壳聚糖改性棉织物的罗布麻茶色素染色性能

娄江飞，巩继贤，张健飞

(1. 天津工业大学纺织学院，天津 300387；2. 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300387)

壳聚糖改性棉织物的罗布麻茶色素染色性能

娄江飞1，2，巩继贤1，2，张健飞1，2

(1. 天津工业大学纺织学院，天津 300387；2. 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300387)

壳聚糖改性棉织物可以提高茶色素染色效果和织物功能性。实验探讨染液pH、染色温度和染色时间三个方面对染色织物的K/S值的影响，确定最优的工艺条件。对最佳工艺染色织物进行色牢度、抗紫外和抗菌性能测试，其耐磨擦色牢度提高1～2个等级，耐水洗牢度提高0.5个等级，耐晒牢度提高2个等级，抗紫外性能提高2～3倍，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为85.15%和75.35%。

壳聚糖 改性 茶色素 染色 性能测试

0 前言

我国是茶的故乡，同时我国也是世界上茶叶的主要加工和消费地区。在茶的加工过程中会产生大量的下脚料，比如加工时产生的茶末以及一些茶梗等，这些下脚料正是很好的天然色素的提取来源。利用它们提取的色素对织物进行染色，在染色的过程中，同时也赋予了织物一些新的特性，比如赋予织物起到一定的抗菌和防紫外的效果。这样符合清洁染整的要求，绿色环保。

天然茶色素对棉织物不易上染，因此要对棉织物进行改性以获得更好的染色效果。由于与纤维素具有相似的结构，壳聚糖非常容易吸附到织物表面，织物在经过壳聚糖处理后进行染色,色泽稳定、浮色较少、固色性能良好且摩擦牢度较高[1-3]。在茶染液中，壳聚糖带正电荷，因此可以提高茶染料的固色速率和上染的速率，并且可以改善水洗牢度以及日晒牢度[4-6]。本实验对壳聚糖改性棉织物的染色工艺进行了优化，通过对染液pH、染色温度，染色时间三个因素进行研究，以及不同条件下染色后织物的上染效果，色牢度以及紫外防护能力的测试，确定最优的工艺条件。

1 实验部分

1.1 材料

织物：经煮练、氧漂的纯棉织物(天津永发织布厂)。

试剂：罗布麻茶(市售)、壳聚糖(脱乙酰度 90%)(天津市北方天医化学试剂厂)、37%-38% 盐酸、冰醋酸、皂片(天津市科密欧化学试剂有限公司)。

仪器与设备：DHW型调温电热套(黄骅市中兴仪器有限公司)，YP5002型电子天平(上海佑科仪器仪表有限公司)，NM-450型轧车(株式会社大荣科学精密制作所)，101FX-1型电热鼓风干燥箱(上海树立仪器仪表有限公司)，GZX-GF101-1-S型电热恒温鼓风干燥箱(上海贺德实验设备有限公司)，Datacolor 600型分光测色仪(美国Datacolor公司)，Y571B型耐摩擦牢度仪(温州方圆仪器有限公司)，SW-12型耐洗色牢度实验机(江苏省无锡县纺织仪器厂)，ACR-2型150+日晒牢度试验机(西仪电子有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 改性棉织物的制备

工艺:浸轧壳聚糖整理液→预烘→焙烘。对棉织物进行两浸两轧，预烘温度为100℃，时间3min。焙烘温度为170℃，时间2min。

壳聚糖溶液制备：按浴比 1∶30称取一定量壳聚糖溶解在4% 冰醋酸溶液中，充分搅拌直至完全溶解，形成分散均匀的壳聚糖母液。

1.2.2 茶色素溶液的制取

准确称取一定量的罗布麻茶末，加入一定量的蒸馏水，在电热套上加热至煮沸，浸提60 min，随后过滤并去除滤渣，提取液存入锥形瓶中,密封待用。

1.2.3 整理工艺

图1 染色工艺曲线

1.3 测试

1.3.1 K/S值及色光测定

用Datacolor 600型分光测色仪在织物上均匀的取8个点测定各织物的L*、a*、b*和K/S值。采用D65光源，10 °视场，试样测定4次取平均值。

1.3.2 色牢度测试

耐摩擦色牢度依照GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

耐洗色牢度依照GB/T 3921-2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度：试验1》测定。

耐晒色牢度依照GB/T 8427-2008《纺织品 色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》测定。

1.3.3 抗紫外性能测试

参照美国AATCC 183-2004测试标准，使用CamspecM350型紫外可见分光光度计，测定染色后棉织物在波长280nm～400nm范围内的UPF值。

1.3.4 抗菌性测试

参照美国AATCC100-2004测试标准,对织物的抗菌性能进行测试。

2 结果与讨论

2.1 改性棉织物染色工艺优化

2.1.1 pH值对染色效果的影响

茶提取液在不同pH值时稳定性不同，溶液的颜色会发生变化。织物的K/S值也会发生变化。对不同pH条件下的染色织物测试其K/S值，结果如图2所示。

图2 pH对染色效果的影响

由图2可知， 随着pH值的增大，织物的整体K/S值呈增大的趋势。改性织物的K/S值明显高于未改性织物。改性织物，在pH值小于6时，随着染液pH的增大，织物的K/S值增加较快，当pH值大于6时，会随着pH的增大，K/S趋于稳定，织物的颜色也基本一致。因为茶多酚在酸性条件下比较稳定，而在碱性条件下，茶多酚中酚羟基较为不稳定，容易形成酚钠盐，影响茶多酚的上染[7]。因此，茶多酚染色最佳的pH值为6。

