天然植物染料栀子对柞蚕丝的染色研究

赵亚楠，朱元昭，吴笑颜

(1.中原工学院纺织学院，河南郑州 450007；2.河南省纺织服装协同创新中心，河南郑州 450007)

天然植物染料栀子对柞蚕丝的染色研究

赵亚楠1,2，朱元昭1,2，吴笑颜1,2

(1.中原工学院纺织学院，河南郑州 450007；2.河南省纺织服装协同创新中心，河南郑州 450007)

研究天然植物染料栀子色素的提取条件，采用前媒、同媒、后媒三种染色方法，将提取液用于柞蚕丝织物的染色。讨论了四种媒染剂(硝酸铝、氯化亚锡、硫酸铜、硫酸铁)的种类、浓度，以及三种媒染方法对染色织物色深、色光、色牢度和抗紫外性能的影响。实验结果表明：三种媒染方法相比，同浓度的硝酸铝、氯化亚锡、硫酸铜，后媒染色的颜色最深；同浓度的硫酸铁，前媒染色的颜色最深。且不同媒染剂、不同媒染方法条件下，织物的色光不同。此外，栀子所染的织物，皂洗牢度和日晒牢度达到2-3级；摩擦牢度3-4级；抗紫外线性能较好，UPF>50，符合防紫外纺织品的要求。

天然染料 栀子 媒染剂 色牢度 防紫外线

0 绪论

迈入21世纪的中国，生活水平得到显著提高，人们的环保意识也愈加强烈。具有抗菌、抗紫外线、生物可降解性较好、无毒害等特性的天然染料[1-5]再次受到世人的重视。人们不但注重纺织产品耐用性和美观性，而且更加注重其环保性和安全性。化学染料的制造和应用使得染整行业相对而言污染较严重，还有一些合成染料对身体有害，使得天然燃料的优势得以凸显。天然染料越来越受到人们的青睐。[1-5]

栀子是一种天然染料。茜草科植物栀子果实里的栀子黄色素主要成分是藏花素(图1)和藏花酸(图2)[6]。栀子黄色素具有抗菌、抗病毒的作用，广泛应用于中医药学中。我国作为栀子的生产大国，充分利用这优势，必能提高我国天然染料应用的竞争力。由图1、图2可知，栀子色素易溶于水，可以直接用水提取栀子色素，这为栀子染色纺织品提供了安全、经济、可靠的研究依据，因此研究栀子对桑蚕丝的染色工艺，并用于高档纺织品中，具有很大的市场价值。

图1 藏花素

图2 藏花酸

1 实验部分

1.1 实验材料、药品及仪器

1.1.1 实验材料

柞蚕丝织物30cm×10cm，栀子

1.1.2 实验药品

表1 实验药品

1.1.3 实验仪器

表2 实验仪器

1.2 实验过程

1.2.1 栀子色素的提取

由栀子色素的化学结构可知它能溶于水，可以直接用水提取。粉碎一定量的栀子，在电子天平上秤取染料10g，量取自来水200ml，按表3正交实验方案表提取、过滤，最后制得染液200ml。

表3 栀子色素提取的正交实验方案

将提取的9组染液在同样的染色条件下分别染质量相同的布样，然后在MSF600X 台式分光光度计上测试染色布样的K/S 值，测3次取平均值。通过K/S的值，确定染液的最优提取条件，所有栀子染色实验都是这优方案条件下提取的。

1.2.2 染色工艺

染色工艺条件、媒染剂的种类以及媒染剂的浓度都会对柞蚕丝织物染色性能有影响。媒染剂采用对人体无害的金属离子，可以采用前媒染色、同媒染色、后媒染染色三种不同的染色方法。

前媒染色法：先将柞蚕丝织物用媒染剂溶液处理，再在染浴中染色的方法，如图3；同浴媒染法：媒介染料和媒染剂在同一浴中完成上染和络合的染色方法，如图4；后媒染色法：先在染浴中染色，上染基本完成后，再在染浴时加入媒染剂进行络合的染色方法[7]，如图5。

图3 前媒染色工艺曲线图

图4 同媒染色工艺曲线图

图5 后媒染色工艺曲线图

1.2.3 测试

(1)K/S值测试和反射率(R%)测试

染色完成后的织物，在MSF600X 台式分光光度计上测试其K/S 值，测3 次取平均值。通过K/S的值找出染色最优提取条件。在K/S值的测试同时也测试了反射率(R%)，通过反射率(R%)可知其染色布样的色谱。

