentration of pigment on dye uptake and K/S value

由图4可知，随着板栗壳色素质量分数的增加，染后织物的K/S值不断提高，说明板栗壳色素对锦纶的染色具有较好的提升性能，但大于8%后，得色量的提高趋于平缓;另外，随着色素质量分数的增加，上染百分率呈明显的下降趋势，即染料的利用率下降。

2.5 预媒染对板栗壳色素染色效果的影响

按1.2.3的方法对锦纶织物进行预媒染，然后在最优染色工艺条件下对其进行染色，测定经媒染及未经媒染的染色织物的K/S值、颜色特征值及染色色牢度，结果如表1和表2所示。

由表1可知，经硫酸亚铁预媒染后，染色织物的K/S值基本不变，而L*、a*、b*、C*值均下降。说明织物的明度和鲜艳度下降，色光偏绿、偏蓝;而经硫酸铝预媒染后，染色织物的色光偏红，明度稍微下降。综上所述，媒染对板栗壳色素染锦纶的影响较小。

由表2可知，板栗壳色素对锦纶具有优良的染色牢度，染后织物的摩擦、变色、沾色牢度均在4～5级以上，摩擦和皂洗过程中对锦纶、粘胶基本不沾色，日晒色牢度3～4级。经硫酸亚铁、硫酸铝预媒染后，染色织物的各项色牢度基本保持不变。

表1 媒染剂对K/S值及颜色特征值的影响Tab.1 Effect of mordant on K/S value and color characteristic value

表2 板栗壳色素上染锦纶的各项色牢度指标Tab.2 Various color fastness indicators of nylon dyed with chestnutshell pigment

2.6 防紫外线性能

采用直接染色和先媒后染工艺对锦纶织物进行染色，测试了染色织物的防紫外线性能，结果如图5和表3所示。

图5 染色前后锦纶织物的紫外透过率Fig.5 UV transmission of nylon fabrics before and after dyeing

根据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能》的评定标准，样品的紫外线防护系数UPF＞40，且日光紫外线UVA的透过率TUVA＜5%时，可称为“防紫外线产品”。由图5和表3可知，经板栗壳色素染色后，织物的 UVA(315～400 nm)及 UVB(280～315 nm)的透过率明显下降;UPF值由35.28增加到132.44(＞40)，且随着染料用量的增加，染色织物的UPF值不断增大，UVA及UVB的透过率逐渐减小。经预媒染处理后，板栗壳色素对锦纶织物的UPF值、TUVA、TUVB进一步提高，说明经板栗壳色素染色后织物具有优良的防紫外线性能。

表3 媒染剂对锦纶织物UPF的影响Tab.3 Effect of mordant on UPF of nylon fabrics

3 结论

1)板栗壳色素上染锦纶的最佳工艺条件为pH3～3.6，95℃;加入中性电解质将降低色素的上染百分率，在保证匀染的条件下，可以不加电解质;板栗壳色素对锦纶具有较好的提升性能，但随着色素用量的提高，上染百分率下降。

2)板栗壳色素染色锦纶织物具有良好的耐摩擦、皂洗、日晒色牢度，等级基本都在4级左右，媒染后染色织物的色光有一定的变化。

3)经板栗壳色素染色后的锦纶织物具有优良的防紫外线性能，媒染后染色织物的防紫外线性能更佳。

[1]李辉芹，巩继贤.天然染料的应用现状与研究新进展[J].染料与染色，2003，40(1):36-38.LIHuiqin，GONG Jixian.The current applicationsituation and developments of natural dyes[J]. Dyestuffs and Coloration，2003，40(1):36-38.

[2]程万里.天然染料苏木在真丝绸上的应用[J].丝绸，2000(10):21-23.CHENG Wanli.Natural dye logwood applied to realsilk fabric[J].Journal of Silk，2000(10):21-23.

[3]赵德义，高文海，花成文，等.板栗壳化学成分的初步研究[J].陕西林业科技，2003(2):1-3，47.ZHAO Deyi， GAO Wenhai， HUA Chengwen， etal.Chemical components of castanea mollissimashell[J].Shanxi Forest Science and Technology，2003(2):1-3，47.

[4]贾陆，席芳，王娜，等.板栗壳化学成分研究[J].中国医药工业杂志，2010，41(2):98-102.JIA Lu，XIFang，WANG Na，etal.Chemical constituents of castanea mollissima blumeshell[J].Chinese Journal of Pharmaceuticals，2010，41(2):98-102.

[5]曹纬国，刘志勤，邵云，等.黄酮类化合物药理作用的研究进展[J].西北植物学报，2003，23(12):2241-2247.CAOWeiguo，LIU Zhiqin，SHAO Yun，etal.A progress in pharmacological research of flavonoids[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2003，23(12):2241-2247.

[6]刘俊辉，孙卫国，陈莉，等.板栗壳天然染料对真丝织物染色性能的影响[J].印染助剂，2009，26(10):27-29.LIU Junhui，SUN Weiguo，CHEN Li，etal.Study on the dyeing behaviour ofsilk fabric with natural dyestuff from chestnutshell[J].Textile Auxiliaries，2009，26(10):27-29.

[7]刘俊辉，孙卫国，陈莉，等.板栗壳天然染料对纯棉针织物染色性能的研究[J].针织工业，2012(2):43-46.LIU Junhui，SUNWeiguo，CHEN Li，etal.A research on the dyeing property of the chestnutshell natural dye on the pure cotton knitted fabric[J].Knitting Industries，2012(2):43-46.

[8]陈莉，刘玉森.板栗壳天然染料对羊毛针织物的染色性能研究[J].针织工业，2009(12):48-50.CHEN Li，LIU Yusen.A research on the dyeing properties of the chestnutshell natural dye on wool knitted fabric[J].Knitting Industries，2009(12):48-50.

[9]赵涛.染整工艺原理:下册[M].北京:中国纺织出版社，2009:131-132.ZHAO Tao.Technological Principle of Dyeing and Finishing:Volume 2[M].Beijing:China Textile ＆ Apparel Press，2009:131-132.

[10]盂宪昌，王孟歌，康永胜.板栗壳色素的提取及其稳定性研究[J].河北化工，2002(1):25-27.MENG Xianchang，WANG Mengge，KANG Yongsheng.Extraction andstabilitystudy of chestnutshell pigment[J].Hebei Chemical Engineering and Industry，2002(1):25-27.