水浸法提取秦皮天然染料及其對(duì)蠶絲織物的染色

劉瑾姝，邢建偉，師文釗，徐恒雨

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安710048;2.伊比西化工品貿(mào)易有限公司，上海200122)

天然染料具有合成染料無(wú)法比擬的環(huán)境友好、易生物降解等優(yōu)良特性，在對(duì)綠色環(huán)保產(chǎn)品的高度需求下，日益被更多的研究者所關(guān)注。由于大部分用以提取天然染料的植物多為中草藥，而且中國(guó)中草藥資源豐富，所以，天然植物染料有很好的發(fā)展前景［1-4］。

秦皮作為中草藥中常見的一種，主要取自木犀科植物苦櫪白蠟樹、白蠟樹、尖葉白蠟樹等的干燥枝皮或干皮。因其特有的清熱燥濕、清肝明目等功效［5-6］，引起了研究者的廣泛關(guān)注。目前對(duì)秦皮中所含香豆素類、皂類等活性成分的藥理研究也較多［7］，但對(duì)其浸提液用于蠶絲織物的染色卻鮮有報(bào)道。用于浸提植物天然染料的方法包括水萃取法、溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、樹脂吸附法及超聲波萃取法等［8］。本研究采用水浸漬提取法提取秦皮天然染料用于探討其對(duì)蠶絲織物的后媒法染色，通過(guò)測(cè)試染后樣品K/S值及染色色牢度等指標(biāo)，為秦皮水浸提液后媒法染蠶絲織物的研究提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:秦皮(粉狀，西安怡康醫(yī)藥超市)，蠶絲練白雙縐(平方米質(zhì)量80 g/m2，湖州宇豐絲綢有限公司)，硫酸亞鐵(分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司)，冰醋酸(分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司)。

儀器:HH-2型恒溫水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)，UV-1800PC型紫外可見分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司)，Color i7型測(cè)色儀(X-rite)，Y571B型耐摩擦色牢度儀(溫州紡織儀器廠)，SW-12A型耐洗色牢度測(cè)試儀(無(wú)錫紡織儀器廠)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 秦皮染料的提取

取經(jīng)粉碎過(guò)篩的秦皮粉末，按一定料液比在不同溫度下提取一定時(shí)間，冷卻，室溫靜置15 min，過(guò)濾得濾液作染液，重復(fù)提取時(shí)步驟同上。

1.2.2 染色工藝

直接染色:蠶絲織物在室溫下浸入含一定質(zhì)量濃度秦皮水浸提液，浴比1︰30，升溫至一定溫度后染一定時(shí)間。

媒染染色:將直接染色后織物投入70℃含硫酸亞鐵媒染劑中媒染30 min，經(jīng)皂煮、水洗、烘干待測(cè)。

1.2.3 測(cè)試方法

1)染色液吸光度測(cè)試:使用UV-1800PC型紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定秦皮提取液經(jīng)稀釋后在最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度。

2)顏色表征:使用Color i7型電腦測(cè)色儀測(cè)定經(jīng)秦皮水浸提液染色后樣品的K/S值及各項(xiàng)顏色指標(biāo)。條件為D65光源，10°視角。

3)耐摩擦色牢度:參照GB/T 3920—1997《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定，按照GB 251—1995《評(píng)定沾色用灰色樣卡》進(jìn)行評(píng)級(jí)。

4)耐洗色牢度:參照GB/T 3921—1997《紡織品色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度:試驗(yàn)1》測(cè)定，按照 GB 250—1995《評(píng)定變色用灰色樣卡》進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 秦皮天然染料水浸提法工藝分析

2.1.1 提取溫度對(duì)提取效果的影響

提取時(shí)料液比定為1︰20，分別在溫度20、40、60、80、100℃對(duì)秦皮提取90 min，提取2次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染液pH4.5，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比均為1︰30。測(cè)試經(jīng)秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測(cè)試結(jié)果見圖1。

圖1 提取溫度對(duì)染色樣品K/S值影響Fig.1 Effect of extraction temperature on K/S value of dyed samples

由圖1可知，經(jīng)2種不同染色方法染得織物表觀深度隨秦皮浸提溫度升高而增大，80℃后提升不大。說(shuō)明染色液浸提溫度對(duì)染色效果有較明顯影響;同時(shí)可以看出，后媒法染色的織物K/S值均高于未經(jīng)媒染織物，說(shuō)明在媒染劑作用下，上染織物的秦皮天然染料與媒染劑發(fā)生了絡(luò)合并顯色。因此，最終將浸提溫度確定為80℃。

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響

提取時(shí)料液比定為1︰20，80℃對(duì)秦皮提取時(shí)間為 30、45、60、75、90、120 min，提取 2 次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染液pH4.5，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度為5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比均為1︰30。測(cè)試經(jīng)秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測(cè)試結(jié)果見圖2。

由圖2可知，經(jīng)2種不同染色方法染得織物表觀深度隨秦皮浸提時(shí)間延長(zhǎng)而增大，當(dāng)浸提時(shí)間延長(zhǎng)至90 min以上，染色后織物表觀深度基本保持不變。因此，最終將浸提時(shí)間確定為90 min。

圖2 浸提時(shí)間對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.2 Effect of extraction time on K/S value of dyed samples

2.1.3 料液比對(duì)提取效果的影響

提取時(shí)選取不同料液比為 1︰10、1︰20、1︰30、1︰40、1︰50，在80 ℃對(duì)秦皮提取90 min，提取2 次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染液 pH4.5，染色溫度 80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比均為1︰30。測(cè)試經(jīng)秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測(cè)試結(jié)果見圖3。

