天然紅曲色素的真絲綢染色

任 燕，徐成書(shū)，胥小鳳

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安710048）

0 引 言

多數(shù)紅曲色素的生產(chǎn)是利用傳統(tǒng)的固體發(fā)酵法，先用紅曲菌發(fā)酵產(chǎn)生紅曲米，再?gòu)募t曲米中提取紅曲色素［1］.目前，人們對(duì)紅曲色素的研究多圍繞食品科學(xué)、生物科學(xué)等領(lǐng)域展開(kāi)，將其對(duì)紡織品進(jìn)行染色的研究較少.對(duì)紅曲色素的真絲綢染色進(jìn)行相關(guān)研究，旨在豐富紡織品用天然染料的品種.文獻(xiàn)［1］對(duì)天然染料的羊毛及蠶絲染色中提及了紅曲色素，證明其作為天然染料的可行性；文獻(xiàn)［2］對(duì)高粱紅天然染料對(duì)羊毛織物的媒染染色進(jìn)行過(guò)相關(guān)細(xì)致的研究；文獻(xiàn)［3］也對(duì)紅曲色素的穩(wěn)定性及色階的提高進(jìn)行了相關(guān)研究；文獻(xiàn)［4］對(duì)稀土在植物染料染色中的媒染作用進(jìn)行了大量的研究，證明稀土在纖維上的媒染應(yīng)用切實(shí)可行.文中以稀土作為媒染劑，采用紅曲色素對(duì)真絲綢進(jìn)行染色，旨在滿足印染行業(yè)所倡導(dǎo)的“綠色環(huán)保、節(jié)能減排”.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 03雙縐真絲織物（市購(gòu)），紅曲色素（粉末狀，西北農(nóng)林科技大學(xué)提供）.

1.1.2 化學(xué)品 滲透劑JFC（工業(yè)級(jí)），稀土（分析純），明礬（分析純），硫酸亞錫（分析純），硫酸鋁（分析純），醋酸（分析純），純堿（分析純），皂洗劑（工業(yè)級(jí)）.

1.1.3 儀器 SDM2－12－140型高溫樣品染色機(jī)，CP313型電子天平，UV－1800PC紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)，YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀，愛(ài)色麗Color i7分光測(cè)色儀，RP－150U可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱，KYKY2800B掃描電子顯微鏡，Y571B紡織品耐摩擦色牢度儀，SW－12A紡織品耐洗色牢度測(cè)試儀.

1.2 方法

1.2.1 染浴組成及染色工藝 紅曲色素用量為8%（o.w.f），媒染劑用量為6%（o.w.f），染浴p H 值為3，染色溫度85℃，染色時(shí)間30min；后媒法染色時(shí)媒染溫度85℃，媒染時(shí)間30min，浴比50∶1.為保證勻染，染色時(shí)的升溫速率都控制在1℃/min.染色工藝曲線如圖1所示.直接染色的染色工藝按照?qǐng)D1（a）曲線進(jìn)行，但在加料時(shí)僅加染料而不加媒染劑.

圖1 染色工藝曲線Fig.1 The curve of dyeing process

1.2.2 后處理工藝 染色結(jié)束后，后處理工藝流程為：50℃水洗10min，中性洗滌劑1.0g/L，70℃皂洗15min，最后再50℃水洗10min，浴比50∶1.實(shí)驗(yàn)中如無(wú)特別說(shuō)明，所有染色工藝結(jié)束后均采用上述后處理工藝.

1.2.3 測(cè)試方法 光譜曲線的描繪：取2g/L紅曲色素母液3m L，p H＝3，6.4，10（p H 值3，10為酸或堿調(diào)節(jié)值，6.4是水的p H值），緩沖溶液稀釋至90m L，常溫放置30min，觀察顏色變化，并用UV－1800PC紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，得出相應(yīng)的光譜曲線.

織物表觀深度K/S值的測(cè)試：采用X－rite Color i7測(cè)色配色系統(tǒng)，D65光源，10°觀察角，被測(cè)織物折疊4層，正反兩面各測(cè)試兩次，每塊織物測(cè)試4次取平均值作為K/S值.

參照GB/T3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行耐摩擦色牢度測(cè)試，GB/T 3921.1—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度》進(jìn)行耐皂洗色牢度測(cè)試，GB/T8427—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味取愤M(jìn)行耐日曬色牢度測(cè)試.

2 結(jié)果與討論

2.1 紅曲色素在不同p H值下的光譜曲線

分別用醋酸－醋酸鈉緩沖體系、純堿來(lái)調(diào)節(jié)染浴的p H值，加入相同用量的紅曲色素，用紫外－可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)試紅曲色素的光譜曲線，結(jié)果如圖2所示.

