茶多酚对涤纶织物的保健染色工艺

2020-04-06韦苏娟符嘉琳倪张根王洛豪张瑞萍

印染助剂 2020年1期

韦苏娟，符嘉琳，戴悦，倪张根，王洛豪，张瑞萍

（1.南通大学杏林学院，江苏南通 226019；2.南通大学纺织服装学院，江苏南通 226019；3.梦百合家居科技股份有限公司，江苏如皋 226500）

当今消费者对于纺织品的要求不仅在于美观，而且注重功能性和生态环保。茶多酚染色织物具有柔和的色泽并能获得抗菌消臭以及紫外防护等性能，配合媒染剂不仅可以提高得色量，而且能提高织物的保健功能［1-3］。目前国内外的研究集中在茶多酚对丝绸、棉、麻、羊毛等织物的染色，对合成纤维的研究较少［3-5］。涤纶是产量最大的合成纤维，用途广泛，在家纺面料、汽车内饰和防护服领域占有很大比重。本研究采用茶多酚上染涤纶织物，通过单因素实验分析茶多酚对涤纶织物的染色效果，以K/S 值为指标确定染色工艺，并测试染色织物的抗菌消臭效果。

1 实验

1.1 材料

经编涤纶针织物［新世嘉纺织品（南通）有限公司］，茶多酚（芜湖天远科技开发有限公司），磷酸、乙酸、硼酸、氢氧化钠、硫酸铜（分析纯，上海润捷化学试剂有限公司）。

1.2 仪器

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），Datacolor 650 型测色配色仪（美国Datacolor 公司），pHS-25 型数显pH 计（上海精密科学仪器有限公司），1XC-F1 全能型试色机（厦门瑞比精密机械有限公司），01AB-1 型电热恒温干燥箱，KQ-300VDB 型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 缓冲溶液的配制

将磷酸、硼酸和醋酸配制成0.04 mol/L 的混合酸，用0.2 mol/L NaOH 溶液调至所需pH。

1.3.2 染色工艺

茶多酚2%～10%(omf)，浴比1∶50，用Britton-Rob⁃inson 缓冲溶液配制染液使其具有不同pH，初始温度50 ℃，以1 ℃/min 升温到110～130 ℃，保温20～60 min，降温至70 ℃，水洗，在恒温干燥箱中于80 ℃烘干。

1.3.3 CuSO4后媒染

CuSO43%(omf)，浴比1∶50，在恒温水浴锅中于45 ℃处理60 min。

1.4 测试

颜色参数：使用测色配色仪测试K/S值。

抑菌性能：菌种为大肠杆菌，按GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3 部分：振荡法》进行测试。

消臭性能：臭气为氨气。吸取0.1 mL 氨水于玻璃皿上，放置在干燥器底部。将织物剪成直径4 cm 的圆形放置于干燥器托盘上，吸氨14 h，用100 mL 蒸馏水40 ℃萃取2 h。采用HJ 534—2009《环境空气氨的测定次氯酸钠-水杨酸分光光度法》测定萃取液中的含氨量，通过下式计算消臭率：

2 结果与讨论

2.1 不同pH 茶多酚溶液的显色现象

由表1 可知，溶液的pH 不同，加入茶多酚后的显色现象也不同。随着pH 的增大，溶液颜色由浅黄变红，并逐渐变成褐色。这是因为茶多酚是一类组成复杂、分子质量不同、极性与结构差异很大的多酚类衍生物混合体，茶多酚的主要成分为儿茶素类化合物，基本结构［6］如下：

