改性天然媒染剂对毛织物五倍子植物色素染色效能的影响

赵志军，李茂泉，徐 菲，刘剑虹

(1.齐齐哈尔大学 美术与艺术设计学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.黑龙江省教育学院，黑龙江 哈尔滨 150080； 3.齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

随着化学染料的普遍应用，逐渐产生了一系列环保和影响人类健康的问题，促使人们在生活生产方面更加追求绿色环保，坚持可持续发展道路，因此开发生态、安全性染料势必成为纺织染整发展方向之一[1-2]。基于这种背景和趋势，关于植物染料染色方面的研究在不同学科、不同领域都有了显著的提升，但其自身存在的问题如上染百分率低、色牢度差等方面，只能通过使用媒染剂的操作来提高染色效能。然而多数传统媒染剂并不能保证自身的环保性，例如含有强酸根离子，对人体健康和生态环境存在安全隐患和污染危害，因此寻找纯天然环保的媒染剂进行替代，是贴合实际、符合社会发展规律并具有广阔前景的工作[3-4]。

黑龙江省五大连池市得天独厚的自然资源——五大连池药泉铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水，具有作为媒染剂的显著特征，含有丰富的金属离子，其中铁离子含量最多，高于普通水近40倍[5]。试验表明，以冷矿水作为媒染剂，所染色彩丰富，色域较广，可与皂矾媒染剂在植物染料染色上的染色效能相媲美。但是冷矿水存在一定的缺陷，当与空气接触并静置4 h后，容易形成氧化铁而呈现锈色，媒染性能变低染色效果变差[6]。所以，如何保存铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水的铁离子活力和媒染效能，是亟待解决的问题。本文试验以柠檬酸为改性剂，以颜色特征值为检测指标，探讨了不同变量对铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水作为天然媒染剂的显色效果和染色效能的影响，确定了最佳工艺条件。

1 试 验

1.1 材料及仪器

材料：毛织物(面密度367 g/m2)、五倍子(四川产，购于中药店)、五大连池药泉山矿水(铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水，五大连池风景区南泉)、柠檬酸(分析纯，99.5%，天津市东丽区天大化学试剂厂)、无水碳酸钾(分析纯，99.5%，天津市四通化工厂)。

仪器：HH-4型数显恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器有限公司)、pHS-2C型酸度计(北京市永光明医疗仪器有限公司)、5102型电子天平(常州第一纺织设备有限公司)、CrelagMaebethTMCol-orEye®2180UV型计算机测色配色仪(美国爱色丽公司)、NexlON 350X型ICP-MS测试仪(美国PE公司)，WX-8000型微波消解仪(上海屹尧微波化学技术有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 色素萃取

称取100 g五倍子，加入1 L水，浸泡24 h后，加热至沸，待水分蒸发至0.6 L时，过滤并收集染液。重复以上操作3次，将所得染液混合，共1.8 L，备用[7-8]。取200 mL混合染液，在真空干燥箱内80 ℃蒸发干燥5 h，测得有效色素固态物质量为0.65 g，确定五倍子染液质量浓度为3.25 g/L。将五倍子染液质量分数设为100%，对其按倍数梯度稀释，分别为100%、50.00%、25.00%、12.50%、6.25%、3.13%。

1.2.2 染色工艺

同媒染：浴比1∶30，将毛织物投入含有改性天然媒染剂的五倍子染液中浸染30 min，取出拧干，水洗，阴干[9-10]。

1.2.3 改性工艺

新鲜的铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水加入柠檬酸，密封保存15 天，待用。

1.2.4 色度检测

在美国Datacolor电脑测色配色仪上测定色样的L﹡、a﹡、b﹡、c﹡数值。每一色样测5点，取平均值。

1.2.5 金属离子检测

使用NexlON 350X型ICP-MS和WX-8000型微波消解仪检测，基本步骤依次为：样品处理→绘制标准曲线→ICP-MS测试步骤→数据处理，测得改性天然媒染剂铁离子质量浓度为34.16 mg/L。

2 结果与分析

2.1 柠檬酸质量浓度对颜色特征值的影响

在浴比1∶30、毛织物质量约3.7 g(10 cm×10 cm)、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、染色时间30 min、媒染时间15 min、染色温度 80 ℃、矿泉水铁离子质量浓度34.16 mg/L条件下，改变柠檬酸质量浓度对毛织物进行同媒染，柠檬酸质量浓度对颜色特征值的影响见图1。

