茜草植物染料棉织物染色工艺

张尤芝　林伟超　汪雨　张鹏

摘 要：针对茜草植物染料棉织物染色时上染率低、得色浅、牢度欠佳的问题，采用自制阳离子改性剂Z对全棉织物进行阳离子改性，然后选用媒染剂进行媒染，探讨了阳离子改性剂Z的质量浓度、上染温度、上染时间、上染pH值、染色方法和媒染剂种类的影响。结果表明，阳离子改性质量分数为5%，上染温度70℃，上染时间30min， pH值为6的条件下，得色较深;对比了直接染色、阳离子改性后染色、阳离子改性后预媒法和后媒法染色4种染色方法对纯棉织物的染色效果以及5种不同媒染剂对全棉织物的染色效果和染色牢度等。

关键词：茜草染料;棉织物;阳离子改性;媒染

中图分类号：TS193.2                 文献标志码：B                  文章编号：1674-2346（2022）01-0009-05

植物染料源于自然，具有取材广泛、不污染环境、工艺简单、有一定保健作用等特点，因此受到百姓的喜爱和纺织印染行业的关注。[1]茜草是人类使用最早红色植物染料，从茜草的根部提取，含多种羟基蒽醌衍生物，如茜素、异茜素、羟基茜素、伪羟基茜素等，它对金黄色葡萄球菌、肺炎双球菌、流感杆菌及皮肤真菌有抑制作用。[2-3]由于茜草染料分子结构较小，对纤维的亲和力较小，所以，直接染色时，特别是直接染色全棉织物时，上染率低，得色较浅，牢度欠佳。[4-6]

本实验采用大叶茜草为原料对全棉织物染色工艺进行研究。通过采用自制的阳离子改性剂Z对全棉织物进行改性，同时采用媒染剂进行媒染处理，以期提高染料上染率，改善染色牢度。

1    试验

1.1    织物、染化料与仪器

织物：全棉漂白织物 （市售）

药品：大叶茜草根（产地：贵州）、阳离子改性剂（自制）、十二水合硫酸铝钾（AR）、七水合硫酸亚铁（AR）、六水合硫酸镍（AR）、三氯化铁、五水硫酸铜（AR）、氢氧化钠（AR）、无水碳酸钠、冰醋酸。

仪器：pH计、电脑测色配色仪（DatacolorSF600）、数字恒温水浴锅（常州澳华仪器有限公司-HH-4）、XW-ZDR 振荡式小样机（靖江市新旺染整设备厂）、SW～12D型耐洗色牢度试验机（宁波纺织仪器厂）、Y571B型摩擦色牢度仪等。

1.2    试验方法

1.2.1    染液的提取

采用水提法，取茜草100g，加水2L，90℃提取1h，过滤残渣，加水定容至1.5L，作为染液使用。

1.2.2    染色

（1）阳离子改性。全棉漂白棉织物→阳离子改性剂Z 2%～6%（o.m.f）→1/2阳离子改性剂用量的纯碱，浴比1：30，80℃x40min→水洗→烘干，待用。

（2）改性后直接染色法。经阳离子改性的全棉织物→润湿后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值为（2～6），（60～100）℃x（20～60）min→水洗→烘干。

（3）媒染法。

①预媒染色：经阳离子改性的全棉织物→媒染剂（硫酸亚铁、氯化高铁、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸镍） 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min→水洗→投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值为（2～6），（60～100）℃x（20～60）min）→水洗→烘干。

②后媒染色：经阳离子改性的全棉织物→湿润后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值为（2～6），（60～100）℃x

（20～60）min）→水洗→媒染剂（硫酸亚铁、氯化高铁、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸镍）4%（o.m.f），浴比1：50，（75℃x40min）→水洗→烘干。

1.3    测试方法

1.3.1    K/S值及颜色特征值（L*、a*、b*、C*、H*）

采用电脑测色配色仪DatacolorSF600，D65/10光源，测4次，取平均值。

1.3.2    色牢度

（1）耐摩擦色牢度。使用SW～12D型耐洗色牢度試验机，按照 GB/T 3920―2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测定。

（2）耐皂洗色牢度。使用Y571B型摩擦色牢度仪，按照 GB/T 3921―2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测定。