(2)色牢度测试

耐摩擦牢度测试：均按GB/T3920-2008《纺织品色牢度实验耐摩擦牢度》测定。采用SF600X Datacolor测色配色仪测定评级。

耐皂洗牢度测试：均按GB/T3920-2008《纺织品色牢度实验耐皂洗牢度》测定。采用SF600X Datacolor测色配色仪测定评级。

耐日晒牢度测试：均按GB/T3920-2008《纺织品色牢度实验耐日晒牢度》测定。采用SF600X Datacolor测色配色仪测定评级。

(3)抗紫外线性能测试

剪一块5cm×5cm规格的织物式样，通过HB902型防紫外线透过及防晒保护测试系统,测得UPF值即紫外线防护系数。UPF值越大并且UVA的透过率越小织物的抗紫外性能就越优良。国家标准中指出只有当样品的UPF值大于40，并且UVA透过率小于5%时，才能称之为“防紫外线产品”。

2 实验结果和讨论

2.1 栀子色素提取工艺的确定

按照表4设计的栀子色素提取的正交实验方案提取的9组染色分别上染9块质量相同的布样后，测得布样的K/S值，根据正交实验方案的原理，找到栀子色素最佳提取条件。见表4。

表4 正交实验方案所及实验分析

可以从表中得知栀子色素的最佳提取条件为，pH=8，温度T=70℃，时间t=30min。以下所有栀子染色实验的染液在该条件下提取。

2.2 媒染方法对栀子色素色光的影响

采用硝酸铝、氯化亚锡、硫酸铜、硫酸铁四种稀土媒染剂，浴比1:100，固定媒染剂用量为6g/L、8g/L、10g/L。分别采用前媒染色法、同媒染色法、后媒染色法3种染色方法对柞蚕丝织物进行染色，结果如下图6、图7、图8、图9所示。

图6 硝酸铝(8g/L)色样的反射率曲线

图7 氯化亚锡(8g/L)色样的反射率曲线

图8 硫酸铜(8g/L)色样的反射率曲线

从图6、图7可以看出，硝酸铝、氯化亚锡用于栀子色素染柞蚕丝时，前媒、同媒和后媒三种染色方法得到的颜色差别不大，都是黄色中带有红光，属金黄色，其中硝酸铝同媒染色的布样的明度稍高，前媒稍低。

由图8、图9，得知硫酸铜、硫酸铁作用于栀子染色时，前媒、同媒、后媒染得的布样颜色不一。硫酸铜作媒染剂时，前媒染色布样呈黄绿色，黄光偏多；同媒染色布样呈黄绿色，但蓝绿光偏多；后媒染色布样也呈黄绿但是相对前媒染色布样颜色较暗。硫酸铁作媒染剂时，前媒染色布样颜色为绿色，绿光中带有黄光；同媒染色布样颜色为黄光中带有红，颜色较浅；后媒染色布样颜色为黄绿色中带有蓝光。

