槟榔色素对棉/苎麻织物的染色性能

胡艳丽

(江西服装学院，江西 南昌 330201)

植物染料因源于自然而呈现出了较好的生物降解性，其用于织物染色已有几千年的悠久历史[1]。随着“回归自然，倡导绿色生活”消费理念的不断深入人心，天然纤维织物用植物染料进行染色，不仅可有效提高产品的附加值，还能满足消费者对服装面料绿色环保要求[2-4]。因此，天然植物染料提取及其在织物染色中的应用研究是绿色纺织服装发展的重要组成部分[5-6]。近几年，茜草、靛蓝、紫草和姜黄等典型植物染料在纺织染整领域得到大量应用，一些小众化的植物染料也都有一定的实践应用[7]。

槟榔属棕榈科植物，果实中含有槟榔碱、儿茶素、黄酮及胆碱类化合物等成分[8-9]。研究表明，槟榔果除了具有药用价值外，还可以作为黑色染料和食用色素的提取材料，特别是新鲜槟榔果实中有一定含量的色素[10]。郑亚军等[11]对该色素的提取工艺、稳定性及抗氧化性等进行了研究。Shekh等[12]通过实验证明新鲜槟榔果所提取色素的主要成分是槟榔碱和儿茶素类化合物，其中部分成分具有较好的抗紫外线效果。槟榔色素中含有活性羟基和羧基可与天然纤维上的官能团形成氢键，这为其上染天然纤维织物提供了条件。但目前有关槟榔色素应用于天然纤维织物的染色和功能整理却鲜有报道。本文以质量分数50%乙醇(含0.1 mol/L 盐酸)为提取液，通过正交试验得到槟榔色素提取的较优工艺，并在此基础上对棉/苎麻混纺织物进行染色及功能设计研究，为槟榔色素在纺织服装领域中的应用提供实践依据。

1 试验部分

1.1 材料及主要试剂

棉/苎麻(55/45)混纺织物(市场购买，面密度121 g/m2)；乙醇、盐酸(国药集团化学试剂有限公司)；硫酸铝钾、硫酸亚铁、硫酸铜(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；酵母浸粉、大豆蛋白胨(北京耀友科技有限公司)；金黄色葡萄球菌、大肠杆菌(南昌大学附属第二医院实验室)。

1.2 槟榔色素的提取

取一定质量的新鲜槟榔洗净后去青衣切成丝，然后烘干粉碎过筛得到槟榔粉末，按照一定的料液比加入提取溶剂恒温震荡一定时间，过滤得到提取液，反复提取 3 次，将所得滤液在7 500 r/min条件下离心10 min，获得的上清液即为槟榔色素溶液。以料液比A、提取温度B、提取时间C作为因子，设计L9(33)正交试验，进行槟榔色素提取较优工艺的探究，因子水平表如表1所示。槟榔色素的提取效果以吸光度为参考指标。

表1 正交试验因子水平表

1.3 染色工艺

直接染色：取10 g棉/苎麻混织物经去离子水清洗后浸入100 mL槟榔色素提取液中进行染色，以2 ℃/min升温速率至70 ℃续染1 h，所得染色试样编号为1#。

预媒染色：将3块质量为10 g的棉/苎麻混纺织物清洗后分别浸入到质量浓度为5.0 g/L的硫酸铝钾、硫酸亚铁和硫酸铜溶液中，在60 ℃条件下处理30 min，然后取出麻/棉混纺织物试样，清洗表面多余的金属媒染剂后进行干燥。最后将得到的3块试样按直接染色工艺进行上染，染色试样编号对应为2#、3#和4#。

1.4 性能测试

1.4.1 吸光度测试

槟榔色素提取溶液按规定稀释后用UV752N型紫外可见分光光度计(上海悦析仪器科技有限公司)进行测试，得到的吸收光谱图，如图1所示。其中最佳波长为505 nm，以该波长条件下所测吸光度为参考指标研究提取槟榔色素的较优工艺。

图1 槟榔色素的吸收光谱图

1.4.2 染色效果测试

选用Color-Eye 7000 A型电脑测配色系统(美国X-Rite公司)测定试样的颜色特征值L*、a*、b*、c*及K/S值，探讨棉/苎麻织物上染槟榔色素的效果。染色牢度分别参照GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度 氙弧》、GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》和GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测试。

1.4.3 抑菌、抗氧化及防紫外线测试

棉/苎麻织物染色前后的抗菌效果测试参照GB/T 20944—2008 《纺织品抗菌性能的评价》进行，抑菌率P按式(1)计算：

(1)

式中：A为0接触时间抗菌处理样的细菌数；B为接种24 h培养之后抗菌处理样的细菌数。

棉/苎麻织物染色前后的抗氧化测试参照1,1—二苯基—2—三硝基苯肼(DPPH)自由基清除试验[5]进行，首先配制浓度为0.15 mmol/L的DPPH 醇溶液，将织物原样及经过染色后的试样分别放置在该醇溶液中避光反应30 min，取出试样晾干后用紫外分光度计测试试样在波长为 520 nm 处的吸光度H，运用式(2) 计算 DPPH 自由基清除效率S：

(2)

棉/苎麻织物染色前后的防紫外线性能参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》进行测试，测试指标为紫外平均透过率及防护指数UPF。其中透过率包括2个区域：长波紫外区UVA(315～400 nm)透过率和中波紫外区UVB(280～315 nm)透过率。该标准规定测试样品的UVA和UVB的透过率均不超过5%，且UPF大于40，说明织物具备较好的防紫外线效果[13]。

