茶色素对羊毛织物的染色效果

姜秀娟

(山东轻工职业学院 淄博市生物基纺织新材料重点实验室，山东 淄博 255300)

茶叶起源于中国，在我国有着悠久的栽种历史[1]。现代研究也发现茶叶具有优秀的疾病预防和治疗效果，由其提取的茶色素是一种绿色无毒的保健品和药品[2-3]。通过现代科技手段分析发现，茶叶的主要营养成分包括矿物质、维生素、蛋白质和氨基酸、糖类、脂肪类、脂多糖、酶类、生物碱类、茶多酚和芳香类物质，其中茶多酚为茶叶中酚类物质的总称，在这十大类营养物质中含量最高，约占茶叶干质量的20%～35%[4]，茶色素即为这类多酚类化合物。茶多酚中的主要活性成分儿茶素含量为50%～70%，具有降三高、保肝等保健价值[3]。儿茶素经过发酵工序可转化为茶黄素，茶黄素进一步发酵可转化为茶红素，其是决定茶叶的外观品色的关键。

印染行业研究发现，茶色素可用于对纺织纤维尤其是蛋白质类纤维的着色，同时还能赋予纤维优异的抗紫外线、抗氧化性、抗菌性等[5-6]。随着人们对纺织品生态性要求的提高，茶色素等天然染料的应用又迎来新的发展[7]，研究利用茶色素生产高附加值的纺织品具有重要意义。我国是世界上重要的产茶区，茶叶产量高，茶色素提取的原材料丰富。

有关统计发现，国内关于同类植物染料不同方法染出多种颜色的专利较少，且植物染料产业化程度不高，这都是行业内科研工作者需重视和努力的方向[8-9]。本文研究了茶色素染液直接染色和媒染染色2种方法对羊毛织物的染色效果，选择生态性较好的硫酸亚铁盐做媒染剂，研究了茶色素在颜色色域上的表现。

1 试 验

1.1 试验材料和仪器

试验材料：羊毛织物(纯毛坯布，线密度12 tex×2，经、纬向密度均为270 根/(10 cm)，山东如意科技集团)。

药品：茶叶(特级，御恒春日照绿茶)、冰醋酸(AR，莱阳经济技术开发区精细化工厂)、硫酸亚铁(AR，天津市北辰方正试剂厂)、氯化亚锡(AR，天津市化学试剂一厂)、硫酸铜(AR，济南市化工研究所)、氯化镁(AR，天津博迪化工股份有限公司)。

仪器：HH-4数显恒温水浴锅(上海浦东物理光学仪器厂)、YP502N电子天平(上海精密科学仪器有限公司),datacolor 600电脑测色配色仪、SW24A-1皂洗牢度测试仪、Y571D摩擦牢度测试仪(温州方圆仪器有限公司)、涤纶滤网(孔径150 μm，100目)。

1.2 试验方法

1.2.1 茶色素染液制备

茶色素染液制备：纯水浸提，温度100 ℃，时间40 min，浸提2次，浸提液合并。操作过程：称取5 g茶叶，放入500 mL水浴中，在100 ℃条件下[10]，提取40 min，冷却，过滤。收集滤液，将茶渣再次放入500 mL水浴中，重复浸提1次，过滤。将2次滤液混合备用[11]。茶色素染液质量浓度记为5 g/L。

1.2.2 染色工艺

1.2.2.1直接染色

将羊毛织物在室温下先投入茶色素染液质量浓度为5 g/L染浴中，升温至90 ℃保温处理50 min，取出样布，冷水冲洗，熨干。染色浴比 1∶50。

1.2.2.2媒染染色

预媒染：将羊毛织物在室温下先投入媒染溶液中，升温至90 ℃保温处理50 min，取出样布，再投入5 g/L茶色素染液中染色，升温至90 ℃，恒温染色50 min，冷水冲洗，熨干。

同媒染：5 g/L茶色素染液中加入媒染剂，将织物润湿后常温入染，升温至90 ℃，保温染色50 min，冷水冲洗，熨干。

后媒染：将羊毛织物在室温下先投入5 g/L茶色素染浴中，升温至90 ℃保温处理50 min，取出样布，再投入媒染溶液中，升温至90 ℃，保温媒染处理50 min，冷水冲洗，熨干。

1.3 性能测试

1.3.1K/S值及色光测定

K/S值采用datacolor 600电脑测色配色仪进行检测。扫描范围为360～700 nm。记录染色羊毛织物的色深值K/S值及L*、a*、b*颜色特征值。

1.3.2 染色牢度测定

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试；耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试。

2 结果与讨论

2.1 直接染色染色工艺因素的影响

2.1.1 染色温度对染色效果的影响

采用直接染色对毛织物进行染色，茶色素染液质量浓度5 g/L，浴比1∶50 ，时间50 min，染浴pH值为中性。测定染色样品的L*、a*、b*、K/S值，结果如表1所示。

表1 染色温度对染色效果的影响Tab.1 Effect of dyeing temperature on dyeing efficiency

由表1示出，随着染色温度的提高，羊毛织物的表面染色深度K/S值逐渐增大，当温度达90 ℃时，表面染色深度达最大值。继续升高染色温度，羊毛织物的表面染色深度值开始下降。这是因为羊毛表面的鳞片层会阻碍染料向纤维内部扩散，当温度升高时，鳞片层逐渐溶胀、张开，同时羊毛纤维内的结晶区开始调整，使得空隙较大的无定形区域增大，这都有利于染料向纤维内部的扩散转移，表现为随着温度的升高染色深度K/S值的增加。而当温度升至90 ℃以后，纤维内的结构不再继续变化，但染料解离速率逐渐大于上染速率，表现为染色深度值开始下降。可知直接染色染色温度以90 ℃为宜。

