植物染料固色工艺研究

2020-01-06张亚妮

生物化工 2019年6期

张亚妮

（陕西省西咸新区秦汉新城管委会，陕西西安712000）

在人工化学合成染料出现之前，人们主要使用天然染料作为染色剂。相较于人工化学合成染料，天然染料在色号完整度、色泽鲜艳度、抗光照性能、抗水流冲洗性能上都较差，因此被逐渐代替。但是，在近代工业发展阶段，人们越来越重视日常生活所接触到的化学染料成分对人体健康和生态环境的危害。因此具有无毒、无害、无污染以及生物相亲性等特性的天然染料受到了人们的广泛关注，相关产业也迎来了第二次发展期。

天然染料核心化学成分有甲酮、叶绿素、二氢甲酮、靛类、亚胺、蒽醌等。红花植物中含有红花红和红花黄两种色素，在我国织物染料应用历史中占据了非常重要的地位。其中红花黄色素的含量较高（分子式如图1所示），且具有化学性质稳定、亲水性能好、萃取工艺简单的特点；但是其在纤维中的亲和度不高，应用领域受到了限制。随着科学水平的发展，人们发现红花黄色素对蚕丝、苎麻等织物纤维亲和度较好，但是耐洗牢度性能较差。因此，为了提高红花黄色素在苎麻、蚕丝等织物上的应用范围，采用双官能团环氧交联剂EH作为固色剂，通过其偶联作用，提高红花黄色素与棉质纤维之间的固化效果，达到固色的目的。

1 材料与方法

1.1 实验原料

商业漂白面细布作为织物，采购于石家庄泰鸿布业有限公司；市场干红花药物，采购于国内某连锁药房；碳酸钠化学试剂，采购与阿拉丁公司，纯度为分析纯；商业交联剂EH，采购于绍兴欧成化工有限公司；皂粉，采购于当地某连锁超市。

图1 红花黄色素分子式

1.2 实验器材

P-AO/BO立卧式气压电动小轧车（佛山市亚诺精密机械制造有限公司）；Hunter Lab UltarScan PRO测色仪（上海鲁玟科学仪器有限公司）；Longcolor LD-360B型定形烘干机（广州科联精密机械有限公司）；SW-8A型耐洗色牢度实验机（南通三思机电科技有限公司）；Y751B型摩擦色牢度仪（温州市大荣纺织仪器有限公司）。

1.3 实验方法

称取脱水干红花200g，加入1000mL蒸馏水，在光滑的大理石研钵中捣碎，并在室温环境中浸泡24 h。浸泡结束后，使用抽滤设备对干红花/蒸馏水混合物进行过滤，并对干红花滤饼进行3次重复洗涤，将浸渍液收集作为染料液使用。称取一定体积染料液和一定尺寸织物在75℃条件下浸染30 min，以90%的轧余率轧除染料液，在50℃真空干燥箱内烘干。随后使用交联固色液对织物二次重复性浸轧，每次轧余率控制在90%。然后使用轧烘方法在不同的工艺条件下对交联固色的工艺条件进行摸索，考察交联温度、交联剂添加量、碱性物质添加量对交联性能的影响，探求最佳的固色条件。得到的染色织物在5 g/L的皂粉溶液中不断煮洗5 min，然后清洗、晾干。以L*（亮度）、C*（彩度）、H*（深色度）、K/S（表观色深）等固色织物的颜色特征值为考察指标，进行工艺条件筛选。织物的皂洗牢度和摩擦牢度根据GB/T3920-1997方法检测[11]。

2 结果与讨论

2.1 烘焙温度对交联固色效果的影响

固定固色液中交联剂EH浓度为40 g/L，碳酸钠浓度为10 g/L，二次重复性浸轧后的烘焙温度分别设置为50 ℃、70 ℃、90 ℃、110 ℃、130 ℃、150 ℃，对得到的染色织物进行颜色特征值检测，结果如表1所示。从红花黄色素的分子式结构来看，红花黄色素的热稳定性较好，从表1可以看出，随着烘焙温度的增加，交联剂EH中的环氧基官能团充分发挥交联作用将红花黄色素中的羟基与棉质纤维中的羟基以碳氧醚键官能团的方式结合，增加了红花黄色素的染色量。具体表现为随着温度的升高，L*值大幅度降低，当温度升高到130℃时，C*和K/S值升高趋势明显；但是随着温度的继续增大，红花黄色素会发生高温变色作用，导致H*降低。因此综合考虑各种颜色特征值，最佳的烘焙温度为130℃。

表1 不同烘焙温度条件下的固色效果

2.2 碱剂加入量对交联固色效果的影响

固定固色液中交联剂EH浓度为40g/L，二次烘焙温度为90 ℃、时间2 min，对比固色液中添加10 g/L碳酸钠和未添加碳酸钠对交联固色效果的影响，结果如表2所示。从表2可以看出，固色液中添加10 g/L碳酸钠后，织物的L*值下降，C*值和K/S值增加，说明碳酸钠在水中水解产生的氢氧根可以将红花色素和棉质纤维中的羟基官能团电离为氧负离子，提高两种原料之间的亲和性能，使得交联剂EH更容易发挥交联效果。同时，因为强化了交联作用，使得织物中醚键官能团的含量百分比得到了增加，提高了植物的红色光深色度，H*值降低。

表2 碳酸钠对固色效果的影响

2.3 交联剂添加量对交联固色效果的影响

固定固色液中碳酸钠浓度为10 g/L，交联固色液对织物二次重复性浸轧的温度为90 ℃、烘焙时间2 min，对比固色液中交联剂EH的不同添加量对交联固色效果的影响，结果如表3所示。从表3可以看出，随着交联剂EH的添加量不断增加，织物的L*值下降，C*值和K/S值增加，说明固色作用逐渐提高。当交联剂添加量浓度超过40 g/L时，固色效果提高率趋于平缓。因此，综合考虑交联剂成本以及固色效果，最佳的交联剂添加量为40 g/L。

表3 交联剂添加量对固色效果的影响

2.4 浸轧次数对交联固色效果的影响

固定固色液中碳酸钠浓度为10 g/L，交联固色液对织物二次重复性浸轧的温度为90 ℃、烘焙时间2 min，对比浸轧次数对交联固色效果的影响，结果如表4所示。从表4可以看出，随着浸轧次数的增加，织物的表观色深和彩度都得到了提高，说明交联剂的交联效果更好；但是当浸轧次数超过3次后，表观色深和彩度增加的幅度有限，且织物的手感变差，因此，建议浸轧次数为2～3次。