栀子黄染料在棉针织面料染色及防紫外/抗菌中的应用

王利娅，吴国辉

（江西服装学院，江西南昌 330201）

随着绿色环保理念逐渐深入人心，消费者对于纺织服装产品的要求不再局限于穿着舒适和外观精美，还要求环保健康且具有一定的功能性[1-2]。2016年颁布的纺织工业发展规划（2016—2020 年）中明确提出应加快纺织服装行业的绿色发展进程及不断提升产品的附加值[3]。天然染料因不会对环境造成污染且历史悠久，还具有较好的生物相容性、抗菌消炎和可降解等优点，重新成为了纺织服装印染整理的研究热点，相关印染产品深受消费者的青睐[4-5]。纯棉面料因亲肤性好、手感柔软且吸湿透气性能优异被广泛应用于贴身衣服中，利用天然染料进行染色符合绿色环保的消费需求[6-7]。近几年，利用天然染料对纯棉面料进行染色研究取得了一定的成果[8-9]。陆水峰[10]将天然染料茶色素应用于棉织物染色，不仅具有较好的耐皂洗和耐摩擦色牢度，还具有一定的防紫外线和抗菌功能。王亚丽等[11]采用壳聚糖对棉织物改性并进行板栗壳植物染料染色研究，结果显示棉织物的染色效果较好，当染料用量为5%(omf)时，染色棉织物具备较好的抗紫外和抗氧化性能。本研究参考侯秀良团队证明部分黄棕色系植物染料上染织物有助于提高面料的抗紫外能力[12]，探讨天然染料栀子黄在纯棉面料染色中的应用，并研究经其印染面料的防紫外、抗菌性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：纯棉30 tex 半精梳针织罗纹布（市售）；栀子黄（西安首禾生物科技有限公司），改性剂AS（杭州泓纳科技有限公司），硫酸铁、十二水硫酸铝钾、冰乙酸、氯化钠（国药集团化学试剂有限公司），蛋白胨、酵母浸粉（山东玉宝生物科技有限公司），大肠杆菌（南昌大学附属第二医院实验室）。

仪器：AS-12/24 常温振荡式小样染色机（佛山市亚诺精密机械制造有限公司），SF-600 测色配色仪（美国Datacolor 公司），ATLAS-150S 型日晒牢度仪（德国ATLAS 有限公司），SW-12A 型耐洗色牢度试验机（温州百恩仪器有限公司），Y571L 型染色摩擦色牢度仪（莱州市电子仪器有限公司），UV-2450 紫外可见分光光度计（日本岛津公司），Cary50 型紫外线防护因子测定仪（美国NYSE：A 公司）。

1.2 染色方法

天然植物染料在溶液中呈负电性，直接印染纯棉面料存在上染率低及色牢度差的问题[13-14]。本研究借鉴张芳芳[15]利用改性剂AS 对纯棉织物进行阳离子改性以提高栀子黄的上染效果，将纯棉面料置于前处理溶液[阳离子改性剂AS 用量200%(omf)，浴比1∶20]中，升温到35 ℃保温20 min，再加热至95 ℃保温30 min，取出纯棉面料反复水洗，放置平整，自然晾干后染色。整个染色过程都在常温振荡式小样染色机中进行，浴比为1∶50，分别进行直接染色和后媒染色。

1.2.1 直接染色

取5 块质量均为2 g 的纯棉面料润湿，然后分别放入0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%（omf）的栀子黄染液中。30 ℃时开始染色（pH=5），然后以2 ℃/min 升温到90 ℃继续染色60 min。待纯棉面料染色结束将其取出，用去离子水反复冲洗后放置平整，自然晾干。得到的染色纯棉面料试样编号分别为1#、2#、3#、4#和5#。

1.2.2 后媒染色

取两块质量均为2 g 的纯棉面料润湿，分别放入3.0%(omf)的栀子黄染液中，按照直接染色工艺获得染色面料，然后分别放入2%(omf)的硫酸铁、硫酸铝钾溶液中进行后媒染色，70 ℃媒染30 min，用去离子水反复冲洗，并以平整状态自然晾干。得到的媒染纯棉面料试样编号分别为6#和7#。

1.3 测试

染色性能主要考察色度指标和染色牢度。其中色度指标包含L*、a*、b*、c*、h°和K/S值，每个指标取5 个测试点求平均值。其中L*是指明度，该值越大越亮；a*表示红绿轴，正数和负数分别表示颜色偏红色和偏绿色；b*表示黄蓝轴，正数和负数分别表示颜色偏黄色和偏蓝色；c*是饱和度，其值越大颜色越纯正；h°是色相；K/S值为颜色深度，其值越大颜色越深。其中：

耐晒色牢度、耐洗色牢度和耐摩擦色牢度分别参照GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》、GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》和GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》进行测试。

防紫外性能：按照AS/NZS 4399《日光防护服评定和分级标准》进行测定，分别计算长波紫外区UVA（315～400 nm）和中波紫外区UVB（280～315 nm）的平均透过率以及紫外线防护指数UPF 值。一般情况下，服装面料在UVA 和UVB 的透过率低于5%，且紫外线防护指数UPF 值大于40 时，说明其具有紫外防护能力[16]。

抗菌性能：按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3 部分：振荡法》测试，以对大肠杆菌的抑菌率（保留两位有效数字）为评价指标。