2.1.2 染浴pH值对染色效果的影响

采用直接染色对羊毛织物进行染色，茶色素染液质量浓度5 g/L，浴比1∶50 ，温度90 ℃，时间50 min。测定染色样品的L*、a*、b*、K/S值，染浴pH值对染色效果的影响如表2所示。

表2 染浴pH值对染色效果的影响Tab.2 Effect of dye bath pH value on dyeing efficiency

由表2示出，茶色素直接染色法的染浴pH值对羊毛织物表面染色深度K/S值有一定的影响，在pH值为4时羊毛织物的K/S值达到最大。同时可以看到，b*值随着pH值的增加呈规律性降低，即表面颜色蓝光逐渐加重。这是因为茶色素主要成分为多酚类化合物，分子可游离出H+，其分子结构随pH值不同而异，颜色也随之变化，如其中游离的芙蓉花色素，当pH值<3时，呈阳离子状态，显红色；当pH值接近中性时，显紫罗兰色；当pH值继续升高时，呈阴离子状态，显蓝色。

2.1.3 茶色素质量浓度对染色效果的影响

采用直接染色法对羊毛织物进行染色，浴比1∶50，温度90 ℃，时间50 min，染浴pH值为中性。茶色素质量浓度主要影响得色深度K/S值，当得色达到饱和时，K/S值基本不再增加，且会产生表面浮色，影响染色后织物的耐摩擦色牢度表现，为测得染色达到饱和时的茶色素浓度，在此主要测定染色样品的表面色深K/S值和耐摩擦色牢度指标。茶色素质量浓度对染色效果的影响结果如表3所示。

表3 茶色素质量浓度对染色效果的影响Tab.3 Effect of tea concentration on dyeing efficiency

由表3示出，随着茶色素染液质量浓度的提高，羊毛织物表面染色深度K/S值逐渐增加。当茶色素质量浓度达到10 g/L时，继续增加茶色素质量浓度则表面染色深度K/S值增加幅度明显变小，同时耐摩擦色牢度尤其是湿耐摩擦色牢度呈现一定程度的降低，这说明茶色素质量浓度超过10 g/L时，逐渐有部分染料不能被纤维充分吸收固着，而在羊毛织物表层形成浮色。总的来说，茶色素直接染色的羊毛织物，其耐摩擦色牢度较好。

2.2 茶色素染色色域表现

分别采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色，茶色素染液质量浓度5 g/L，媒染剂分别为5 g/L硫酸亚铁、2 g/L硫酸铜、1 g/L氯化亚锡、1 g/L氯化镁。染色效果见图1。

图1 茶色素染色效果Fig.1 Dyeing effect of tea pigment

由图1示出，茶色素对羊毛织物染色的色域范围包括黄、浅棕黄、浅棕红、黄棕、蓝黑等。媒染剂对茶色素染色显色影响比较大，其中氯化镁盐做媒染剂时色光稍有偏红；氯化亚锡同媒法可以获得比较鲜艳的黄，而不同媒染方法色光差异较大；硫酸亚铁和硫酸铜用做茶色素染色媒染剂时，得色较深且与直接染色相比颜色变化较大。

2.3 硫酸亚铁盐媒染染色效果

2.3.1 媒染方法对染色效果的影响

分别采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色方法，媒染剂为5 g/L硫酸亚铁，茶色素染液质量浓度5 g/L。测定染色样品的L*、a*、b*值和K/S值，媒染剂为FeSO4时，不同染色方法对染色效果的影响结果如表4所示。

表4 染色方法对染色效果的影响(媒染剂FeSO4)Tab.4 Effect of dyeing method on dyeing efficiency (The mordant is ferrous sulfate)

图2 直接染色和媒染染色染色效果图Fig.2 Direct and mordant dyeing effects.(a)Direct dyeing; (b)Bottom chrome dyeing;(c)One bath mordant dyeing; (d)Back dyeing

由表4示出，预媒染染色和后媒染染色能较大程度增加表面染色深度，而同媒染染色得色最浅，同媒染染色所得色深反而比直接染色有所下降，这可能是因为以同媒染染色时媒染剂与茶色素在染液中先形成了部分络合物，影响了茶色素分子向纤维内的扩散而造成得色下降。

图2结合表4示出，以硫酸亚铁做媒染剂可以使茶色素对羊毛织物染色色光发生较大变化。相对于直接染色的棕色，硫酸亚铁媒染所得色光更偏蓝，且偏红光更少。

2.3.2 染色牢度效果表现

分别采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色，媒染剂为5 g/L硫酸亚铁，茶色素染液质量浓度5 g/L。测定染色样品的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度，不同染色法的色牢度测试结果如表5所示。由表5示出，直接染色和媒染染色后原样变色等级较低，而沾色牢度等级普遍较高。结合布样实际颜色变化，如图3所示，反映出皂洗更多的是影响染色样的色光表现，而洗掉的浮色并不多。媒染方法与直接染色相比变色和沾色等级明显提高，耐皂洗色牢度得到提高，耐摩擦色牢度变化不大。

表5 不同染色方法的染色牢度Tab.5 Color fastness of different dyeing methods 级

图3 皂洗前后羊毛织物颜色变化Fig.3 Color change of wool fabric before and after soaping

3 结 论

本文研究了茶色素对羊毛织物的染色效果，研究表明，用茶色素对羊毛织物染色可获得的色域范围包括黄、浅棕黄、浅棕红、黄棕、蓝黑等，茶色素染色总体色牢度表现较好，皂洗会在一定程度上引起茶色素染色羊毛织物原样变色。茶色素染色基本不添加助剂，染色过程绿色无污染，染后织物兼具抗菌等保健效果，这些优势使茶色素在未来必将拥有更广阔的应用前景。