蘇木天然染料染色柞蠶絲織物的色光穩(wěn)定性研究

盧 聲

(遼東學院化工與材料學院，遼寧丹東118000)

植物染料具有較好的生物降解性和環(huán)境相容性，有助于改善紡織印染行業(yè)污染嚴重的問題，從而成為業(yè)內(nèi)相關(guān)人士和企業(yè)關(guān)注的熱點［1-2］。蘇木是中國古代用于染紅色系的主要植物，同時也是一種中藥材，具有祛風活血和抗菌等藥用功效。蘇木屬于苯并吡喃類天然染料，其色素的主要成分是蘇木素，蘇木素結(jié)構(gòu)中含有大量羥基，易溶于水，相對分子質(zhì)量較小，染色直接性低，色牢度差，且在不同的pH值條件下有變色行為，呈現(xiàn)黃棕、紅褐、紫等顏色，其染色織物的穩(wěn)定性較差［3-4］。

染色紡織品的生態(tài)標準和染料的色穩(wěn)定性有緊密關(guān)系。天然染料發(fā)色基團的固有不穩(wěn)定性，使天然染料較人工合成染料的穩(wěn)定性差，主要是天然染料受外界因素影響大(如pH值、溫度、日照等)。盡管媒染可提高天然植物染料的染色牢度，但媒染是否能改善天然植物染料染色織物的色穩(wěn)定性還鮮有研究。本研究主要探討了pH值、染色溫度、氧漂和日照對蘇木天然染料染色柞蠶絲織物的色標值和色牢度的影響，為天然植物染料的應用，特別是蘇木天然染料對柞蠶絲織物的染色做一些基礎(chǔ)工作。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

材料:5023柞絲綢(已脫膠，市售);蘇木(市售中藥)。

藥品:保險粉、氫氧化鈉、鹽酸、冰醋酸、無水乙醇、明礬、氯化鐵、分散劑NNO，均為分析純;中性皂片(市購)。

儀器:XW-ZDR-25*12低噪振蕩式染樣機(靖江市新旺染整設(shè)備廠)，HH-恒溫水浴鍋(鞏義予華儀器廠)，紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)，YB571B耐摩擦牢度測試儀(溫州大榮紡織儀器公司)，SW-12A耐水洗牢度測試儀(溫州大榮紡織儀器公司)，X-rite Color-Eye 7000A顏色特征值測定儀(蘇州色麗電子科技有限公司)，DHG-9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱(江蘇華青流體科技有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 蘇木天然染料的提取

研磨蘇木，按料液比1︰20，于100℃下在蒸餾水中浸提60 min，反復浸提3次，滲漏1 h后過濾、抽濾得到提取液，即為蘇木染液［5］。

1.2.2 蘇木天然染料的染色工藝

采用直接染色和媒染法上染柞蠶絲織物。

直接染色:柞絲綢織物2 g，40℃入染，90℃條件下染色60 min，浴比1︰50，pH 值為4～5(用10%醋酸調(diào)節(jié))。染后皂洗、水洗、陰干［6］。

媒染染色:根據(jù)文獻［6］，本實驗采用預媒染色，明礬和氯化鐵為媒染劑。

鋁媒染:柞蠶絲織物2 g于80℃浸入明礬溶液(0.6 g/L)中處理30 min取出，用直接染色工藝染色。

鐵媒染:柞蠶絲織物2 g于60℃浸入氯化鐵溶液(1.4 g/L)中處理45 min取出，用直接染色工藝染色。

1.2.3 染色柞蠶絲織物的氧漂工藝

將10 mL/L 3%的H2O2，3 g/L的水玻璃(相對密度1.4)和1 g/L的滲透劑 JPF混合均勻后，用NaOH溶液調(diào)整溶液的pH值至10，獲得氧漂原液，使用時將氧漂原液稀釋10倍，得到氧漂溶液。氧漂溶液升溫至90℃，浸入2 g染色蠶絲織物，40 min后取出，水洗晾干。

1.3 性能測試

1.3.1 色度指標值

在Color-Eye 7000A顏色特征值測定儀上測定染色柞蠶絲織物的L*、a*、b*、c*值及K/S值。

1.3.2 染色牢度

耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997《紡織品 色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定。

耐洗色牢度按 GB/T 3921.1—1997《紡織品 色牢度試驗耐洗色牢度:試驗1》測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對染色柞蠶絲織物的色光影響

染料的酸堿穩(wěn)定性對于染色對象的選擇、工藝參數(shù)的確定，以及織物洗滌條件均有比較重要的指導意義［7］。

經(jīng)測試，本研究所用蘇木染液的pH值為4.2，最大吸收波長450 nm，此時染液顏色為橙黃色。

蘇木染料的主要成分是蘇木素，結(jié)構(gòu)中含有羥基，因此蘇木素易于溶于水，可以與金屬離子中的空軌道形成配位鍵。柞蠶絲是蛋白質(zhì)纖維，含有氨基和羧基兩種基團，在水溶液中呈兩性性質(zhì)。pH值的不同使蘇木素的供電子能力和柞蠶絲的電性有所改變，導致染料與絲素結(jié)合能力不同。