2    结果与讨论

2.1    阳离子改性剂Z质量浓度对K/S值的影响

按照1.2.2（1）、（2）的染色方法，采用不同质量浓度的改性剂Z（2%～6%）（o.m.f），改性后，设定染色温度80℃，染色时间40min，pH值为5，进行染色。由图1可知，在阳离子改性剂Z的质量浓度为1%～5%时，随着改性剂Z质量浓度增加，K/S值不断提高，在阳离子改性剂Z浓度为5%时K/S值最大，大于5%以后，K/S值有所下降。这是由于茜草染料在水溶液中带负电荷，与纤维素纤维上的负电荷相互排斥，所以，茜草染料对棉织物直接染色时，即阳离子改性剂浓度为0时，吸附上染能力较差，色深较浅;阳离子改性后，棉织物上的阳离子基团数量增加，促进了棉纤维对茜草染料阴离子的吸附上染，上染率也随着阳离子改性剂Z质量浓度的提高而提高。但阳离子改性剂质量浓度超过5%后，过多的阳离子改性剂吸附在棉纤维表面，在后续的染色过程中，未反应的阳离子改性剂容易从棉纤维上解析下来，并吸附部分茜草染料脱落，导致棉织物得色量降低。故改性阳离子改性剂Z的质量浓度以5%为宜。

2.2    茜草染料提取液的染色提升性

按照1.2.2（3）①的染色方法，设定染色温度80℃，染色时间40min，pH值5，预媒法采用硫酸铝钾进行媒染，选择不同的茜草染料浓度（提取液比例）进行染色。由图2可知，随着茜草染料提取液浓度的提高，K/S值不断提高，在提取液浓度为90%以后，K/S值开始提升缓慢。故此，棉织物阳离子改性后，采用硫酸铝钾进行预媒法染色，在90%茜草染料提取液浓度范围内有较好的提升性。

2.3    染色时间对K/S值的影响

按照1.2.2（3）①的染色方法，设定染色温度80℃，pH值5，预媒法采用硫酸铝钾进行媒染，选择不同的染色时间（20～60min），进行染色。 由图3可知，不同染色时间，K/S值变化不大，染色时间在30min时K/S值最高，超过30min后K/S值趋于平衡，说明在实验的染色时间范围内，染色时间对K/S值的影响不明显。这可能是因为棉纤维经过阳离子改性后呈现阳离子性，从而会与溶液中茜草染料阴离子发生定位吸附，但纤维上阳离子染座有限，因此定位吸附过程相对较快，当阳离子改性棉织物吸附茜草染料很快接近饱和值后，再继续延长吸附时间，上染率增加不明显，此时基本达到上染的平衡。综合考虑，染色时间以30min为宜。

2.4    染色温度对K/S值的影响

按照1.2.2（3）①的染色方法，设定染色时间30min，pH值5，预媒法采用硫酸铝钾进行媒染，选择不同的染色温度（60～100℃）进行染色。由图4可知，随着染色温度的提高，K/S值升高，染色温度在80℃的时候K/S值最高，超过80℃后的K/S值呈下降趋势。这说明随着染色温度的提高，茜草溶液中染料的扩散速率提高，棉织物对茜草染料的上染率也不断提高，染色温度80℃时，上染率达到最大值。当吸附温度大于80℃，上染率有所降低。这可能是因为温度过高，破坏了染料和阳离子纤维素纤维间的离子键结合，使部分染料从纤维上解吸下来，导致上染率下降。故染色温度以80℃为宜。

2.5    pH值对染色效果的影响

按照1.2.2（3）①的染色方法，设定染色时间30min，染色温度80℃，预媒法采用硫酸铝钾进行媒染，选择不同的染色pH值（2～6）进行染色，烘干后测试染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），然后在pH值=7的缓冲液（碳酸钠+醋酸）中浸泡10min后烘干，再测试染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值）。由图5a可知，在实验范围内，随着pH值的升高，K/S值逐渐升高。综合表1、图5a、5b和5c，可知pH值对茜草的染色效果影响较大，当织物未浸入pH=7的缓冲液时，a值随着pH值的增加而升高，红光增加;b值随着pH值的增加而降低，黄光减弱;当织物浸入pH=7的缓冲液后，a值发生的变化不明显，但红光依旧增加;b值随着pH值的增加而降低幅度更大，黄光持续减弱。在pH值=7的缓冲液中浸泡时，肉眼可以明显观察到织物开始呈现红色。随着pH值的升高，织物上的红光逐渐增多，黄光逐渐减少。因此，在实验范围内，pH值以6为宜。

2.6    不同染色方法对茜草染色效果的影响

按照1.2.2（2）和（3）①②的染色方法，以硫酸铝钾做媒染剂，采取不同的染色方法（阳离子改性法，改性+预媒法，改性+后媒法），在pH=6，染色温度80℃，染色时间30min的条件下染色，然后测试其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），结果见表1和图6。

从图表中可以看出，与阳离子改性直接法工艺相比，采用改性+预媒法工艺后，K/S值有了明显提高，a*值从18.47上升到了26.77，红光增加;而采用后媒法工艺的K/S值有所降低，但a*值有所增加，红光更多。故采用改性+预媒法为宜。

