绿茶染料对壳聚糖预处理羊毛织物的染色及其性能

胡 蝶

(江西服装学院，江西 南昌 330201)

壳聚糖因具有良好的生物相容性、抗菌性及安全性而被广泛应用在纺织染整领域[1-3]，其在不损坏织物结构的情况下不仅可有效提高面料的染色效果和功能，还可大量减少合成印染助剂的使用，从而有效降低印染过程对环境造成的污染[4-5]。因此，壳聚糖在纺织染整行业具有较为广泛的应用[6]。近几年，随着绿色消费理念的不断深入人心，植物染料因绿色环保且来源广泛重新获得纺织印染行业的青睐[7-8]。茶叶作为植物染料的重要来源之一，在我国印染领域中的应用具有非常久远的历史[9]。除此之外，茶叶染色纺织品还具有丰富的文化内涵、强烈的艺术魅力及质朴素雅的色彩[10]。但是，茶叶染色也存在染色深度较浅且染色牢度较弱的问题[11]。而采用壳聚糖进行织物预处后可以有效提高其对染料的吸收率，并赋予织物多种功能[12-13]。

本文选择羊毛织物为试样，将壳聚糖与绿茶提取物天然染料进行联合染色，分析其染色效果的变化、抗菌、抗氧化及防紫外的功能处理效果，为开发绿色印染及复合功能的羊毛产品提供实践参考。

1 试 验

1.1 试验材料

羊毛机织物(经纱线密度16.7 tex×2，经纱密度：300根/(10 cm)；纬纱线密度33.4 tex，纬纱密度285根/(10 cm)，面密度275 g/m2)，壳聚糖(西安优硕生物科技有限公司)、绿茶染料(常州美胜生物材料有限公司)、醋酸、柠檬酸、无水乙醇、大豆蛋白胨和酵母浸粉(山东玉宝生物科技有限公司)。菌种：金黄色葡萄球菌和大肠杆菌(上海生物研究院有限公司)。

1.2 染色过程

染色前处理：将一定质量的壳聚糖加入到30 g/L的醋酸溶液中进行溶解制成浓度为1.0%、1.5%和2.0%(owf)壳聚糖整理液。染色前处理的浴比1∶20，羊毛织物采用两浸两轧工艺处理后在烘箱中烘干备用。染色工艺：羊毛织物经过壳聚糖处理后在浴比1∶40，绿茶染料用量为8.5%(owf)，染浴温度90 ℃下染色1 h。染色实验结束后将织物用去离子水清洗干净室温阴凉干燥，试样分别编号2#、3#和4#。除此之外，取同样质量的羊毛织物在相同染色条件下直接上染绿茶染料作为对照试验，染色织物编号为1#。

1.3 测试内容

1.3.1 SEM分析

采用SU5000型扫描电子显微镜(日本日立公司)分析壳聚糖预处理前、后羊毛纤维的微观变化。

1.3.2 染色效果的评价

采用Color-Eye 7000A型电脑测配色系统(美国X-Rite公司)测定染色指标L*、a*、b*、c*、ho和K/S值，其中L*是明度，数值越大染色越亮；a*是红绿轴，正数表示染色偏红色，负数表示染色偏绿色；b*是黄蓝轴，正数表示染色偏黄色，负数表示染色偏蓝色；c*是饱和度，数值越大则染色越纯正，色泽越鲜艳；ho表示色相，主要区别颜色种类；K/S值为染色深度，该值越大表示颜色越深。耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度分别参照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。

1.3.3 抗菌性分析

羊毛面料抗菌效果测试参照AATCC 100—2012 《抗菌纺织品的评价方法》进行，其参考指标为抑菌率P，具体计算见式(1)。

(1)

式中：A为“0”接触时间抗菌处理样的细菌数；B为接种定时培养之后抗菌处理样的细菌数。

1.3.4 抗氧化性评价

采用DPPH自由基清除试验进行羊毛织物的抗氧化性能评价[14-15]。首先用无水乙醇配制0.15 mmol/L的DPPH 醇溶液，将137.5 mg织物原样及其经过直接染色和采用壳聚糖预处理再染色后的试样分别放入40 mL DPPH 醇溶液中避光反应30 min，然后用Alpha1900型紫外分光度计(上海谱元仪器有限公司)在517 nm处测定织物的吸光度H样品，及羊毛织物原样的吸光度H空白通过式(2)计算DPPH自由基清除效率AA。

(2)