圖3 料液比對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on K/S value of dyed samples

由圖3可知，料液比小，秦皮染色液質(zhì)量濃度相對(duì)較高，被染織物K/S值較高，但實(shí)際浸提操作困難;料液比增大，秦皮染色液質(zhì)量濃度隨之降低，被染織物得色量降低，K/S值下降?？紤]到秦皮色素利用問(wèn)題，最終將浸提料液比確定為1︰20。

2.2 秦皮水浸提液后媒法染色工藝分析

2.2.1 pH值對(duì)染色性能的影響

秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比為1︰30。改變?nèi)疽簆H值，測(cè)試不同pH值染浴所染蠶絲織物K/S值，結(jié)果見圖4。

由圖4可以看出，隨染浴pH值增大，染色后蠶絲織物K/S值有所降低，考慮到pH值太低會(huì)導(dǎo)致染色不勻現(xiàn)象及纖維損傷問(wèn)題，因此將染浴pH值定為4.5。

2.2.2 染料質(zhì)量濃度對(duì)染色性能的影響

實(shí)驗(yàn)中取一定量的秦皮水浸提液，加水稀釋配制秦皮染料質(zhì)量濃度分別為2、6、10、14、18 g/L 的染浴。染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比為1︰30條件下染色。測(cè)試不同條件下被染織物K/S值，測(cè)試結(jié)果見圖5。

圖4 染液pH值對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.4 Effect of pH value of dye liquor on K/S value of dyed samples

圖5 染料質(zhì)量濃度對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.5 Effect of dye mass concentration on K/S value of dyed samples

由圖5可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨秦皮染料質(zhì)量濃度增加而增大，當(dāng)色素質(zhì)量濃度繼續(xù)增大至14 g/L以上時(shí)，蠶絲織物的K/S值的增大趨勢(shì)變緩。這是由于秦皮色素質(zhì)量濃度較小時(shí)，染色液中秦皮色素質(zhì)量濃度相對(duì)較低，染色后蠶絲織物的得色量小;當(dāng)色素質(zhì)量濃度超過(guò)14 g/L，染料在織物上的上染達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)增加染料質(zhì)量濃度，不能與媒染劑發(fā)生有效絡(luò)合，后續(xù)水洗過(guò)程中被洗掉，因此被染織物K/S值變化較小。

2.2.3 染色溫度對(duì)染色性能的影響

秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比為1︰30。改變?nèi)旧珳囟?，測(cè)試不同染色溫度下所染蠶絲織物K/S值，結(jié)果見圖6。

圖6 染色溫度對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.6 Effect of dyeing temperature on K/S value of dyed samples

由圖6可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨染色溫度升高而顯著增大，當(dāng)溫度升高至80℃以上時(shí)，蠶絲織物的K/S值的增大趨勢(shì)變緩?？紤]到纖維在濕熱條件下的損傷程度較大，將秦皮水浸提液對(duì)蠶絲織物的染色溫度定為80℃。

2.2.4 染色時(shí)間對(duì)染色效果的影響

秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min，浴比為1︰30。改變?nèi)旧珪r(shí)間，測(cè)試不同染色時(shí)間所染蠶絲織物K/S值，結(jié)果見圖7。

由圖7可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨染色時(shí)間延長(zhǎng)而增大，當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)至60 min以上時(shí)，蠶絲織物的K/S值的基本保持不變。綜合考慮，將秦皮水浸提液對(duì)蠶絲織物的染色時(shí)間定為60 min。

2.2.5 媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響

秦皮染料質(zhì)量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間30 min，浴比為1︰30。改變媒染劑質(zhì)量濃度，測(cè)試不同媒染劑質(zhì)量濃度所染蠶絲織物K/S值，結(jié)果見圖8。

圖7 染色時(shí)間對(duì)染色樣品K/S值的影響Fig.7 Effect of dyeing time on K/S value of dyed samples

圖8 媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響Fig.8 Effect of mass concentration of the mordant on K/S value of dyed samples

由圖8可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨媒染劑質(zhì)量濃度增加而增大，當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度為5 g/L以上時(shí)，蠶絲織物的K/S值基本保持不變。這是由于當(dāng)媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度較小時(shí)，能夠與色素形成的絡(luò)合物的媒染劑較少，未能與硫酸亞鐵發(fā)生有效絡(luò)合的色素在后續(xù)水洗過(guò)程中被洗去;當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度超過(guò)5 g/L時(shí)，色素與媒染劑有效絡(luò)合反應(yīng)充分，繼續(xù)增加媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)增大被染織物K/S值意義不大。綜合考慮，將媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度定為5 g/L。

2.3 秦皮水浸提液對(duì)蠶絲織物染色性能的影響

采用秦皮水浸提液后媒法染色工藝，對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，測(cè)定染后樣品色澤、K/S值及各項(xiàng)色牢度，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同染色方法染色后樣品織物的顏色表征及色牢度Tab.1 Color characterization and color fastness of the samples dyed by different dyeing processes

由表1可以看出，最優(yōu)化后媒法染色工藝可使蠶絲織物獲得黃棕色色澤，且媒染后織物的染色色牢度比直接染色效果好。

3 結(jié)論

1)秦皮水浸提法優(yōu)化工藝為:料液比1︰20，提取溫度80℃，提取時(shí)間90 min，提取次數(shù)2次。

2)秦皮水浸提液對(duì)蠶絲織物染色工藝為:秦皮色素質(zhì)量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時(shí)間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質(zhì)量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時(shí)間30 min。

3)不加入媒染劑直接染色，秦皮染料也能上染蠶絲織物，但得色率和色牢度較低，后媒法染色可提高顏色深度和色牢度。

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