图1 柠檬酸质量浓度对颜色特征值的影响

由图1可见，随着柠檬酸质量浓度的提高，颜色特征值明度L﹡值和色相a﹡值均先逐渐下降后趋于平稳，颜色变深，红光微减少；色相b﹡值和纯度c﹡值均先逐渐上升后趋于平稳，黄光微增多，纯度略提升。当柠檬酸质量浓度小于0.06 g/L时，大部分铁离子被氧化成Fe3+，天然媒染剂色泽浑浊，与五倍子媒染后色相呈灰黄色，铁离子与柠檬酸形成络合物，并沉淀；当柠檬酸质量浓度大于0.06 g/L而小于1.25 g/L时，虽然可以有效保持天然媒染剂中Fe2+的活力，色相呈浅棕灰色调，但反应不够完全，活力不足。所以适量的柠檬酸能够促使五大连池药泉铁硅质重碳酸盐酸冷矿水中的Fe2+成分稳定，不易被氧化成Fe3+，故使天然媒染剂色泽清澈。由此可见，柠檬酸质量浓度对颜色特征值有较大影响，最佳柠檬酸质量浓度1.25 g/L，色相呈棕灰色调，测得柠檬酸质量浓度1.25 g/L时溶液 pH值为6。

2.2 媒染剂质量分数对颜色特征值的影响

在浴比1∶30、毛织物质量约3.7 g(10 cm×10 cm、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、染色时间30 min、媒染时间15 min、染色温度80 ℃条件下，改变改性天然媒染剂质量分数对毛织物进行同媒染，媒染剂质量分数对颜色特征值的影响见图2。

图2 媒染剂质量分数对颜色特征值的影响

由图2可见，随着天然媒染剂质量分数的提高，毛织物颜色特征值明度L﹡值逐渐下降，呈由浅到深的变化；色相a﹡值下降后缓慢上升，数值变化较小，微带红光；色相b﹡值逐渐下降，黄光逐渐减少；纯度c﹡值变化与色相b﹡值相近，说明b﹡值占主要色相。色相主要呈棕灰色调。由此可知，天然媒染剂质量分数对颜色特征值有一定影响，提高浓度可以调整色彩的深浅。

2.3 pH值对颜色特征值的影响

在浴比1∶30，毛织物质量约3.7 g(10 cm×10 cm、染色时间30 min，媒染时间15 min，染色温度 80 ℃，五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、天然媒染剂铁离子质量浓度34.16 mg/L条件下，改变五倍子染液pH值对毛织物进行同媒染，pH值对颜色特征值的影响见图3。

图3 pH值对颜色特征值的影响

由图 3可见，随着染液pH值的提高，毛织物颜色特征值明度L﹡值逐渐下降后再上升，pH值6～7较为稳定，明度L﹡值达到最低点；色相a﹡值缓慢上升，pH值6～7数值变化稳定；色相b﹡值逐渐下降后上升，pH值6～7数值变化较小；纯度c﹡值缓慢下降后快速上升，同样pH值6～7数值较小；整体色相呈棕黄色调，在pH值6～7色相较为稳定。由此可知，染液pH值对颜色特征值有很大的影响，最佳pH值为6～7。

2.4 存放时间对颜色特征值的影响

在浴比1∶30、毛织物质量约3.7 g(10 cm×10 cm、染色时间30 min、媒染时间15 min、染色温度 80 ℃、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、天然媒染剂铁离子质量浓度34.16 mg/L条件下，改变存放时间对毛织物进行同媒染，存放天数对颜色特征值的影响见图4。

图4 存放天数对颜色特征值的影响

由图4可见，随着改性天然媒染剂存放天数的增加，毛织物颜色特征值均缓慢上升，15 天内数据变化范围较小，超过15 天变化幅度明显上升。由此可知，存放天数对颜色特征值有影响，15 天内使用效果最佳，超过15 天同样可以使用，但效果不如前者。

3 结 论

①添加1.25 g/L柠檬酸的铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水在15 天内可以有效避免铁离子的过度氧化，保证五大连池矿泉水作为天然媒染剂的染色效能。

②五倍子色素中的鞣质比较敏感，遇微量铁离子会形成络合物，即鞣质通过泉水中少量的铁离子搭桥可与毛织物上的可配位基形成配合反应，提高了毛织物的上染百分率。

③柠檬酸质量浓度、天然媒染剂质量分数、pH值、存放时间均对毛织物颜色特征值有一定影响，其影响顺序为：pH值>柠檬酸质量浓度>天然媒染剂质量分数>存放时间。

④改性天然媒染剂使用同媒染效果最佳。五倍子色素毛织物同媒染最佳染色工艺为：浴比1∶30，染色时间30 min，媒染时间15 min，染色温度 80 ℃，染液质量分数100%(加热前pH值6)，铁离子质量浓度34.16 mg/L(天然媒染剂质量分数100%、柠檬酸质量浓度1.25 g/L、存放时间15 天)。