采用直接染色及Al3+和Fe3+為媒染劑的預媒法進行染色。將染色后的柞蠶絲織物分別浸入不同的pH值水溶液中(溶液的pH值用氫氧化鈉和鹽酸溶液來進行調(diào)整)，30 min后取出，水洗晾干。測其色度指標值，如表1所示。

由表1可知，采用不同pH值的溶液處理染色蠶絲織物，織物的色光均發(fā)生變化。媒染劑及其種類均會影響被染絲織物的顏色和顏色穩(wěn)定性。相對于媒染工藝，直接染染色絲織物的色光變化較小。鐵媒染染色絲織物的色光穩(wěn)定性要好于鋁媒染染色絲織物?？椢?的K/S值和明度L*值變化最小，特別是在pH小于7時基本不變?？椢?和織物3的K/S值總體趨勢是隨著處理溶液pH值的增加而增大，但織物3的K/S值存在一定的波動。

從a*和b*值可以看出，三種染色織物均有明顯的色調(diào)變化。織物1和2的a*和b*值變化趨勢是一致的，隨著處理溶液pH值的增加a*值增加、b*值減小，而織物3的a*值變化與織物1和2相反，但變化幅度相對較小。這可能是因為蘇木染液中含有無色蘇木精，在pH4染浴中蘇木精未氧化成氧化蘇木精而顯無色，但是其在直接染色和媒染染色時已附著在織物上。當用不同pH值溶液來處理染色蠶絲織物時，隨著溶液pH值增加，蘇木精向氧化蘇木精轉(zhuǎn)變，結(jié)果K/S值增加、紅光增加和黃光減小，使織物的色調(diào)發(fā)生變化［8］。

表1 pH值對染色柞蠶絲織物色度指標的影響Tab.1 Effects of pH value on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

2.2 溫度對染色柞蠶絲織物的色光影響

將按1.2.2染色后的柞蠶絲織物置于120℃的烘箱中，5 min后取出，冷卻后測其色度指標值(表2)。

表2 溫度對染色柞蠶絲織物色度指標的影響Tab.2 Effects of temperature on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

由表2可知，鐵媒染蠶絲織物經(jīng)高溫處理后，K/S值減小，明度增加，飽和度減小，紅光略有增加，黃光基本不變。直接染和鋁媒染織物處理后的色度指標值變化趨勢基本一致。K/S值和L*值變化不大，a*、b*和c*值均增加。由此可見，溫度對染色蠶絲織物的色光有一定影響，但影響不大。從K/S值來考慮，對鐵媒染染色織物的影響最大;如從色調(diào)來考慮，則對鋁媒染染色織物影響最大。

2.3 氧漂對染色柞蠶絲織物的色光影響

由于蠶絲的耐堿性遠低于棉、麻等纖維織物，在堿液里可發(fā)生不同程度的水解，濃的強堿液對蠶絲的破壞力更強，因此蠶絲織物一般不宜用堿性大的肥皂和洗滌劑進行處理。氧漂是通過在水溶液中經(jīng)過羥基離子游離出活性氧而起到漂白作用，其漂白溫和，一般不會損傷織物。本實驗研究了過氧化氫作為氧漂液，對蘇木染色柞蠶絲織物色光的影響，測定了處理前后織物的色度指標值(表3)。

表3 氧漂對染色柞蠶絲織物色度指標的影響Tab.3 Effects of oxygen bleaching on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

從表3可知，三種被染織物經(jīng)過氧化氫溶液處理后，K/S值均減小，其中鋁媒染織物色深值降低幅度最大，而直接染色織物色深值降低最小。三種被染織物的L*值均增加，明度增加程度最大的為鐵媒染，直接染色織物最小。對于a*、b*值，鐵媒染織物處理后比處理前明顯增加，即紅光和黃光增加，被染織物由灰黑色變?yōu)槌赛S色;直接染色和鋁媒染染色織物則均減小，a*值由正變?yōu)樨?，被染織物顏色褪去非常明顯，顏色幾乎為白色。由此可見，氧漂溶液對被染柞蠶絲織物具有明顯的褪色和變色作用，直接染和鋁媒染織物褪色現(xiàn)象明顯，而鐵媒染織物則發(fā)生很明顯的變色，被染織物的亮度和飽和度均有明顯改善。

2.4 光照對染色柞蠶絲織物的色光影響

染色織物在長期日曬情況下，易發(fā)生褪色。其變色機理主要是染料吸收光子后被激化，發(fā)生光化學反應，染料結(jié)構(gòu)被破壞導致染色織物發(fā)生變色和褪色［8-9］。

