天然栀子黄染色棉织物的防紫外和抗菌性能

2021-03-03

印染助剂 2021年2期

（郑州工商学院，河南郑州 451400）

棉织物柔软透气、手感舒适，是最重要的纺织材料之一。棉织物通常用活性染料染色，但合成染料在生产和使用过程中会产生大量有毒有害物质，危害人体健康、污染环境［1］。天然植物染料无毒无害、绿色环保，可促进纺织印染朝着生态、环保、健康的方向发展，受到研发人员和生产企业的广泛关注［2-3］。由于大多数天然植物染料在水溶液中都为阴离子性，染色效果较差，通常会添加媒染剂或化学合成改性剂以提升染色效果，但同样会产生大量有毒有害物质，违背绿色发展趋势［4-5］。壳聚糖是一种纯天然阳离子改性剂，能够提升阴离子型染料的染色效果，目前壳聚糖用于改善合成染料染色效果的研究较多，而对提升天然植物染料染色效果的研究较少［6］。天然植物染料种类众多，其中栀子黄不仅着色力强，还耐热、耐光，近年来广受关注［7］。本研究以水浸法提取天然栀子黄色素，用壳聚糖对棉织物进行阳离子改性，再用栀子黄染色，研究时间、栀子黄用量、pH 和温度对染色棉织物K/S值的影响，以及栀子黄染色壳聚糖改性棉织物的色牢度、防紫外和抗菌性能。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：漂白纯棉织物，天然栀子粉（市售），壳聚糖（脱乙酰度95%，大连鑫蝶甲壳素有限公司），冰醋酸、HCl、NaOH（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：XW-ZDR-25X12 型振荡式染样机（靖江市新旺染整设备厂），Datacolor-600 测配色仪（Datacolor公司），UV1800PC 型紫外-可见分光光度计（上海菁华仪器有限公司），GYROWASH415 水洗干洗色牢度仪、Y571 型摩擦牢度仪、YG（B）912E 防紫外性能测试仪（温州大荣纺织仪器有限公司）。

1.2 栀子黄色素的提取

称取20 g 栀子粉加入水中（浴比为1∶30），溶解后调节pH 为8～9，升温至80 ℃保温60 min，过滤，用旋转蒸发仪浓缩提取液，取2 mL 提取液稀释50 倍，得到天然栀子黄染液。

1.3 棉织物的壳聚糖改性

称取10 g 壳聚糖于4%的冰醋酸溶液中（浴比为1∶30），搅拌30 min 后得到壳聚糖整理液，将棉织物浸入其中，二浸二轧，65 ℃烘3 min 后得到壳聚糖改性棉织物。

1.4 改性棉织物的栀子黄染色

将壳聚糖改性棉织物浸入栀子黄染液中（栀子黄用量2%～12%，pH 2～9，30～80 ℃，10～100 min，浴比1∶30）染色，水洗、晾干后得到栀子黄染色壳聚糖改性棉织物。将未改性棉织物直接浸入栀子黄染液中，采用相同工艺染色，得到栀子黄直接染色棉织物。

1.5 测试

K/S值：将棉织物对折2 次，采用测配色仪测试4个点，取平均值。

色牢度：耐摩擦色牢度参照GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试；耐皂洗色牢度参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测试。

防紫外性能：参照AS/NZS 4399《日光防护服评定和分级标准》，分别测试UVA（315～400 nm）和UVB（280～315 nm）的平均透过率以及紫外线防护指数（UPF 值）。通常UVA 和UVB 平均透过率低于5%且UPF 值大于40即具有紫外防护能力。

抗菌性能：以大肠杆菌的抑菌率为指标，参照GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3 部分：振荡法》测试。

2 结果与讨论

2.1 FTIR 谱

由图1 可知，未改性棉织物和壳聚糖改性棉织物在1 500～1 700 cm-1处存在明显差异，改性棉织物在1 565 cm-1处出现新的吸收峰，对应—NH3+的特征峰，表明壳聚糖改性实现了棉织物纤维的阳离子化［8］。

图1 未改性(a)和壳聚糖改性(b)棉织物的FTIR 谱

2.2 栀子黄染色工艺优化

2.2.1 染色时间

由图2 可知，随着染色时间的延长，棉织物的K/S值逐渐增大，60 min 以后K/S值不再明显增大。这是由于壳聚糖改性棉织物提供的阳离子染座数量有限，初始阶段染座数量较多，可快速吸附染料，但随着染色时间的延长，可吸附染料的染座逐渐减少，染料充分上染棉织物后染色趋于饱和，K/S值趋于平稳，因此设定染色时间为60 min。

图2 染色时间对棉织物K/S 值的影响

2.2.2 栀子黄用量

由图3 可知，随着栀子黄用量的增加，棉织物的K/S值逐渐增大。这是由于壳聚糖改性棉织物纤维上存在大量阳离子基团，随着栀子黄用量的增加，栀子黄染料阴离子被吸附到棉织物纤维表面的概率增大，上染棉织物的染料增多，K/S值增大。超过8%后K/S值不再明显增大，这是由于壳聚糖改性棉织物的阳离子有限，无法吸附更多的阴离子栀子黄染料，K/S值基本保持不变，因此设置栀子黄用量为8%。

图3 栀子黄用量对棉织物K/S 值的影响

2.2.3 pH

由图4 可以看出，随着染液pH 的增大，棉织物的K/S值先增大后减小，pH 为5 时K/S值最大。这可能是由于栀子黄染料中含有羟基，pH 小于5 时，随着pH增加，染料电离程度和溶解度增加，有利于栀子黄染色，K/S值增加；pH 大于5 时，棉织物表面结合的阳离子减少，对栀子黄染料阴离子吸附能力减弱［9］，K/S值下降，因此设置pH 为5。

图4 pH 对棉织物K/S 值的影响

2.2.4 染色温度

由图5 可知，随着染色温度升高，K/S值先升高后降低，40 ℃时K/S值最高，这可能是由于温度过高，栀子黄色素不稳定。

图5 染色温度对棉织物K/S 值的影响

2.3 染色棉织物的性能

2.3.1 色牢度

由表1 可知，栀子黄染色壳聚糖改性棉织物的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均高于直接染色棉织物。这是由于未改性棉织物纤维带负电荷，与阴离子性的栀子黄染料存在静电斥力，染料与棉织物纤维的结合力较差；经过壳聚糖改性后，棉织物纤维带正电荷，与阴离子性的栀子黄染料之间存在静电引力，染料与棉织物纤维结合力增强，色牢度增大。

表1 栀子黄染色棉织物的色牢度

2.3.2 防紫外性能

由表2 可知，原棉织物的防紫外性能最差，栀子黄直接染色后防紫外性能有所提升，但均不满足服装对防紫外性能的要求，栀子黄染色壳聚糖改性棉织物的防紫外性能最好，UVA 和UVB 平均透过率分别为2.83%和2.35%，UPF 值达41.28，具有紫外防护能力。这是由于栀子黄染色壳聚糖改性棉织物的表面吸附了更多的染料，可以吸收紫外光携带的能量，减少紫外线对人体皮肤的辐射。