由圖2可知，隨著p H值的增大，紅曲色素的吸收波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)，說(shuō)明紅曲色素在堿性條件下發(fā)生了一定程度的分解［5］.整體來(lái)說(shuō)，紅曲色素在

p H值為3～6時(shí)穩(wěn)定性較好；p H＞6時(shí)，顏色會(huì)發(fā)生變化，且從光譜曲線的面積來(lái)看，紅曲紅素在酸性條件下的吸收強(qiáng)度明顯大于堿性條件.所以，紅曲色素用于紡織品染色，p H值在3左右較合適.

圖2 紅曲色素在不同p H下的光譜曲線Fig.2 The spectral curve of monascus pigment in different p H value

2.2 媒染劑及其用量的選擇

天然染料染色若要獲得牢固濃深的顏色，媒染劑的選擇和媒染方式至關(guān)重要［6－8］.選用稀土、明礬、硫酸鋁和硫酸亞錫作為媒染劑，媒染劑的用量分別為0%（o.w.f），2%（o.w.f），4%（o.w.f），6%（o.w.f），8%（o.w.f），10%（o.w.f），其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行，測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖3所示.

從圖3可知，不同種類的媒染劑，對(duì)天然染料的絡(luò)合能力及媒染程度不盡相同.媒染劑硫酸鋁在用量為6%（o.w.f）時(shí)，被染織物具有較深的K/S值；3%（o.w.f）用量的明礬和6%（o.w.f）用量的稀土在進(jìn)行媒染時(shí)，可使被染織物具有次深的表觀深度；硫酸亞錫的媒染效果是四者中最差的.結(jié)合天然染料染色的初衷，即自然、環(huán)保、綠色，重鉻酸類的媒染劑雖然用量少且效果佳，但環(huán)境污染大，硫酸鋁及硫酸亞錫也存在同樣的問(wèn)題.最終選擇稀土作為紅曲色素真絲染色的媒染劑，用量為6%（o.w.f）.

2.3 媒染染色工藝

選用稀土作為媒染劑，用量分別為0%（o.w.f），2%（o.w.f），4%（o.w.f），6%（o.w.f），8%（o.w.f），10%（o.w.f），分別采用預(yù)媒染法、同浴媒染法和后媒染法3種染色工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行.測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖4所示.

圖3 媒染劑對(duì)染色效果的影響Fig.3 Effect of mordant to dyeing efficiency

圖4 媒染工藝對(duì)染色效果的影響Fig.4 Effect of mordant method to dyeing efficiency

從圖4可知，后媒染色法相較于其他兩種媒染方法，可使被染織物具有更高的染色深度，而預(yù)媒染法比同浴媒染法的染色效果佳.從圖1（c）后媒法染色的染色工藝包括上染和媒染兩過(guò)程，保證了紅曲色素先均勻上染再媒染，勻染和透染性好，但能源消耗大，較費(fèi)時(shí).圖1（a）同浴媒染法是將染料與媒染劑放在同一染浴中染色，這就要求染料有很好的溶解度以及對(duì)被染織物有較好的親和力.通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，同浴媒染法雖工藝簡(jiǎn)單、染色時(shí)間短，但不適合紅曲色素的真絲染色，因?yàn)榧t曲色素的水溶性較差，所以，選擇后媒染法.

2.4 紅曲色素真絲染色工藝中主要因素的優(yōu)化

對(duì)影響紅曲色素的后媒法染色工藝中主要因素進(jìn)行工藝優(yōu)化，優(yōu)化時(shí)染料用量選用8%（o.w.f），媒染劑稀土的用量選用6%（o.w.f）.

2.4.1 染色浴p H影響 令染色浴的p H＝3，5，7，9，11進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行，測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖5所示.

圖5 染色浴p H值的影響Fig.5 Effect of p H value of dyeing bath

圖6 媒染液p H值的影響Fig.6 Effect of p H value of mordant dyeing bath

由圖5可知，隨著染色浴的p H值由酸性變至堿性，被染織物的K/S值隨之降低.蠶絲織物的等電點(diǎn)是3.5～5.2，適合的染色p H值應(yīng)在酸性條件下.蠶絲織物在酸性條件下發(fā)生電離，氨基質(zhì)子化后帶正電，若酸性越強(qiáng)，蠶絲織物還會(huì)發(fā)生超當(dāng)量吸附，所以強(qiáng)酸性浴條件下織物的得色最深；隨著p H的升高，蠶絲織物的正電性減弱，織物上的得色量降低.通過(guò)對(duì)紅曲色素光譜曲線的分析，紅曲色素的最佳上染p H也是在酸性條件下，且堿性條件會(huì)使色素發(fā)生一定程度的分解，勢(shì)必會(huì)造成得色量的下降.所以，染色浴的p H應(yīng)控制在3.

