姜黄染料对柞蚕丝织物的染色性能研究

2018-07-10，，，，，,

现代纺织技术 2018年5期

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(1.辽东学院化学工程学院，辽宁丹东　118003；2.辽宁省功能纺织材料重点实验室，辽宁丹东　118003)

姜黄是一种多年生有香味的草本植物，既有药用价值，又可以作食品调料。作为一种传统中药，姜黄具有破血行气，通经止痛、抗癌、抗炎、抗氧化等诸多药理功能；用作调味品,姜黄具有辛香轻淡，带有胡椒、麝香、甜橙与姜之混合味道；作为天然食用色素，其着色力强、色泽鲜艳、安全无毒性、热稳定性良好[1-2]。姜黄素作为姜黄中主要的功效成分及天然着色物质，是姜黄发挥药理及食用作用的主要活性成分[3]。目前，姜黄染料用于纺织品染色工艺的研究，主要集中在桑蚕丝、羊毛及改性纤维素等织物上[4-7]。天然染料在染色过程中，其中的功能性成分被纤维吸收，可以赋予纺织品一定的功能[8]。本文在研究天然染料姜黄在柞蚕丝织物上的染色性能的同时，测试了染色柞蚕丝织物的颜色特性及抗菌、抗紫外线性能，为姜黄在纺织品天然染色及功能整理中的应用提供理论参考。

1　试　验

1.1　试验材料

材料：柞蚕丝平纹织物(42 g/m2)。中药姜黄(购于药房)，冰醋酸，氢氧化钠，结晶硫酸锌、硫酸铝、硫酸亚铁(均为分析纯，购自沈阳化学试剂有限公司)。

仪器：HL型染色小样机(靖江市海澜装备厂)，雷磁pHS-3C型酸度计(上海仪电科学仪器有限公司)，Color-Eye 7000A型电脑测色配色仪(X-Rite，USA)，UV-2450紫外-可见分光光度计(日本岛津)，UV-2000F纺织品抗紫外线测试仪(Labsphere Inc., USA)，YG(B) 026D型织物强力仪(温州大荣纺织仪器公司)。

1.2　试验方法

1.2.1姜黄染料的制备

称取中药姜黄100 g，粉碎，加入75%乙醇800 mL，于60 ℃回流提取2 h。经过滤后滤除残渣，得到姜黄色素的乙醇溶液，该溶液经减压蒸馏，得到浓缩的姜黄染料。该浓缩物加入到1 L热水中，加入0.5 g分散剂NNO，后制成姜黄染料水分散液，以此作为该实验的染液。

1.2.2染色工艺

a) 以上述制备的姜黄染料对柞蚕丝织物染色，染色浴比1∶50，pH=6(提取液自身pH值)，选取50，70，90 ℃ 3个温度参数，分别染色60 min。

步骤:调配染色工作液→织物40 ℃入染→升温至指定温度→保温→水洗→晾干。

b) 以上述制备的姜黄染料对柞蚕丝织物染色，染色浴比1∶50，pH=6(提取液自身pH值)，选取上述获得的适宜温度染色，分别调整染色时间为20～80 min。

步骤:调配染色工作液→织物40 ℃入染→升至适宜温度→保温20～80 min→水洗→晾干。

c) 以上述获得的适宜温度及时间条件染色，浴比选取1∶50，pH值分别为3、5、7进行染色实验。

步骤:配置不同pH值染液(pH 3～7)→织物40 ℃入染→升至适宜温度→保温→水洗→晾干。

d) 媒染染色是在不同pH值条件下进行染色，然后分别采用硫酸锌、硫酸铝、硫酸亚铁作为媒染剂，对染色柞蚕丝进行后媒染色，媒染剂质量浓度3 g/L，浴比1∶50，媒染温度50 ℃，恒温处理30 min之后，取出试样，经水洗、皂洗、晾干。

1.2.3测试方法

紫外光谱：以无水乙醇作空白样，将试样用无水乙醇稀释至一定浓度，对其进行紫外-可见光谱扫描。

K/S值测试：染色柞蚕丝织物的K/S值及CIELAB色度值采用电脑测色配色仪进行测定。试样折叠4层，不同部位测定3次取平均值。

色牢度测试：染色柞蚕丝织物的皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》标准，采用SW-12 型皂洗牢度仪进行测定；干、湿摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》标准，采用Y-571B型摩擦色牢度仪进行测定；耐光色牢度按GB/T 8427-2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》标准，采用YG811日晒色牢度仪进行测定。

功能性测试：试样的紫外线防护性能采用UV-2000F纺织品抗紫外线测试仪测试，以紫外线透过率(T%)及UPF指数进行评价。试样的抗菌性能按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：震荡法》进行测试，测试菌种为革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性菌大肠杆菌。试样抑菌率按式(1)计算：

Y/%=(Wt-Qt)/Wt×100

(1)

式中：Y—试样的抑菌率，%；Wt—空白样18 h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度，CFU/mL，Qt—待测织物试样18 h振荡接触后烧瓶内的活菌浓度，CFU/mL。

2　结果与讨论

2.1　姜黄染料的紫外-可见光谱

制备的姜黄色素紫外-可见吸收光谱如图1所示。

图1　姜黄染料乙醇溶液的紫外-可见光谱

2.2　染色温度对K/S值的影响

采用常规pH值(提取姜黄染料的pH值约为6)，分别在50、70、90 ℃条件下，以姜黄染料对柞蚕丝织物恒温染色60 min,不同染色温度下试样的K/S值曲线见图2。