2 结果与讨论

2.1 染色性能

由表1 可知，在没有添加金属媒染剂时，纯棉面料经过阳离子改性后，颜色深度随着栀子黄质量分数的增大而不断增大，颜色越来越偏向红色和黄色，饱和度也越来越高，但增加的幅度逐渐变小。这是因为随着染液中染料质量分数的不断上升，阳离子改性纯棉面料可以迅速与阴离子染料发生反应，使颜色深度、饱和度等快速提高。但随着染料与棉纤维结合程度的不断提升，纯棉面料因反应基团有限，无法继续与更多的染料进行反应，所以染色反应逐渐趋于平衡，颜色深度和饱和度不再明显增加。与此同时，在栀子黄质量分数一定的情况下，硫酸铁和硫酸铝钾作为媒染剂可以提高纯棉面料的颜色深度。这是因为媒染剂中Fe3+和Al3+可以与棉纤维上的—OH等官能团发生络合反应，在栀子黄染料及棉纤维之间搭建桥梁，使更多的染料上染，染料与纤维能更好地结合。所以，纯棉面料经金属离子媒染后，颜色深度相对直接染色有一定程度的提高，波谱也发生蓝移和黄移。采用硫酸铁作为媒染剂，颜色深度比硫酸铝钾要深，这是因为硫酸铁对于光的吸收要大于硫酸铝钾，导致其对光的发射效果较弱，颜色更深、亮度稍弱。除此之外，纯棉面料的色相角随着染料质量分数的增大及金属媒染剂的加入发生了一定程度的变化，但并不明显。

表1 纯棉面料染色后的颜色特征值

由表2 可知，纯棉面料经过阳离子改性后，染色牢度随着栀子黄质量分数的增加并没有出现明显的变化；其中，1#～5#试样的耐晒色牢度均为4 级，耐皂洗色牢度（棉沾和毛沾）和耐摩擦色牢度基本处于4～5 级，都具有较好的色牢度。这是因为在栀子黄质量分数较低时，染料与棉纤维上的基团结合牢固，在染色面料受到人造光照射、皂洗和摩擦时，染料不容易脱落；随着染料质量分数的增加，染料上染率提高，表面上过多的染料在受到外界作用时更容易脱落，出现染色牢度的小幅度波动。比较试样4#、6#和7#，媒染剂的加入有助于染色牢度的提高，但作用有限。所以，改性纯棉面料采用直接和后媒染色方式，具有较好的染色牢度，都超过了4级。

表2 栀子黄染液上染纯棉面料的色牢度

2.2 防紫外性能

因该纯棉面料可以作为轻薄衬衣面料，通过印染方式使其具有防紫外性能有助于保护皮肤免受紫外线晒伤。纯棉面料经栀子黄染液染色后防紫外性能测试结果见表3。

表3 纯棉面料经栀子黄染液染色后的防紫外性能

由表3 可以看出，阳离子改性纯棉面料无论采用直接染色还是后媒染色，防紫外性能都有明显提升。其中，0#～5#试样验证了阳离子改性纯棉面料的防紫外性能随着栀子黄质量分数的增加而不断提高。因为在整个染色体系未达到反应平衡时，栀子黄质量分数越大，染液中含有更多的栀子黄染料分子，可以与纯棉纤维发生反应，面料表面可以吸附更多的栀子黄染料用于吸收紫外光所携带的能量，有效降低紫外线对皮肤的辐射。但是，当栀子黄质量分数为4.0%(omf)时，染色面料在UVA 和UVB 区域的平均透过率分别是2.56%和2.14%，紫外线防护指数UPF 为40.26，基本满足服装对于防紫外性能的需要，所以，当纯棉面料采用直接染色工艺且栀子黄质量分数不低于4.0%(omf)时，染色面料具有较好的防紫外性能。当加入硫酸铝钾和硫酸铁进行后媒染色时，纯棉面料的防紫外性能得到一定程度的提升，且采用硫酸铁作为媒染剂的抗紫外效果更好。这是因为硫酸铁中金属离子的络合能力比硫酸铝钾强，络合能力越强可吸附更多的栀子黄染料来吸收紫外线。

2.3 抗菌性能

由图1 可知，阳离子改性纯棉面料经过栀子黄染液上染后，大肠杆菌的抑菌率都在75%以上，且随着栀子黄染料质量分数的增加而不断上升。这说明栀子黄染料具有较好的抗菌效果，纯棉面料上吸附的栀子黄染料越多，抗菌效果越好。当加入媒染剂硫酸铁和硫酸铝钾后，阳离子改性纯棉面料可以通过Fe3+和Al3+与棉纤维上的—OH 等官能团发生络合反应，吸附更多的栀子黄染料，并增强栀子黄染料与纯棉面料的结合牢度，使面料上含有更多的栀子黄染料，从而表现出更好的抗菌效果。

图1 纯棉面料经栀子黄染液染色后抑菌率测试结果

3 结语

（1）栀子黄染料应用于阳离子改性纯棉面料的染色，无论是采用直接染色还是后媒染色，都能获得较好的染色效果。采用直接染色方式时，纯棉面料的颜色深度随着栀子黄质量分数的增加不断上升，加入媒染剂采用后媒染色方式可以有效提高颜色深度。染色纯棉面料的各项色牢度都达到4 级以上，表现出较好的染色牢度。

（2）阳离子改性纯棉面料经栀子黄染色后表现出了一定的防紫外和抗菌性能。面料采用直接染色工艺且栀子黄质量分数不低于4.0%(omf)时，染色面料有较好的防紫外能力，而当栀子黄质量分数大于0.5%(omf)时，染色面料对大肠杆菌表现出较好的抗菌性，且随着栀子黄质量分数的增加不断增强。媒染剂的加入可以有效地增强染色纯棉面料的防紫外和抗菌性能。