2.4.2 媒染染浴p H的影響 媒染浴的p H同樣對(duì)染色效果有重要的影響.令媒染染浴的p H＝2，3，4，5，6，8，其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行，測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖6所示.

從圖6可知，隨著媒染染浴p H值的增大，織物染色的深度K/S值呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，這說(shuō)明媒染劑稀土與紅曲色素染料發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)的適宜條件依然是酸性條件，紅曲色素在蠶絲纖維上的吸附是色素陰離子與纖維上質(zhì)子化的氨基作用.但是，p H＝2，酸性過(guò)強(qiáng)不僅對(duì)蠶絲的損傷大，對(duì)設(shè)備也會(huì)造成腐蝕；隨著媒染染浴p H的增大，尤其是大于5，超過(guò)蠶絲的等電點(diǎn)后，被染織物的K/S值明顯下降，因?yàn)樵谶@種條件下，蠶絲織物上質(zhì)子化氨基的數(shù)量減少，離子化羧基的數(shù)量增加，且堿性增強(qiáng)還會(huì)使色素的水解程度增大.綜合考慮，媒染浴的p H定為3.

2.4.3 媒染溫度的影響 將媒染的溫度設(shè)為變量，分別為55℃，65℃，75℃，85℃，95℃，其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行，測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖7所示.

從圖7可知，紅曲色素的真絲綢染色媒染溫度在85～95℃時(shí)，媒染效果最好，被染織物的K/S值最高.媒染過(guò)程中溫度越高，媒染的速度越快，有利于纖維—稀土—染料絡(luò)合體系的形成，相應(yīng)媒染的效果也最好.但真絲綢質(zhì)地輕薄，高溫染色后因表面擦傷會(huì)失去原有的光澤，且易出現(xiàn)灰傷疵病.故將媒染溫度定為85℃.

圖7 媒染溫度的影響Fig.7 Effect of temperature of mordant dyeing

圖8 媒染時(shí)間的影響Fig.8 Effect of time of mordant dyeing

2.4.4 媒染時(shí)間的影響 令媒染時(shí)間分別為20 min，30 min，40 min，50 min，60min，其他染色工藝條件按照方法1.2進(jìn)行，測(cè)試被染織物的K/S值，結(jié)果如圖8所示.

由圖8可知，媒染時(shí)間對(duì)紅曲色素媒染效果呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì).當(dāng)媒染時(shí)間為40min時(shí)，被染織物的K/S值最高，時(shí)間再延長(zhǎng)，K/S值反而下降.紅曲色素不適合長(zhǎng)時(shí)間高溫染色，長(zhǎng)時(shí)間高溫會(huì)增加色素的水解，從而使得被染織物的表觀深度降低.為順應(yīng)節(jié)能降耗，最終選擇媒染時(shí)間為30min.

2.5 各項(xiàng)牢度測(cè)試

真絲綢采用天然紅曲色素染色結(jié)束后，按照1.3中的測(cè)試方法對(duì)被染樣品進(jìn)行各項(xiàng)牢度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示.

表1 各項(xiàng)色牢度測(cè)試結(jié)果Table 1 The results of color fastness test

由表1可知，天然染料紅曲色素對(duì)真絲綢染色后織物的各項(xiàng)牢度不及酸性染料的真絲綢染色樣品，直接染色的蠶絲織物牢度更差.多數(shù)的天然染料均與纖維之間無(wú)直接性或親和力，不采用媒染劑進(jìn)行絡(luò)合作用，染料與纖維間結(jié)合力極弱，勢(shì)必會(huì)使得被染織物的各項(xiàng)色牢度變差；酸性染料真絲綢染色，染料與纖維間形成離子鍵結(jié)合，牢度較好.但天然染料紅曲色素經(jīng)合適媒染劑進(jìn)行媒染絡(luò)合后，也可提高牢度，因?yàn)槿玖稀饺緞w維之間形成了絡(luò)合產(chǎn)物.

3 結(jié) 論

（1）天然紅曲色素的真絲綢染色可以采用稀土作為媒染劑，媒染劑的用量為6%（o.w.f）.

（2）后媒法染色工藝較預(yù)媒法染色和同浴媒法染色更適于天然紅曲色素的染色.

（3）最佳的后媒法染色工藝為：在紅曲色素用量為8%（o.w.f）時(shí)，染色浴p H值控制在3～4，媒染劑用量6% （o.w.f），媒染液p H值控制在3，媒染溫度85℃，媒染時(shí)間30min，浴比50∶1，真絲織物具有理想的表觀深度.

（4）天然染料染色真絲綢織物的各項(xiàng)色牢度不及酸性染料染色真絲綢，耐日曬色牢度差.

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