蠶絲織物食用靛藍(lán)色素染色工藝研究

張 偉

(鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕化工程系，江蘇 鹽城 224005)

蠶絲織物食用靛藍(lán)色素染色工藝研究

張 偉

(鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕化工程系，江蘇 鹽城 224005)

傳統(tǒng)還原靛藍(lán)染料易損傷蠶絲纖維而不適合蠶絲織物染色，研究采用食用靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，達(dá)到了還原靛藍(lán)的染色效果。結(jié)果表明，在染料質(zhì)量濃度0.4 g/L的情況下，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物的最佳染色條件為：pH6，電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度15 g/L，染色溫度80 ℃，染色時(shí)間60 min。染色后，靛藍(lán)色素色相與還原靛藍(lán)接近，實(shí)現(xiàn)了蠶絲織物染色后的靛藍(lán)效果。在最佳工藝條件下并經(jīng)簡(jiǎn)單的固色處理后，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物的染色后上染率、勻染性、色牢度均達(dá)到加工和服用要求。

靛藍(lán)色素；蠶絲織物；色牢度；勻染性

蠶絲屬蛋白質(zhì)纖維。蠶絲纖維分子結(jié)構(gòu)中，既含有酸性基團(tuán)(—COOH)，又含有堿性基團(tuán)(—NH2—OH)，呈兩性性質(zhì)。酸和堿都會(huì)促使蠶絲纖維水解，水解程度與溶液的pH值、處理的溫度時(shí)間和溶液的濃度都有很大關(guān)系。酸對(duì)絲素的作用較堿弱。目前蠶絲纖維主要用酸性染料和活性染料進(jìn)行染色。

還原靛藍(lán)的分子結(jié)構(gòu)中含有羰基，染色時(shí)需要在強(qiáng)還原劑和堿性條件下，將染料還原成可溶性的隱色體鈉鹽才能上染纖維，隱色體上染纖維后再經(jīng)氧化，重新轉(zhuǎn)變?yōu)樵瓉?lái)不溶性的染料而固著在纖維上。目前靛藍(lán)廣泛應(yīng)用于纖維素織物尤其是純棉牛仔布的著色，經(jīng)過(guò)染料的還原和溶解、隱色體上染、隱色體氧化、后處理4個(gè)步驟，從而達(dá)到染色的目的，其獨(dú)特的風(fēng)格風(fēng)靡全球[1-5]。文獻(xiàn)[6-7]報(bào)道了還原靛藍(lán)對(duì)蠶絲的染色工藝研究，發(fā)現(xiàn)還原靛藍(lán)的堿性染色條件難免會(huì)對(duì)纖維造成損傷，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)格。

從分子結(jié)構(gòu)(圖1)上看，靛藍(lán)色素與還原靛藍(lán)結(jié)構(gòu)相似，與還原靛藍(lán)相比，靛藍(lán)色素在苯環(huán)2位上多了兩個(gè)磺酸基。從染料化學(xué)理論可以分析，靛藍(lán)色素應(yīng)屬于酸性染料，可以通過(guò)離子鍵上染羊毛纖維，另外，磺酸基為特殊助色團(tuán)，它的存在只增加染料的水溶性，對(duì)發(fā)色基團(tuán)并無(wú)顯著影響。因此，理論上可以用靛藍(lán)色素對(duì)羊毛纖維染色，并能染出還原靛藍(lán)效果。那么，靛藍(lán)色素是否也能用于蠶絲織物的染色，并染出還原靛藍(lán)效果呢？本研究采用食品工業(yè)中常稱(chēng)為靛藍(lán)色素的靛藍(lán)二磺酸鈉對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，探討染色的最佳工藝條件，以期利用蠶絲與靛藍(lán)的特殊理化性能，在蠶絲織物上再續(xù)世人“藍(lán)色情緣”和“牛仔情緣”的愿望。

圖1 分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：精練蠶絲織物，150 g/m2純棉漂白布，靛藍(lán)色素(珠海錦田天然色素有限公司)，還原靛藍(lán)(廣東齊云生物技術(shù)有限公司)，固色劑WS(鹽城市美豐助劑有限公司)，硫酸、硫酸鈉、燒堿、保險(xiǎn)粉(分析純，天津永大化學(xué)試劑有限公司)。