2.7    不同媒染剂对茜草染色效果的影响

按照1.2.2（3）①预媒法的染色方法，采用不同媒染剂（硫酸亚铁、氯化高铁、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸镍）进行预媒处理，再在相同较佳工艺（pH=6，染色温度80℃，染色时间30min ）下染色，然后测试其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），结果见表2和图7。

由表2和图7可以看出采用不同的媒染剂，色相和K/S值都发生了一定的变化。其中，硫酸亚铁和氯化高铁媒染所得的K/S值较高，但C*值较低，说明其色深较深，但鲜艳度不高，布面呈现暗棕色。硫酸铜媒染所得的K/S值较低，C*值居中，说明其色深较浅，鲜艳度居中，但色相发生较大变化，黄光较重;硫酸铝钾和硫酸镍媒染所得的a*值最高，K/S值和C*值较高，说明其色相红光突出，色深和鲜艳度较高。结合环保和成本综合考虑，硫酸铝钾更适合作为茜草染料的媒染剂。

2.8    染色牢度

分别采用直接染色、阳离子改性后染色、陽离子改性后预媒法和后媒法染色，染色后进行摩擦牢度和皂洗牢度测试。由表3可以看出，①经过阳离子改性剂Z改性后染色，染色牢度与未改性前的耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。这是因为，一方面阳离子改性后，棉织物带正电，可与茜素阴离子以离子键结合，从而使棉织物染色牢度有所提高;但另一方面，由于色深增加，表面染料浓度增加，染色牢度会有所下降。综合起来，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。②经过改性剂Z改性后用预媒法染色，与直接染色相比，除硫酸亚铁和氯化高铁皂湿磨牢度略降半级外，其他方法皂洗和摩擦牢度持平或略有提高，其中硫酸铝钾预媒法相对较好，皂洗和摩擦牢度均提高半级;硫酸铝钾预媒法好于后媒法。这是因为，一方面在媒染剂的作用下，染料、纤维与金属离子形成较强的配位键结合，皂洗牢度和摩擦牢度有所提高，但另一方面，由于表面染料浓度增加，色深增加，染色牢度会有所下降。综合起来，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。

3    结论

（1）茜草染料提取液采用阳离子改性+硫酸铝钾预媒法染色明显提高染色色深，耐皂洗和摩擦牢度。

（2）茜草染料提取液棉织物阳离子改性+硫酸铝钾预媒法染色的工艺为：

棉织物→阳离子改性预处理{阳离子改性剂Z 5%（o.m.f），1/2阳离子改性剂用量的纯碱，浴比1：30，80℃40min→水洗→烘干}→硫酸铝钾预媒染{硫酸铝钾 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min →水洗→烘干}→染色（染色温度80℃，染色时间30min，染色pH值6，浴比1：50）。

参考文献

[1]张维，黄鹏，姚继明.纺织品染色用天然植物染料的研究进展[J].印染助剂，2018（11）：5-9.

[2]张琳，安衍茹，晁迎冉，等.茜草的研究概況[J].陕西中医药大学学报，2017（4）：116-119.

[3]肖烽，杨红红，吕中，等.中药茜草的研究进展[J].华中师范大学学报（自然科学版），2010（01）：62-69，75.

[4]曹红梅.四种金属离子媒染性能的研究和在天然染料染色中的应用[D].苏州：苏州大学，2006：2-3.

[5]杜海娟，张海燕，杨小明，等.茜草中红染料的提取与染色性能研究[J].中原工学院学报，2018（04）：11-17，69.

[6]范丽，宋湲.茜草染料在棉织物预媒染色中的应用[J].上海纺织科技，2019（8）：4.

Dyeing Process of Cotton Fabrics with Madder Plant Dye

ZHANG You-zhi   LIN Wei-chao   WANG Yu   ZHANG Peng

（Dyeing and Finishing Technology Institute，Zhejiang Fashion Institute of Technology，

Ningbo，Zhejiang 315211， China）

Abstract： In view of the low dyeing rate of the cotton fabrics dyed with madder plant dye，the shallow color， and the poor fastness problems，the self-made cationic modifier Z is used on the cationic modification of cotton fabrics，then the mordant is used to dye.This paper discusses the mass concentration of cationic modifier Z， dyeing temperature，dyeing time and dyeing pH value，dyeing methods and the influence of the mordant types. The results show that the color is darker when the mass fraction of cationic modification is 5%，dyeing temperature is 70℃，dyeing time is 30min and the pH value is 6.The dyeing effects of direct dyeing，cationic modified dyeing，cationic modified pre-mordant dyeing and post-mordant dyeing on pure cotton fabrics and the dyeing effect and color fastness of five different mordants on cotton fabrics are compared.

Key words： madder dye;cotton fabrics;cationic modification;mordant dyeing