韭蓮果實(shí)色素提取及對(duì)蠶絲織物染色研究

李 萍，張 偉，王華印，張林龍

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院輕化工程系，江蘇鹽城224005)

天然染料是指從植物、動(dòng)物或礦產(chǎn)資源中獲得的很少或沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)加工的染料[1]。天然染料已經(jīng)在紡織品染色，功能整理，食用色素，化妝品，敏化太陽(yáng)能電池，組織染色，pH值指示劑和其他領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[2-10]。隨著人們環(huán)保、健康意識(shí)的不斷增強(qiáng)，天然染料染色又重新引起人們的關(guān)注，以追求更高的生活品質(zhì)。

韭蓮，別名小韭蘭、韭菜蓮等。成熟韭蓮果實(shí)為深藍(lán)色，色素含量高。目前，有關(guān)韭蓮色素的研究主要在韭蓮色素的理化性質(zhì)分析及其提取。而有關(guān)韭蓮果實(shí)色素提取并應(yīng)用到紡織品染色的相關(guān)研究并不多見(jiàn)。本研究選取韭蓮果實(shí)為研究對(duì)象，對(duì)韭蓮果實(shí)進(jìn)行提取和染色應(yīng)用，研究了韭蓮果實(shí)色素顏色特性和對(duì)蠶絲織物的染色性能。

1 試驗(yàn)

1.1 材 料

韭蓮深藍(lán)果實(shí)(經(jīng)水洗烘干)、摩擦色牢度測(cè)試用蠶絲織物(上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所，符合GB/T 7568.6—2002)，無(wú)水乙醇、三氟乙酸(TFA)等有機(jī)溶劑及鹽酸、醋酸、碳酸鈉、氫氧化鈉等(均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司)。媒染劑:氯化亞錫、硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋁(均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司)。

1.2 儀 器

TU-1950系列紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，恒溫水浴鍋(南通三思科技有限公司)，Datacolor 600分光光度儀(美國(guó)Datacolor公司)，烘箱(南通三思科技有限公司)，pH計(jì)(上海雷磁公司)，恒溫油浴鍋(南通三思科技有限公司)。

1.3 提取方法

稱取300g漿果(無(wú)需研磨)于棕色玻璃瓶?jī)?nèi)，加入150mL的乙酸乙酯去除漿果表面的脂類物質(zhì)，浸漬時(shí)間6 h，然后倒出乙酸乙酯。再往瓶中加入300mL無(wú)水乙醇、1.5 mL TFA(TFA的作用是調(diào)節(jié)提取液為酸性，這有利于色素的穩(wěn)定)密閉于室溫中浸漬24 h，偶爾晃動(dòng)，過(guò)濾得提取液作為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的天然染料。

1.4 染色方法

1)直接染色。量取50 mL染液(10 mL染料母液，40 mL的水，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%)，調(diào)節(jié)pH值為5。取1g蠶絲織物，浸入染杯，放在油浴鍋中，快速翻轉(zhuǎn)，溫度60℃，染色時(shí)間120 min。染畢，取出織物，陰干。

2)預(yù)媒染色。預(yù)媒:量取50 mL水，加入0.1g媒染劑，取1g蠶絲織物，浸入染杯，于油浴鍋中，60℃，快速翻轉(zhuǎn)，45min。取出擠干備用。

染色:量取50mL染液(10mL染料母液，40mL的水，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%)，調(diào)節(jié)pH值為5。取以上預(yù)媒好的布樣各自投入染杯中，放在油浴鍋中，快速翻轉(zhuǎn)，溫度60℃，染色時(shí)間120min。染畢，取出織物，陰干。

3)同媒染色。量取50 mL染液(10 mL染料母液，40 mL的水，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%)，調(diào)節(jié)pH值為5。往染杯中加入0.1g媒染劑。取1g蠶絲織物，浸入染杯，快速翻轉(zhuǎn)，溫度60℃，染色時(shí)間120min。染畢，取出織物，陰干。

4)后媒染色:量取50mL染液(10mL染料母液，40mL的水，染料質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%)，調(diào)節(jié)pH值為5。取1g蠶絲織物，浸入染杯，放在油浴鍋中，快速翻轉(zhuǎn)，溫度60℃，染色時(shí)間120min。

后媒:量取50mL水，加入0.1g媒染劑，將染色后織物浸入染杯，于油浴鍋中，60℃，快速翻轉(zhuǎn)，45min。最后，取出織物，陰干。

1.5 性能測(cè)試

1.5.1 顏色特征值測(cè)試

在Datacolor 600分光光度儀上測(cè)定染色織物的顏色特征值 L，a，b，C，h 值，UV 透過(guò)率100%，測(cè)色光源為D65光源，l0o視角，測(cè)試4次，取平均值。L表示亮度，L值越低表明顏色越深，a為紅綠色光參數(shù)，b為黃藍(lán)色光參數(shù)，h為色相參數(shù)，C為彩度參數(shù)。

1.5.2 染液吸光度測(cè)試

以純凈水為參比溶液，室溫條件下，在TU-1950系列紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上，對(duì)所配置天然染料試樣進(jìn)行400～800 nm范圍內(nèi)吸光度掃描，得到系列吸光度曲線。