實驗中將染色蠶絲織物置于日光下，日曬三周(五月晴天，累計計算)，測其色度指標值，并與基礎(chǔ)樣(無光照實驗)進行對比，結(jié)果見表4。

經(jīng)光照后，被染織物的a*、b*、c*值和K/S值均降低，說明光照會使被染織物的色調(diào)發(fā)生改變，飽和度和鮮艷度降低。鐵媒染織物的顏色光穩(wěn)定性明顯好于直接染色織物，這是由于金屬的絡(luò)合作用，生成的染料分子、金屬離子和纖維三者新的共軛體系，染料的穩(wěn)定性得到提高，從而也較大程度地提高了染料分子的光穩(wěn)定性。但是，鋁媒染織物的顏色光穩(wěn)定性不僅沒有得到改善，反而降低，這可能與蘇木染料和鋁離子的絡(luò)合方式有關(guān)，具體原因還有待于進一步分析。

表4 光照對染色柞蠶絲織物色度指標的影響Tab.4 Effects of illumination on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

2.5 染色柞蠶絲織物的色牢度分析

測定了染色柞蠶絲織物的耐洗和摩擦牢度(棉沾)，結(jié)果見表5。

表5 染色柞蠶絲織物的色牢度Tab.5 Color fastness of dyed tussah silk fabrics

無論處理前，還是處理后，媒染染色織物的色牢度均比直接染色織物要高，這是由于金屬離子、蘇木染料和纖維之間形成的絡(luò)合物，可以增加染料與蠶絲纖維之間的直接性，使染料可以較牢固地固著在纖維上，從而獲得良好的耐洗牢度和摩擦牢度。同時，可以觀察到被染織物的色牢度和色光穩(wěn)定性之間沒有相關(guān)性。

3 結(jié)論

1)溶液的酸堿性、溫度、氧漂和光照對蘇木染色柞蠶絲織物的色光均有影響。其中酸堿性和氧漂對色光變化的影響最大，溫度影響最小。

2)氧漂可以使柞蠶絲染色織物發(fā)生嚴重的褪色現(xiàn)象，溶液的酸堿性則對被染織物的色調(diào)影響最大。

3)媒染染色織物可以明顯改善織物的色牢度，但不能改善織物的色光穩(wěn)定性。

4)鐵媒染和鋁媒染織物在相同的處理條件下，色光變化不同。鐵媒染織物的色光穩(wěn)定性要好于鋁媒染。

［1］巫若子，賴裕龍，歐世軍，等.天然茶葉染料的提取及在真絲織物上的應用［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2011(5):1-3.WU Ruozi，LAI Yulong，OU Shijun，et al.Extraction of natural tea dyes and its application on silk fabrics［J］.Advanced Textile Technology，2011(5):1-3.

［2］紀俊玲，李小琴，王煒，等.芡實殼天然染料的提取及染色性能［J］.印染，2011，37(3):4-7.JI Junling，LI Xiaoqin，WANG Wei，et al.Extraction of natural dyestuffs from Euryale shell and their dyeing behaviors［J］.Dyeing ＆ Finishing，2011，37(3):4-7.

［3］周家偉.天然染料蘇木采用環(huán)氧交聯(lián)劑固色工藝的研究［J］.國外絲綢，2004(6):14-18.ZHUO Jiawei.Fixation process research on natural dye hematoxylin using the epoxy crosslinker［J］.Silk Textile Technology Overseas，2004(6):14-18.

［4］吳堅，羅丹實，崔永珠.改性竹原纖維的蘇木染料染色［J］.印染，2007，34(22):30-31.WU Jian，LUO Danshi，CUI Yongzhu.Dyeing process of cationized bamboo fabric with brazilwood natural dyestuffs［J］.Dyeing ＆ Finishing，2007，34(22):30-31.

［5］張實，屠恒賢.植物染料蘇木染色研究［J］.四川絲綢，2005(4):30-31.ZHANG Shi，TU Hengxian.Staining study on vegetable dye hematoxylin［J］.Sichuan Silk，2005(4):30-31.

［6］程萬里.天然染料蘇木在真絲綢上的應用［J］.絲綢，2000(10):21-23.CHENG Wanli.Natural dye logwood applied to real silk fabric［J］.Journal of Silk，2000(10):21-23.

［7］張樹龍，王華印，李萍，等.桑葚天然染料的穩(wěn)定性及其對絲織物媒染染色［J］.紡織學報，2011，32(8):76-80.ZHANG Linlong，WANG Huayin，LI Ping，et al.Stability of natural dye mulberry sorosis and mordant dyeing of silk fabrics with it［J］.Journal of Texitile Reasearch，2011，32(8):76-80.

［8］楊興，蔣小云，陳瑞玉.金屬漂白活化劑對氨綸彈性織物白度影響及機理分析［J］.現(xiàn)代紡織技術(shù)，2011(3):10-13.YANG Xing，JIANG Xiaoyun，CHEN Ruiyu.Influence of metal bleaching activator on the whiteness of spandex elastic fabrics and the mechanism analysis［J］.Advanced Textile Technology，2011(3):10-13.

［9］張殿波，胡智文，吳子嬰.真絲織物上槐米染料的光老化研究［J］.浙江理工大學學報，2011(28):192-195.ZHANG Dianbo，HU Zhiwen，WU Ziying.Study on light aging of flos sophorae immaturus on silk［J］.Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2011(28):192-195.