实验条件：茶叶干重浓度为25g/l，染色时间为60 min,染色温度为100℃, pH值=3、4、5、6、7、8。

2.1.2 染色温度对染色效果的影响

染色温度不同，会影响茶提取液中的茶色素类物质的上染速率。对不同温度下染色织物测试其K/S值，结果如下页图3所示。

由下页图3可知，随着温度的升高，染色后织物的K/S值呈先增大后减小的趋势。改性织物的K/S值明显高于未改性织物。两种织物在染色温度低于100℃时，K/S值增加明显，高于100℃时，染色效果明显下降。温度的上升使纤维的膨胀程度上升，增加了茶多酚分子在染液中的动能，使纤维中氨基基团和羧基基团等活性基团与茶多酚染料中酚羟基团的反应速率加快[8]。当温度大于100℃时，这种影响逐渐减弱，因此 K/S 值有了轻微的下降。故最优温度为100℃。

图3 染色温度对染色效果的影响

实验条件：茶叶干重浓度为25g/l，pH值=6，染色时间为60min,染色温度为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃。

2.1.3 染色时间对染色效果的影响

染色过程中，达到设定温度后，染色时间的长短也会影响茶色素与纤维的结合作用，染色时间增长，茶提取液中的色素类物质与棉纤维或者壳聚糖分子的结合更充分，色素的上染量也会增加，使色素的上染率有所不同[9]。对不同染色时间下染色织物的K/S值进行了测试，结果如图4所示。

图4 染色时间对染色效果的影响

实验条件：茶叶干重浓度为25g/l，pH值=6，染色温度为100min,染色时间为30min、45min、60min、75min。

由图4可知，随着染色时间的增加，其染色织物的颜色越来越深。对于未改性织物，染色时间在45min之后，K/S值有明显的增加，60min后K/S值变化趋于平缓。对于改性织物在45min以后变化已经趋于平缓，织物的颜色深浅变化较小。说明染液中黄酮类物质与纤维的结合基本达到了一个饱和，可以认为染色时间对罗布麻染色的影响较小。综合考虑，染色时间为60min。

2.2 织物性能测试

2.2.1 染色牢度测试

有2.1可知，最佳的工艺条件为：pH值=6，染色温度为100 ℃,染色时间为60min。测试最优工艺下未改性织物和改性织物的耐磨擦、耐洗和耐晒牢度，结果如表1所示。

表1 未改性织物和改性织物的各项牢度值

2.2.2 抗紫外和抗菌性能测试

茶提取液中的茶色素类物质含有氢键、共轭结构和芳环结构，芳香环上连接有发色基团(-CH=CH-，-C=N，CH3-O-，C-S，-NO3等)，具有良好的抗紫外性能和抗菌性能。同时，壳聚糖还具有广泛地抗菌效果，对各种真菌和细菌都有一定的抑制作用，在生活中常遇到的金黄色葡萄球菌，斑点病菌，大肠杆菌，壳聚糖对这些都有很强的抗菌性。对未改性染色织物和染色织物进行抗紫外线性能和抗菌性能测试，结果如表2和表3所示。

表2 未改性染色织物和改性染色织物的UPF，T(UVA)% 和T(UVB)%值

织物种类性能测试UPFT(UVA)%T(UVB)%未改性织物101156128改性织物3373118

表3 未改性染色织物和改性染色织物的的抗菌性能

从表2中可以得出，未处理的织物染色后，抗紫外的能力很低，而处理过后的织物染色后抗紫外能力有了很大的提升，UPF值能达到33.7，可以用于抗紫外类织物的整理。从表3中可以得出，改性织物的抗菌性明显高于未改性的织物，改性织物染色后在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率上都有明显的提高，都大于75 %，比未改性提高了10%～25%，符合抗菌性服用纺织品的要求，因此，茶色素类物质具有良好的抗菌性，可以用于抗菌类织物的整理。

3 结论

(1)通过研究壳聚糖改性棉织物染色时的三个影响因素——染液pH、染色温度和染色时间，得到改性织物最优的染色工艺，染液pH值=6，染色温度为100 ℃，染色时间为60 min。

(2)棉织物通过壳聚糖改性处理，由于二者相似的分子结构使壳聚糖非常容易吸附到织物表面，或者渗透到纤维内部,减少纤维上所带的负电荷。染色时，壳聚糖分子能与茶色素分子牢固结合，提高织物的染色效果和染色牢度。

(3)染色织物不仅耐摩擦、耐水洗和耐日晒牢度得到了提升，耐磨擦色牢度提高1～2个等级，耐水洗牢度提高0.5～1个等级，耐晒牢度提高2个等级，而且织物的抗紫外性能也有2～3倍的提升，抗菌性也得到了极大的提高。

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2016-11-02

国家自然科学基金项目(31200719, 51403152, 51473122)，国家重点研发计划(2016YFC0400503-02)；新疆自治区重大专项(2016A03006)，天津市应用基础及前沿研究计划(15JCYBJC18000)，应用化学与生态染整工程浙江省重中之重学科开放基金(YR2012014)。

娄江飞(1990-)，男，硕士研究生，研究方向:天然染料的染色应用。

巩继贤(1975-)，男，博士，副教授，硕士生导师。

TS193

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1008-5580(2017)01-0087-04