明胶蛋白在涤纶茶色素染色中的应用

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)



明胶蛋白在涤纶茶色素染色中的应用

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)

仿生整理是现在织物整理的热点课题，但对于茶多酚上染涤纶织物的研究较少，本文立足这一目标进行深入研究。采用将涤纶织物进行碱减量处理，利用戊二醛交联剂,使得明胶蛋白质能够附着到涤纶织物表面，并结合牢固。通过分析叶干重浓度、pH、染色温度、染色时间四个影响因素对织物K/S值的影响，选出处理织物的最佳染色工艺，并对其做色牢度测试，结果显示其耐磨擦色牢度提高1～1.5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。

明胶蛋白 涤纶 茶色素 染色 色牢度

0 前言

涤纶具有良好的耐热性、抗光性、化学稳定性、良好的尺寸稳定性[1]，是一种广泛使用的纺织材料。但与天然纤维相比，涤纶具有吸湿性差[1]、易静电、穿着舒适性差、易沾污、不易着色的问题[1-3]。为了提高涤纶的应用性能，常采用碱减量处理、亲水性化学整理的方法使其在外观和内在质量和天然纤维更加接近。茶色素作为一种常见的天然染料，具有良好的生物降解性，染色服装和其他东西时，颜色自然优雅，有天然的芳香，而且还具有一定的抗菌保健功效，并对环境更温和，更贴切“绿色生活”[4-5]。

仿生整理是现在织物整理的热点课题，但对于茶色素上染涤纶织物的研究较少，本课题立足这一目标进行深入研究。采用将涤纶织物进行碱减量处理，用戊二醛做交联剂，使明胶蛋白能够牢固地附着到涤纶织物表面[2,6]。用茶天然色素对其染色，并对染色时的四种影响因素茶叶干重浓度、pH、染色温度、染色时间,进行染色效果K/S值分析，找出最佳的染色工艺。并对最佳染色试样进行耐磨擦、耐水洗和耐日晒等牢度,构建新的涤纶茶色素染色方法。

1 实验部分

1.1 材料

织物：经煮练、氧漂的纯棉织物(市售)。

试剂：罗布麻茶、氢氧化钠(天津市光复精细化工研究院)、戊二醛(天津市光复精细化工研究院)、明胶(天津市光复精细化工研究院)、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)，YP-5002型电子天平(上海佑科仪器仪表有限公司)，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)，XW-HWR型旋转式红外小样机(靖江市新旺染整设备厂)，Datacolor-600型分光测色仪(美国Datacolor公司)，Y-571-B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 明胶蛋白处理

碱减量处理:按照浴比1：50配好质量浓度为20g/L的氢氧化钠溶液，将10cm×10cm的涤纶织物放入烧杯中，在80℃ 恒温水浴锅中处理90 min，取出，水洗烘干。

明胶-戊二醛处理：将碱减量后的涤纶织物放到80℃的4g/L明胶溶液中，处理30min，取出，水洗，再放置到3g/L的戊二醛溶液中，恒温80℃处理40min，水洗，烘干，以备染色。

1.2.2 茶色素溶液的制取

准确称取一定量的罗布麻茶末，按照干重30 g/L的浓度配好水溶液，在电热套上加热至煮沸，浸提60 min，随后过滤并去除滤渣，提取液存入锥形瓶并密封待用。

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 牢度测试

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—2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度：试验1》测定。

耐晒色牢度按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Camspec-M350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 涤纶染色工艺优化

2.1.1 茶叶干重浓度对染色效果的影响

茶叶干重不同，会影响茶提取液中的茶色素类物质的含量，也会影响染色时色素上染量。对不同茶叶干重下染色织物测试其K/S值，结果如图2，染色图片见图3。

图2 茶叶干重浓度对染色效果的影响

图3 不同茶叶干重浓度下染色织物的颜色

由图2和图3可知，相同茶叶干重浓度下，处理棉织物的染色效果优于未处理棉织物。随着茶叶用量的增加，改性棉织物的K/S值先增大后趋于平缓，用量为14g/L时，K /S 值变化趋势变缓，继续增加用量，K/S 值上升趋势不明显。这可能是因为明胶蛋白处理后棉织物上结合了一定量的明胶蛋白，染色时，蛋白质分子中的氨基酸上的氨基会优先于茶色素中的酚羟基结合，使其与茶色素类分子之间的静电引力增大，但由于织物上的蛋白质的量恒定，茶提取液浓度达到一定程度后，与棉织物上的氨基酸分子完全结合，染色达到饱和[7]。故选择用量为16g/L。

2.1.2 pH值对染色效果的影响

茶多酚在不同pH条件下，会发生分子异构化，使染液颜色由棕红色变成绿色。考察pH对罗布麻提取液茶上染明胶-戊二醛处理前后的涤纶织物的影响，染色后K/S值见下页图4，染色图片见下页图5。