表1 不同pH 茶多酚溶液的显色反应

随着溶液pH 增加，氧化速率增大，儿茶素及其聚合物A 环氧化生成醌，反应重复进行直至生成共轭醌发色团，使溶液颜色变深直至呈褐色［6］。

2.2 染色工艺优化

2.2.1 pH

pH 对织物K/S值的影响见图1。

图1 pH 对织物K/S 值的影响

由图1 可知，随着茶多酚染液pH 的增大，涤纶织物的K/S 值减小，说明染液碱性越强，越不利于茶多酚的上染。涤纶是疏水性纤维，结构紧密、结晶度高，因而水溶性染料对涤纶上染效果差，对其染色需采用结构简单、相对分子质量较低的染料［7］。表1 中显示，碱性越强，溶液颜色越深，这是茶多酚氧化聚合所致，但聚合后相对分子质量较大，不利于上染纤维；另外，茶多酚及其氧化聚合产物都含有大量酚羟基，在碱性条件下会发生离子化，使水溶性增加［6］，也不利于对涤纶的上染。茶多酚染液pH 为3 时可以获得深色；染液pH 为5 时，染色织物颜色较深且鲜艳度较好；染液pH 为8时可得中浅色。

2.2.2 染色温度

由表2 可知，茶多酚溶液在不同pH 下染色时，随着染色温度的升高，K/S 值增大。因为温度升高，纤维无定形区的分子运动加剧，加快了茶多酚向纤维内部的扩散。当pH 为3 时，随着温度从110 ℃升高到120 ℃，K/S 值从0.252 0 增加至0.587 0，色深增加最明显；当pH 为8 时，染色温度升高至130 ℃，K/S 值降低，因为碱性环境和升高温度均会加快茶多酚的氧化聚合，聚合产物相对分子质量大，影响了其对涤纶织物的上染。从染色效果和节约能源角度综合考虑，茶多酚对涤纶织物的染色温度选择120 ℃。

表2 染色温度对K/S 值的影响

2.2.3 染色时间

由表3 可知，当染色时间从20 min 延长到30 min时，涤纶织物的K/S 值增大，当染色时间从30 min 延长到60 min 时，pH 为8 的弱碱性染色K/S 值下降，这是因为高温碱性环境下，茶多酚的氧化聚合反应迅速，染色时间过长，不利于茶多酚对涤纶织物的上染。

表3 染色时间对K/S 值的影响

2.2.4 茶多酚用量

由表4 可知，随着茶多酚用量的增加，染色织物的K/S 值也有一定增加，在酸性条件下染色，当茶多酚用量大于5%(omf)时，织物会出现花斑现象，这是因为茶多酚分子中大量的酚羟基和苯环会发生氢键与疏水键的分子缔合，茶多酚用量增加会促进缔合现象的发生［6］；当pH 为8 时，茶多酚用量对织物K/S值的影响不大，这是因为碱性条件会引起茶多酚氧化聚合，不利于对涤纶织物的上染。

表4 茶多酚用量对K/S 值的影响

2.2.5 CuSO4后媒染

由表5 可以看出，不论茶多酚染液为酸性还是碱性，CuSO4后媒染均使染色织物的K/S 值增加，因为茶多酚上染后，吸附在涤纶表面的酚羟基与铜离子发生了络合［8-9］，络合物的形成使得织物的K/S值提高。

表5 CuSO4后媒染对K/S 值的影响

2.3 染色织物的抗菌消臭性能

由表6 可知，不论茶多酚染液为酸性还是碱性，染色织物都能获得一定的抑菌率，这是因为茶多酚可以破坏微生物细胞膜的脂质层，从而导致微生物死亡；茶多酚碱性浴染色织物的抑菌率比酸性浴高，这是因为茶多酚及其单体对细菌的抑制作用较弱，而茶多酚的氧化聚合产物（如茶黄素、茶红素）对细菌的抑制能力较强［6］，而随着pH 的增加，茶多酚的氧化聚合程度增大。

表6 不同染液整理织物的抗菌消臭性能

茶多酚上染的涤纶织物具有消臭性能，因为酚羟基可与胺基、氨基等进行缩合、中和反应，消除游离在环境中的异味物质。茶多酚碱性浴比酸性浴染色织物的消臭率高［6］。茶多酚染色织物进行CuSO4后媒染后，织物的抑菌率和消臭率明显提高，因为织物上吸附的酚羟基与Cu 离子形成了络合物，具有良好的抗菌消臭性能［9］。