图2　不同温度下染色柞蚕丝的K/S值曲线

姜黄染料上染柞蚕丝，具有良好的染色深度，得色为较鲜艳的黄色，所试的不同温度条件下，以70 ℃时K/S值最高，织物得色量最大。故以70 ℃进行后续染色实验。

2.3　染色时间对染色的影响

采用姜黄染料对柞蚕丝织物染色，在温度70 ℃，常规pH值下，调整染色时间为20～80 min，染色时间对染色柞蚕丝织物K/S值及黄蓝值b的影响见图3。

图3　染色时间对试样K/S值及b值的影响

图3可以看出，染色初始阶段，染色织物的K/S值及黄蓝值b均随时间的延长而提高，说明试样的颜色随时间延长而逐渐加深，当染色时间达到50 min时，K/S值及b值趋于稳定，不再继续增加，此时染色过程达到了动态平衡，即染料在纤维上的吸附与解吸数量相当，再继续增加染色时间对染色无明显效果。所以，姜黄上染柞蚕丝织物的适宜时间为50 min。

2.4　染色pH值对K/S值的影响

天然染料染色往往适宜在酸性条件下进行，测试当染色温度为70 ℃，染色时间为50 min，染色pH值分别为3、5、7时，姜黄染料染色柞蚕丝的K/S曲线，结果如图4所示。

图4　pH值对染色柞蚕丝织物K/S值曲线的影响

图4可知，pH值对试样的K/S值影响显著，随着染色pH值升高，试样的K/S值呈降低趋势，酸性条件有利于染料上染柞蚕丝纤维。同时，为考查染色pH值对试样强力的影响，对不同pH值染色柞蚕丝绸的断裂强力进行测定。染色前及染色pH值分别为3、5、7时，柞蚕丝织物的经向断裂强力依次为271,266,268,268 N，这说明染色pH值为3时，试样的强力稍有降低，但幅度极小，pH=3可作为柞蚕丝染色的适宜条件。

2.5　媒染剂对染色性能的影响

为评价不同pH值下的姜黄染料对柞蚕丝绸的媒染性能，分别采用硫酸锌、硫酸铝及硫酸亚铁作为媒染剂，分别对染色pH值为3、5、7的染色织物进行后媒染色，媒染剂及染色pH值对染色织物K/S值及颜色特征值的影响见表1。

表1　不同pH值及媒染剂下染色柞蚕丝的色度值

表1表明，染色pH值对直接及媒染试样的染色性能影响很大。随pH值的提高，织物的表观色深值降低，以pH=3时的K/S值最高，酸性有利于姜黄色素上染柞蚕丝。直接染色时，不同pH值下，染色试样的K/S曲线形态及最大吸收波长未发生变化，表明pH值对织物的色调无影响，得色均为较鲜艳的黄色。媒染剂对染色试样的色深值及颜色值有显著影响，与无媒染色相比较，媒染试样的最大吸收波长均发生变化，且媒染时不同pH值下染色试样的最大波长也不同，这表明媒染剂在影响色深值的同时，还对试样的色调产生影响。3种媒染剂染色后，K/S值均明显高于直接染色样品。这是因为姜黄色素中含有羟基，它可以与媒染剂中的金属离子及柞蚕丝纤维之间形成配位键，提高了染料的上染强度及上染率。3种媒染剂比较，硫酸亚铁媒染对色调的影响较大，硫酸铝及硫酸锌媒染对色调影响相对较小。

2.6　牢度特性

实验测试了当染色pH=3，温度70 ℃，时间50 min，3种媒染剂染样及直接染色样品的染色牢度，结果见表2。

表2　姜黄染色柞蚕丝织物的色牢度

表2表明，姜黄染料染色柞蚕丝绸染色牢度较低，经媒染后所测各项牢度有所提高。摩擦牢度提高到3级以上，皂洗色牢度以硫酸铝及硫酸亚铁较好，可达到3级。但是耐光色牢度仍然不佳，这一点可能与天然的姜黄素的分子结构有关[7]，预测可以通过进一步的固色处理或对色素结构进行一定的改性等方法进行改进，将在后续工作中研究。

2.7　染色柞蚕丝的抗菌性能

鉴于姜黄素具有很好的抗菌性能，实验测试了染色柞蚕丝对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌性能，结果见表3。

表3　染色柞蚕丝织物的抗菌活性

表3可知，空白试样无抗菌活性，经姜黄染料染色后，试样均显示出明显抗菌活性，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率均高于70%，按GB/T 20944.3—2008，该染色柞蚕丝符合抗菌纺织品的要求。

2.8　抗紫外性能

姜黄色素具有紫外线吸收的性能，实样测试了染色前后柞蚕丝织物的紫外透射光谱及UPF指数，结果见图5。

图5　柞蚕丝织物的紫外透射光谱及UPF指数

图5可以看出，未染色柞蚕丝紫外线透过率高，经姜黄染色后，其紫外线透射率显著降低，由原来的紫外线透射率10%以上降低到2%以下。测试结果表明，未染色的柞蚕丝织物的UPF值为10，姜黄染色后其UPF值显著提升，其中硫酸亚铁媒染试样的UPF值最高为185，显示了极佳的紫外线防护性能。这是因为柞蚕丝纤维吸附了具有良好紫外线吸收性能的姜黄染料的结果。