图4 pH对染色效果的影响

图5 不同pH下染色织物的颜色

由图4和图 5可知，明胶-戊二醛处理后，织物的染色效果有了明显的提升，K/S值有了显著地增加。当pH过小时，K/S值增加较快，织物的颜色也比较深，但是在pH=3～4时，得到的颜色与预期颜色差别较大，织物颜色发绿光，不符合茶色素染色织物的要求，不宜采用。pH=7时，K/S值达到最大值，织物的颜色为红棕色。当pH大于7之后，K/S值有些许下降，pH=9时织物的颜色较浅，这可能是由于茶色素在偏碱性条件下稳定性比较弱，发色基团的分子结构发生变化，颜色也随之变化。故选择pH=6～7，作为最适pH。

2.1.3 染色温度对染色效果的影响

染色温度不同，会影响天然染料的活性，对织物的染色效果产生不同的影响。考察染色温度对茶多酚上染明胶-戊二醛处理前后的涤纶织物的影响，染色后K/S值见图6，染色图片见图7。

图6 染色温度对染色效果的影响

由图6和图7可知，随着染色温度的升高，染色后织物的K/S值和颜色越来越深，处理织物的染色效果明显高于未处理织物。这说明在染浴温度小于 100℃时，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，使纤维上吸附的明胶分子中的氨基基团与茶多酚染料中酚羟基团的反应速率加快。当温度大于120℃时，这种影响逐渐趋于饱和，因此 K/S 值有了轻微的下降，故选择120℃为最适染色温度。

图7 不同染色温度下染色织物的颜色

2.1.4 染色时间对染色效果的影响

在染色过程中，达到设定的温度后，保温时间的长短会影响茶多酚与纤维的结合，从而使染料上染率有所不同，为了选择合适的保温时间，染色后K/S值见下页图8，染色图片见下页图9。

图8 染色时间对染色效果的影响

由图8和图9可知，对于茶多酚染色，随着染色时间的增加，染色织物的颜色越来越深，明胶处理织物在60min以后K/S值趋于稳定，整体来说，处理织物的染色效果优于未处理织物。说明染色时间越久，茶多酚上染率越大。但是，纤维上结合的明胶的量是一定的，这就类似于分散染料染色一样，纤维上“染座”的数量是一定的，时间的延长并不能使更多的茶多酚上染到织物，故而选择60min为最优染色时间。

图9 不同染色温度下染色织物的颜色

2.2 最佳工艺色牢度分析

由2.1可知，最佳的工艺条件为：茶叶干重浓度16g/L，染液pH=6～7，染色温度为120 ℃，染色时间为60 min。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。

由表1可知，与未改性的棉织物相比，改性棉织物染色后其耐磨擦色牢度提高1～1.5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。这可能是由于蛋白质中含有氨基和羧基，不仅具有较强的络合能力，而且具有两性性质，在接近等电点的条件下，蛋白质上的部分氨基带正电荷，使带阴电荷的天然染料易于吸附和上染[8-10]，进而发生络合反应，提高了染料的上染率，并且使染色织物的色泽稳定、浮色较少、固色性能良好且摩擦牢度较高。

表1 未改性织物和改性织物的各项牢度值

3 结论

(1)通过研究明胶蛋白处理棉织物染色时的四个影响因素——茶叶干重浓度、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，茶叶干重浓度16g/L，染液pH=6～7，染色温度为120℃，染色时间为60 min。

(2)明胶蛋白处理棉织物染色后其耐磨擦色牢度提高1～1.5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。说明戊二醛交联剂可以牢固的将蛋白质固着在纤维表面，染色时，色素与蛋白质结合，不仅能达到染色的目的，还能起到固色的目的。

(3)明胶蛋白经过戊二醛交联剂处理,沉积在纤维表面,能够促进涤纶常压染色，使本来无法对涤纶染色的茶色素,能够着色,并且显著提高茶色素的吸附上染速率， 明显增大染料的上染量和织物的染色深度，缩短染色时间，降低染色温度。

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Application of Gelatin Protein in Polyester Tea Pigment Dyeing

LOUJiang-fei1,2,GONGJi-xian1,2,ZHANGJian-fei1,2

(1. College of Textile,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387; 2.Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Ministry of Education, Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387)

Bionic finishing is a hot research subject of fabric finishing while little research has been conducted in tea polyphenol dyed fabric,which is the foundation for this research. The polyester fabric was conducted alkali deweighting treatment and glutaraldehyde was used as cross-linking agent to make gelatin protein adhere to the surface of polyester fabric and fix firm. The influence of four elements including tea dry weight concentration,pH value,dyeing temperature and time on K/S value of fabric was analyzed,the optimal dyeing process of the fabric was selected and color fastness test was done. The results showed that the color fastness to rubbing was improved 1-1.5 grade,washing fastness increased 0.5-1 grade and light fastness was raised 2 grades.

gelatin protein polyester tea pigment dyeing color fastness

2017-02-19

国家自然科学基金项目(31200719,51403152,51473122),国家重点研发计划项目(2016YFC0400503-02)。

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

A

1008-5580(2017)02-0081-05