2 试验结果与分析

2.1 槟榔色素提取工艺

槟榔色素提取的正交试验结果如表2所示。

表2 槟榔红色素提取的正交试验结果

由表2可知：槟榔色素提取过程中的3个影响因子的显著性次序为B>A>C，即以质量分数为50%乙醇(含0.1 mol/L 盐酸)为提取液，在恒温震荡过程中提取温度对槟榔色素提取效果的影响最大，其次是料液比，最后是提取时间。由此得到较优提取工艺条件是B3A1C3，即当料液比为1∶20，70 ℃下提取120 min所提取的槟榔色素效果最好。这是因为当槟榔质量恒定时，料液比越大意味着加入的提取液越多，虽然色素被提取的效率最大，但由于色素被稀释后浓度较低，所以吸光度较低，而较高提取温度及较长的提取时间有利于色素提取。

2.2 染色效果分析

在较优槟榔色素提取工艺件下制备100 mL染液，棉/苎麻混纺织物清洗后分别采用直接染色和金属媒染剂预媒染色进行上染，织物染色效果对比如表3所示。可知：棉/苎麻混纺织物直接上染槟榔色素后试样的K/S值仅为1.23，染色牢度相对较差，耐晒色牢度和耐摩擦色牢度不能满足穿着用纺织品规定染色牢度3～4级的要求。而将棉/苎麻混纺织物用金属媒染剂进行预处理后再进行染色，其染色K/S值和染色牢度都得到了一定程度的提高。这是因为金属媒染剂可以同时与棉/苎麻混纺织物中的纤维素纤维大分子上的羟基及槟榔色素大分子水解后的羧基之间形成产生较强的氢键，进一步形成“纤维素纤维-金属媒染剂-槟榔色素”络合物，从而实现明显提升染色深度及染色牢度的效果。与此同时，染色棉/苎麻混纺织物由于使用金属媒染剂的种类不同导致其染色效果也存在一定的差异，其中采用硫酸亚铁对棉/苎麻混纺织物进行预媒染色所得K/S值最大，综合染色色牢度较好。而采用硫酸铝钾对棉/苎麻混纺织物进行预媒染染色可明显提高织物的明度，采用硫酸铜则在一定程度上使棉/苎麻混纺织物泛浅绿光。

表3 槟榔色素上染棉/苎麻混纺织物的染色效果

2.3 抑菌、抗氧化及防紫外线效果分析

棉/苎麻混纺织物上染槟榔色素的同时，由于槟榔色素中的儿茶素具有较强的杀菌作用，该成分与细菌接触的过程中，其分子结构上的酚羟基与细菌细胞壁的羧基、肽基及氨基结合的同时，疏水性苯环结构也与蛋白质大分子发生结合，使细菌细胞的生存环境受到严重破坏，因无法进行正常代谢而失去活性。此外，这些酚羟基对·OH也有较强的清除作用，儿茶素类化合物也显示出了一定的防紫外线能力。棉/苎麻混纺织物染色前后抑菌、抗氧化及防紫外线效果如表4所示。

由表4可知：棉/苎麻织物原样对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为47.5%和39.2%，由于苎麻纤维具有抗菌效果而赋予了棉/苎麻织物一定的抗菌作用，但其这仍不能满足GB/T 20944—2008对纺织品抑菌率的要求。此外，织物原样对DPPH自由基的清除率为24.16%，UVA和UVB的平均透过率分别是16.28%和11.74%，说明棉/苎麻织物也不能满足GB/T 18830—2009对纺织品抗氧化性和防紫外线

表4 棉/苎麻混纺织物染色前后抑菌、抗氧化及防紫外线效果

的要求。槟榔色素棉/苎麻织物直接染色后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别提高至81.4%和77.5%，DPPH自由基清除率为44.30%，UVA和UVB的平均透过率及紫外线防护指数UPF分别达到了7.06%、4.92%和57.28。棉/苎麻织物用金属媒染剂进行预媒染染色后，其上染槟榔色素的含量增加，织物的抑菌、抗氧化及防紫外线能力都得到了大幅增强。尤其是选用硫酸亚铁作为媒染剂时，棉/苎麻织物由于可吸附更多的槟榔色素，从而赋予了染色织物更好的功能性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率都超过了90%，分别提升到94.1%和90.7%，DPPH自由基清除率为88.54%，UVA和UVB的平均透过率及紫外线防护指数UPF也分别达到了3.64%、2.26%和102.04，赋予了棉/苎麻织物较好的抑菌、抗氧化及防紫外线效果。

3 结 论

① 以新鲜槟榔果实为原料，质量分数50%乙醇(含0.1 mol/L 盐酸)作为提取液，利用正交试验得到槟榔色素提取的较优工艺为：料液比1∶20，70 ℃条件下提取120 min。

② 棉/苎麻织物直接上染槟榔色素后的染色K/S值及色牢度较低。用金属媒染剂硫酸铝钾、硫酸亚铁和硫酸铜进行预媒染色，形成了“纤维素纤维-金属媒染剂-槟榔色素”络合物，可明显提升染色效果。采用硫酸亚铁进行预媒染染色织物K/S值最大，综合染色牢度最好。

③ 棉/苎麻织物因上染槟榔色素而具有一定的抑菌、抗氧化及防紫外线能力。选用硫酸亚铁作为媒染剂，棉/苎麻织物上染槟榔色素色后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为94.1%和90.7%，DPPH自由基清除率为88.54%，UVA和UVB的平均透过率及紫外线防护指数UPF分别达到了3.64%、2.26%和102.04，赋予了织物较好的复合功能性。