試驗(yàn)儀器：YP102N電子天平(上海天平儀器廠(chǎng))，721型光電分光光度儀(上海天美科學(xué)儀器有限公司)，Datacolor 600分光光度儀(瑞士Datacolor公司)，HH-S型恒溫水浴鍋、SW-12A型耐洗色牢度儀、Y571B型摩擦牢度儀(南通三思公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

靛藍(lán)色素質(zhì)量濃度0.4 g/L，浴比1∶50，調(diào)節(jié)pH值為2～7，加鹽0～20 g/L，40 ℃入染，升溫至一定溫度，染色一定時(shí)間取出，水洗。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 顏色參數(shù)

用Datacolor 600分光光度儀對(duì)染色織物進(jìn)行顏色參數(shù)a、b、h、K/S的測(cè)定。其中a為紅綠方向顏色參數(shù)，b為黃藍(lán)方向顏色參數(shù)，h為色相角，K/S為染色深度。測(cè)色條件為D65光源，10°視場(chǎng)。

1.3.2 摩擦牢度

按GB/T3920－1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定。1.3.3 耐洗牢度

按GB/T3921.1－1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度：試驗(yàn)1》測(cè)定。1.3.4 上染率(E)

采用殘液比色法測(cè)定，染液的吸光度在72l型光電分光光度儀上測(cè)定，采用lcm的比色皿，E按式(1)計(jì)算：

式(1)中：A0和A1分別為染色前后染液的吸光度。

1.3.5 勻染性

2 結(jié)果與討論

2.1 靛藍(lán)色素的上染性能

2.1.1 染浴pH值對(duì)染色深度的影響

在靛藍(lán)色素質(zhì)量濃度0.4 g/L，浴比1∶50，鹽20 g/L，染色溫度80 ℃，為染色60 min條件下，對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，染浴pH值對(duì)染色深度的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，染浴pH值小于6時(shí)，各酸性條件下染色深度相差不大，當(dāng)pH值大于6后，染色深度下降明顯。又因?yàn)榻z素對(duì)酸的穩(wěn)定性比羊毛差，在強(qiáng)酸性條件下染色時(shí)，蠶絲的光澤、手感、強(qiáng)力都受到影響，所以將染色pH值定為6較合理。另外，絲素的等電點(diǎn)pH值為3.5～5.2，此時(shí)染料分子與蠶絲結(jié)合的形式有范德華力、氫鍵、離子鍵。

圖2 染色pH值對(duì)染色深度的影響Fig.2 Effects of dyeing pH values on dyeing depth

2.1.2 染色溫度對(duì)染色深度的影響

在靛藍(lán)色素質(zhì)量濃度0.4 g/L，浴比1∶50，加鹽20 g/L，pH6，染色時(shí)間60 min條件下，對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，染色溫度對(duì)染色深度的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可見(jiàn)，染色深度隨染色溫度的升高而增加。隨著溫度的升高，染料在染液中的聚集程度下降，同時(shí)，纖維的膨化程度提高，染料在纖維的吸附和向纖維內(nèi)部擴(kuò)散的速率加快。因?yàn)樾Q絲織物一般比較輕薄，對(duì)光澤要求較高，表面容易擦傷，若長(zhǎng)時(shí)間沸染，織物之間相互摩擦，易造成局部“灰傷”。所以染色不易選擇沸染?？紤]到80 ℃以后染色深度增加較緩慢，溫度對(duì)染色深度的影響不明顯，所以選擇染色溫度為80 ℃。

圖3 染色溫度對(duì)染色深度的影響Fig.3 Effects of dyeing temperature on dyeing depth

2.1.3 染色時(shí)間對(duì)染色深度的影響

在靛藍(lán)色素質(zhì)量濃度0.4 g/L，浴比1∶50，加鹽20 g/L，pH6，染色溫度為80 ℃條件下，對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，染色時(shí)間對(duì)染色深度的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn)，隨時(shí)間的增加，染色深度有增加的趨勢(shì)，且時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響蠶絲的手感和強(qiáng)力。最終，將染色時(shí)間定為60 min。

圖4 染色時(shí)間對(duì)染色深度的影響Fig.4 Effects of dyeing time on dyeing depth

2.1.4 電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)染色深度的影響

在靛藍(lán)色素質(zhì)量濃度0.4 g/L，浴比1∶50，pH6，染色溫度80 ℃，染色時(shí)間60 min條件下，電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)染色深度的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，硫酸鈉對(duì)染色過(guò)程有促染效果，染色深度隨著硫酸鈉質(zhì)量濃度的增加而增加，且速率先快后慢，在達(dá)到15 g/L后，影響效果不明顯。絲素的等電點(diǎn)pH值為3.5～5.2，染色pH值為6，在等電點(diǎn)以上，蠶絲與染料分子帶相同電荷，電解質(zhì)的加入能夠?qū)w維上所帶的負(fù)電荷和染浴中染料所帶的負(fù)電荷起到屏蔽作用，大大降低染料上染纖維的障礙，起促染作用。當(dāng)電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度達(dá)到15 g/L后，促染作用增加不明顯。