1.3.5 防紫外分析

利用YG(B)912E型纺织品防紫外性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)参照GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》进行织物防紫外效果评价，其中规定当样品的防护指数UPF>40且透光率T(UVA和UVB)<5% 时可被称为防紫外线产品[16-17]，其中UVA和UVB分别为长波紫外区和中波紫外区。

2 试验结果与分析

2.1 染色效果分析

表1 羊毛织物上染绿茶染料的特征值

图1 羊毛经壳聚糖预处理前、后的SEM照片

图2 羊毛织物试样的上染百分率

2.2 抗菌效果分析

羊毛织物采用1.2节工艺染色后的抗菌效果见图3。可以看出织物经过直接染色后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为85.4%和83.7%，具有一定的抑菌效果。羊毛织物经过壳聚糖预处理后再进行染色，其抑菌效果得到了明显提升，尤其是预处理液中壳聚糖用量为2%(owf)时，染色织物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别上达到了99.2%和97.7%。这是因为绿茶中有一定含量的儿茶素，该物质大分子上具有的邻位酚羟基很容易分别与细菌细胞壁上的肽聚糖和细胞膜上的蛋白质分子中的肽基、氨基或羧基等通过氢键结合，然后，儿茶素利用苯环结构进一步与蛋白质分子发生疏水结合导致肽聚糖和蛋白质变性而实现抑菌的效果。羊毛织物因壳聚糖预处理后可以上染更多的绿茶染料，所以出现了更好的抑菌杀菌作用。与此同时，壳聚糖本身也具有一定的抑菌作用，其与绿茶染料结合可以实现协同抑菌的效果。

图3 羊毛织物染色后的抑菌率

2.3 抗氧化效果分析

用DPPH法测定羊毛织物原样(对照样)、直接上染绿茶染料羊毛织物和壳聚糖预处理后再染色羊毛织物的抗氧化活性，其中对照试样编号为0#，测试结果见图4。

图4 羊毛织物染色后的自由基清除效率

由图4可知：羊毛织物原样对于自由基DPPH的清除效率仅为28.3%，基本不具有抗氧化性。羊毛织物采用直接上染绿茶染料后，其抗氧化性得到了明显提升。这是因为绿茶染料中的儿茶素大分子结构中含有的部分酚羟基可以作为供电基用于捕获 DPPH 自由基而起到抗氧化作用。而羊毛织物经过不同浓度的壳聚糖处理后，其对绿茶染料的上染百分率得到了一定程度的提高，这样织物可以提供更多的儿茶素用于捕获 DPPH。所以，羊毛染色织物的抗氧化性能随着预处理液中壳聚糖浓度的增加而不断增强。

2.4 防紫外效果分析

羊毛织物直接染色和壳聚糖预处理后采用绿茶染料染色，其防紫外线性能见表2。

表2 羊毛织物直接上染石榴皮色素后的防紫外性能

由表2可知：羊毛织物原样基本不具有防紫外效果，其经过直接上染绿茶染料后防紫外效果明显提升，这是因为绿茶染料中含有包括儿茶素在内的多种黄烷醇类化合物，这些物质在紫外线光区范围内都有特征吸收峰出现，所以可以吸收紫外线中的能量而体现出一定程度的防紫外能力。羊毛织物经过壳聚糖预处理后因可以吸附更多的色素而呈现出了更好的防紫外效果。所以，当羊毛织物选用2%(owf)的壳聚糖处理后再上染绿茶染料，其平均透过率T(UVA)、T(UVB)和紫外线防护指数UPF值分别为2.16%、1.01%和84.52，织物的防紫外能力得到了大幅提升。

3 结束语

羊毛织物利用壳聚糖溶液进行预处理后，通过SEM可以看到纤维表面具有不同程度的壳聚糖附着。预处理后的羊毛织物利用壳聚糖在染液中呈现正电荷而通过静电吸附作用上染更多的绿茶染料，所以，染色深度及染色牢度随着预处理液中壳聚糖浓度的增加而不断增强。与此同时，预处理后的羊毛染色织物在抗菌、抗氧化及防紫外方面也体现出更好的效果。这说明壳聚糖预处理可以有效提升羊毛织物上染绿茶染料及功能整理的效果，但是功能化后的羊毛织物在使用过程中需要进行洗涤，而天然壳聚糖与羊毛织物表面的相互作用较弱会影响其功能整理效果的耐久性，因此，针对壳聚糖进行改性或开发交联剂用于提高织物—壳聚糖—色素的耐久性将是未来研究的重要内容之一。