3.3 媒染剂种类对栀子染色色光的影响

不同的金属离子用于媒染，所得的柞蚕丝织物颜色大不相同，图10为使用4种媒染剂栀子前媒染色布样的反射率。

图10 栀子前媒染色布样的反射率曲线

由图10可知，采用不同媒染剂对栀子前媒染色柞蚕丝时，颜色差别明显；但铝盐和锡盐作用于栀子前媒染色时，布样颜色相似。

使用4种媒染剂栀子同媒染色布样的反射率，见图11。

图11 栀子同媒染色布样的反射率曲线

由图11可知，栀子后媒染色布样的颜色有明显的差别，铝盐和锡盐作用于栀子同媒染色时，布样颜色相似。

使用4种媒染剂栀子后媒染色布样的反射率，见图12。

图12 栀子后媒染色布样的反射率曲线

由图12可知，栀子后媒染色，布样的颜色有明显的差别。使用硝酸铝和氯化亚锡的布样为金黄色。使用硫酸铜的布样为黄绿色，黄光偏多。使用硫酸铁的为黄绿色，带有蓝光。

3.4 媒染剂用量对染色表观深度的影响

表5 硝酸铝用量及3种不同媒染方法染色的K/S值

表6 氯化亚锡用量及3种不同媒染方法染色的K/S值

表7 硫酸铜用量及3种不同媒染方法染色的K/S值

表8 硫酸铁用量及3种不同媒染方法染色的K/S值

由表5、表6、表7、表8可知，同浓度的硝酸铝、氯化亚锡、硫酸铜，后媒染色的颜色最深；同浓度的硫酸铁，前媒染色的颜色最深。然而，同种染色方法，柞蚕丝织物的色深并不随媒染剂的浓度成比例关系。这是因为用金属作媒染剂对织物媒染染色时，天然染料一媒染剂一织物三者之间能够形成稳定的络合物，而不同的媒染剂络合所需的配位体中的共用电子不一样，从而其上染程度不一样。

由上四个列表可知，若要颜色最深，前媒染色法对应的硝酸铝浓度为10g/L，同媒染色法和后媒染色法对应的硝酸铝浓度为6g/L；前媒染色法对应的氯化亚锡浓度为6g/L，同媒染色法对应的氯化亚锡浓度为8g/L，后媒染色法对应的氯化亚锡浓度为6g/L；前媒染色对应硫酸铜的浓度为10g/L，同媒染色对应硫酸铜的浓度为10g/L，后媒染色对应硫酸铜的浓度为6g/L；前媒染色对应的硫酸铁浓度为8g/L；同媒染色对应的硫酸铁浓度为6g/L；后媒染色对应的硫酸铁浓度为10g/L。

3.5 栀子染色后的色牢度

表9中，是分别使用不同媒染剂，在栀子色素染色后的各布样的牢度级别。

表9 布样的色牢度

由表9可以看出使用几种媒染剂时干磨擦牢度基本上都在4级，其中Sn2+和Al3+媒染剂染色牢度稍差，湿摩擦牢度在3级，其中Cu2+、Fe3+媒染剂稍好，Sn2+和Al3+媒染剂稍差。耐皂洗牢度在2～3级，耐日晒牢度都是3级。

3.6 栀子染色后抗紫外线功能

表10 防紫外线参数

由表10中的UPF值和UVA可知栀子染色后的织物的防紫外线能力很强，满足国标“防紫外线产品”的要求。

4 结论

(1)提取温度、Ph值、提取时间都是影响栀子色素提取的因素。提取时间过长，温度过高反而会导致部分色素遭到破坏。

(2)三种媒染方法相比，同浓度的硝酸铝、氯化亚锡、硫酸铜，后媒染色的颜色最深；同浓度的硫酸铁，前媒染色的颜色最深。

(3)栀子染色柞蚕丝织物时，铝盐和锡盐两种媒染剂染出的颜色都是带有少量红光的黄色；铜盐染出的颜色是黄绿色，黄光偏多一些。铁盐不同媒染方法染出的颜色差别很大，前媒染色布样颜色为绿色，绿光中带有黄光；同媒染色布样颜色为黄光中带有红，颜色较浅；后媒染色布样颜色为黄绿色中带有蓝光。铁盐和铜盐采用不同媒染方法染色的织物颜色明度差别较大。

(4)栀子染色的柞蚕丝织物，其皂洗牢度和日晒牢度都是2～3级；摩擦牢度介于3～4级；抗紫外线性能较好，UPF>50，符合防紫外纺织品的要求。

[1] 路振翔.天然植物染料的应用及发展[J].成都纺织高等专科学校学报，2015(4)：106-110.

[2] 范云丽，徐华凤，王雪燕.天然染料的应用现状及发展趋势[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(1)：158-163.

[3] 路振翔，杨勇，赵亚楠，等.紫草染料的提取及在真丝染色中的应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：115-118.

[4] 钟要娟，徐海燕，伍美君.基于植物色素和形态的天然印染手法的研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：122-127.

[5] 李青晖，黄雪红，邵改芹.紫甘薯红色素对牛皮的直接染色研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(4)：90-93.

[6] 龚熠，余志成. 栀子色素的提取及其在真丝上的染色性能[J]. 丝绸，2004(6): 28-29。

[7] 张建波， 王升霞，王炳，等. 棉织物的天然染料媒染工艺研究[J]. 印染，2005(16): 8-11。

2016-12-05

赵亚楠(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织印染功能整理与染色。

TS193

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1008-5580(2017)01-0154-06