綜上可得，在染料質(zhì)量濃度0.4g/L的情況下，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物的染色條件為，pH6，電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度15 g/L ，染色溫度80℃，染色時(shí)間60min。

圖5 電解質(zhì)硫酸鈉質(zhì)量濃度對(duì)染色深度的影響Fig.5 Effects of mass concentration of electrolyte sodium sulfate on dyeing depth

2.2 染色效果

對(duì)靛藍(lán)色素染色后的蠶絲織物和還原靛藍(lán)染色后的棉織物分別進(jìn)行顏色參數(shù)a、b、h測(cè)試，結(jié)果如表1所示。從表1中數(shù)據(jù)可以看出，與還原靛藍(lán)染色比較，靛藍(lán)色素染色后黃藍(lán)顏色參數(shù)b相差不大，紅綠顏色參數(shù)a差別較大，靛藍(lán)色素染色效果比還原靛藍(lán)偏綠；總體上看，靛藍(lán)色素色相角h略小于還原靛藍(lán)色，但都在藍(lán)光范圍內(nèi)，靛藍(lán)色素與還原靛藍(lán)色相接近，略微偏綠光。

表1 靛藍(lán)色素與還原靛藍(lán)染色后色相參數(shù)比較Tab.1 Comparison of hue parameters after dyed by Indigo Carmine and reduction indigo

從表2中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物染色后，牢度較差，尤其是濕處理牢度，選用無(wú)醛固色劑WS進(jìn)行初步的固色試驗(yàn)，改善其染色牢度。改性染色后織物在2 %固色液中，浴比1∶50，40 ℃處理10 min，水洗，測(cè)試色牢度。經(jīng)固色處理后，染色牢度能提高0.5～1級(jí)，基本達(dá)到服用要求。靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物上染率高，染色過(guò)程染料利用率高，在優(yōu)選的工藝條件下染后勻染性好，S(λ)為0.07。

表2 靛藍(lán)色素蠶絲纖維染色后質(zhì)量指標(biāo)Tab.2 Quality index of silk fi ber dyed with Indigo Carmine

3 結(jié) 論

1)在染料質(zhì)量濃度0.4 g/L的情況下，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物的染色條件為：pH6，電解質(zhì)硫酸鈉15 g/L，染色溫度80 ℃，染色時(shí)間60 min。

2)根據(jù)蠶絲與靛藍(lán)的特殊理化性能，利用靛藍(lán)色素染色后色相與傳統(tǒng)的還原靛藍(lán)色相接近，實(shí)現(xiàn)了蠶絲織物染色后的靛藍(lán)效果。

3)在最佳工藝條件下染色并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的固色處理后，靛藍(lán)色素對(duì)蠶絲織物的染色上染率、勻染性、色牢度均達(dá)到加工和服用要求。

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Research on dyeing process of Indigo Carmine on silk fabric

ZHANG Wei

(Department of Light-Chemical Engineering, Yancheng Textile Vocational and Technical College, Yancheng 224005, China)

Traditional reduction indigo dye is not suitable for silk fabric dyeing as it is easy to damage silk fabric. This study dyes silk fabric by using Indigo Carmine in order to realize dyeing effect of reduction indigo dye. The results show that, in the condition of 0.4 g/L dye concentration, the best dyeing conditions of indigo carmine for silk fabric are: pH value 6, mass concentration of electrolyte sodium sulfate is 15 g/L, dyeing temperature is 80 ℃ and dyeing time is 60 min. After the dyeing, hue of Indigo Carmine is close to reduction indigo dye, realizing indigo effects after being dyed with silk fabric. Under the optimum processing conditions,by a simple color fixing processing, exhaustion rate, levelness and color fastness can meet processing and wearing requirements.

Indigo Carmine; Silk fabric; Color fastness; Leveling property

TS195.6

A

1001-7003(2012)11-0015-03

2012-05-17；

2012-09-26

張偉(1982－ )，男，講師，主要從事生態(tài)印染加工技術(shù)研究。