1.5.3 色牢度測(cè)試

摩擦色牢度按GB/T 29865—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味刃∶娣e法》測(cè)定。

耐洗色牢度按GB/T 3921.1—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然染料的顏色特性

2.1.1 pH值對(duì)染料顏色特征的影響

調(diào)節(jié)所提取天然染料的pH值，不同酸堿條件下天然染料的400～800 nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)吸光度，如圖1所示。

圖1 染液在酸堿條件下的可見(jiàn)分光光度曲線Fig.1 Visiblespectrophotometric curves of the dye in acid and alkali conditions

從圖1可見(jiàn)，韭蓮果實(shí)天然染料在不同pH值下顏色變化較大，染液在酸性條件下多表現(xiàn)為紅色調(diào)(pH1時(shí)λmax=531 nm;pH3時(shí) λmax=536 nm;pH5時(shí)λmax=540 nm)，在中性表現(xiàn)為藍(lán)色(pH7時(shí)λmax=596 nm)，而堿性條件下表現(xiàn)為綠至黃色(pH9時(shí)λmax=400 nm;pH11時(shí) λmax=400 nm;pH13時(shí) λmax=400 nm)，顏色表現(xiàn)上較豐富。原因是韭蓮果實(shí)天然染料主要成分花青素具有4種結(jié)構(gòu):紅色的黃烊正離子、藍(lán)色的醌型堿、無(wú)色的甲醇假堿及淡黃色的查耳酮結(jié)構(gòu)。這4種結(jié)構(gòu)存在著平衡，結(jié)構(gòu)式的轉(zhuǎn)換易受pH值的影響，隨pH值的變化，溶液的色澤與顏色強(qiáng)度亦發(fā)生變化。其原理如圖2所示[11]。

圖2 花青素在酸堿液中的基本結(jié)構(gòu)Fig.2 The basicstructure of anthocyanins in acid and alkali liquid

2.1.2 金屬離子對(duì)染料顏色特征的影響

以pH 5條件下測(cè)試色素與錫離子的螯合作用為例，探討其顏色變化。測(cè)試其可見(jiàn)光譜如圖3所示。

圖3 色素－錫螯合液可見(jiàn)分光光度曲線Fig.3 Visiblespectrophotometric curves of alkali liquor-chelating liquid

從金屬－色素螯合液的顏色特征來(lái)看，錫金屬離子的加入對(duì)于染液的顏色有明顯的增深作用，其顏色亦發(fā)出了明顯的變化，總體顯現(xiàn)明顯變藍(lán)，黃光變低，即紫色明顯。其原因在于金屬與色素的酚羥基、羰基形成一定數(shù)量絡(luò)合鍵，從而影響染料的電子云分布，使顏色加深。

2.2 染色效果

按照1.4染色方法對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色，結(jié)果如表1所示。

表1 韭蓮果實(shí)天然染料蠶絲染色效果Tab.1 The dyeing effect of zephyranthes carinata fruit dye onsilk fabrics

從表1的亮度參數(shù)L可以看出，韭蓮果實(shí)天然染料對(duì)蠶絲織物直接染色后顏色較淺，除了硫酸銅同媒和后媒染色外，媒染染色后織物都比直接染色深。從色相參數(shù)h可以看出，不同染色方法，染色后織物色相差別較大，有藍(lán)紫、藍(lán)、藍(lán)灰等顏色。不同媒染方法相比較，對(duì)于四種不同媒染劑，預(yù)媒染色都可染得最深的顏色。

媒染染色方法具有增深效果，如2.1.2研究結(jié)果所示，天然色素多數(shù)會(huì)與金屬離子產(chǎn)生螯合作用，而在染色過(guò)程中金屬離子亦可以起到媒介的作用。

2.3 染色色牢度

對(duì)韭蓮果實(shí)天然染料直接染色和預(yù)媒染色后的蠶絲織物進(jìn)行皂洗色牢度和摩擦色牢度測(cè)試，考查染色質(zhì)量，結(jié)果如表2所示。與直接染色蠶絲織物相比，媒染工藝染色蠶絲織物的耐洗色牢度和耐摩擦色牢度有不同程度的提高。

表2 韭蓮果實(shí)天然染料蠶絲織物的染色牢度Tab.2 The color fastness of zephyranthes carinata fruit dye onsilk fabrics

3 結(jié)論

從韭蓮果實(shí)中提取天然染料，用于蠶絲織物的染色。研究了pH值和金屬離子對(duì)天然染料顏色特征的影響和韭蓮果實(shí)天然染料對(duì)蠶絲織物的染色特性，結(jié)果如下:

1)從顏色上來(lái)看，染液在酸性條件下多表現(xiàn)為紅色調(diào)，在中性表現(xiàn)為藍(lán)色，而堿性條件下表現(xiàn)為綠至黃色，顏色表現(xiàn)上較豐富。金屬離子的加入對(duì)于染液的顏色有明顯的增深作用。

2)預(yù)媒染色工藝可以染得比直接染色深的顏色。

3)與直接染色蠶絲織物相比，媒染工藝染色蠶絲織物的耐洗色牢度和耐摩擦色牢度有不同程度的提高。

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