超聲波對(duì)黃連染苧麻織物染色性能的影響

裴家鳳，付成款，柯貴珍（武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

超聲波對(duì)黃連染苧麻織物染色性能的影響

裴家鳳，付成款，柯貴珍*
（武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073）

天然植物黃連既是著名的中草藥，也是常用黃色植物染料。通過(guò)超聲波對(duì)黃連植物染料進(jìn)行萃取并對(duì)苧麻機(jī)織物進(jìn)行染色，比較了超聲波法與常規(guī)法萃取染液的萃取率、染色情況及織物色牢度，探討兩種方法染色中染料濃度、染色時(shí)間、溫度及不同染色介質(zhì)對(duì)麻織物k/s值的影響。結(jié)果表明，超聲波法可提高黃連染料的萃取率，并賦予苧麻織物較好的上染效果，提高染色牢度。所得到的染色最佳工藝條件為染液濃度X1，染色溫度為70℃，染色時(shí)間為40m in。

天然染料；植物染料；黃連；超聲波法；染色

1　前言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平的日益提高，人們更加關(guān)注自身的健康和美觀，對(duì)服裝的要求逐漸趨向于舒適化，自然化和高檔化。消費(fèi)者對(duì)紡織品安全和環(huán)保性能的要求不斷提高，而天然染料屬于環(huán)保型染料并兼有一定的保健功能，因此又重新受到重視和青睞。然而，天然染料存在對(duì)纖維的親和力低，色牢度差等缺點(diǎn)，為了優(yōu)化天然染料的染色性能，人們也做了不少的嘗試，目前用的較多的方法是媒染法，但是媒染法中所用到的媒染劑多數(shù)是含有金屬離子的化學(xué)藥品，這與利用天然染料綠色、健康，對(duì)人體無(wú)危害的染色理念相違背的，所以我們采用超聲波這種簡(jiǎn)單、方便的方法來(lái)提取染料以及對(duì)織物進(jìn)行染色。

紡織品加工工藝屬于液液、液固相體系，因此對(duì)超聲波的研究非常重要[1]。超聲波在紡織品濕加工過(guò)程中，可以明顯提高染色速度，提高染料的上染率，具有縮短加工時(shí)間。降低纖維損傷、提高生產(chǎn)效率的優(yōu)點(diǎn)[2-3]。在液相介質(zhì)有分散、 攪拌、消解、提高化學(xué)反應(yīng)效率的作用。Vankar等將超聲波染色應(yīng)用在幾種天然染料染色中，顯著增強(qiáng)染色織物的可染性、染色深度、色牢度(與傳統(tǒng)染色法比較)。近年來(lái)，超聲波技術(shù)不斷在紡織品加工中應(yīng)用，人們對(duì)各種纖維的染色加工進(jìn)行了超聲波的應(yīng)用研究，然而，這些研究所用的染料都是化學(xué)合成染料，而針對(duì)天然染料染色性能的研究甚少[4]。

同時(shí)，苧麻纖維是一種性能優(yōu)良的麻類(lèi)纖維，用我國(guó)傳統(tǒng)中藥材的黃連對(duì)其進(jìn)行染色，符合當(dāng)前服飾發(fā)展的潮流，符合人們同時(shí)追求美和健康的要求，具有很大的應(yīng)用前景。

黃連，多年生草本植物，屬毛茛科黃連屬。黃連是40種大宗中藥材之一，而且也是30種名貴中藥材之一。黃連素是為數(shù)不多的陽(yáng)離子天然染料之一[5-6]，具有一定的抗菌性和熒光效率[7-8]。黃連染料屬陽(yáng)離子天然染料，對(duì)纖維素纖維的親和力較差。為了改善黃連植物染料的染色性能及提取效率，本文采用超聲波技術(shù)對(duì)麻織物黃連染色進(jìn)行了相關(guān)研究，通過(guò)在萃取以及染色工藝中的應(yīng)用，探討了提高黃連染料染色性能的最佳工藝。

2　實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)材料及儀器

2.1.1實(shí)驗(yàn)材料

黃連(市購(gòu))、常規(guī)苧麻織物。

2.1.2實(shí)驗(yàn)試劑及藥品

NaOH固體、蒸餾水、皂片。

2.1.3實(shí)驗(yàn)儀器

表1　實(shí)驗(yàn)主要儀器名稱(chēng)、型號(hào)及廠家

2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法

2.2.1黃連染液的提取

采用直接水煮方式來(lái)提取黃連染液，稱(chēng)取兩份黃連藥材各30g，加水浸泡60min，加水500ml，分別在80℃的和超聲波清洗儀水浴鍋內(nèi)水浴煮50min后過(guò)濾，將濾渣加等量的水再在80℃水浴鍋和超聲波清洗儀內(nèi)煮60min，過(guò)濾，合并兩次濾液,分別加水定容至1000ml作為染液備用，此原液濃度分別為X1、X2，將原液分別稀釋至X1/1000、X2/1000，用島津UV一2550型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)其全譜。

2.2.2織物的預(yù)處理

將苧麻織物剪成重約1.28g的布樣，在含有5g/L純堿、4g/L皂片的煮練液中煮練30min（煮練溫度為60℃，浴比為1:50）。然后水洗，烘干。

2.2.3染色工藝

工藝流程：前處理布→超聲波/常規(guī)染色（將裝有布樣和染液的燒杯放入超聲波儀/水浴鍋中加熱）→水洗→烘干。

2.3染色效果實(shí)驗(yàn)

2.3.1濃度影響實(shí)驗(yàn)

將超聲波條件下提取的備用液分別稀釋至 x1/16、 x1/8、 x1/4、 x1/2，在超聲波和常規(guī)條件下依次對(duì)織物進(jìn)行染色。染色溫度為60℃，染色時(shí)間為30min，浴比為1：50。

2.3.2溫度和時(shí)間影響實(shí)驗(yàn)

將超聲波條件下提取的備用液稀釋至 x1/3，染色溫度分別取60℃、70℃、80℃，對(duì)織物進(jìn)行染色，同時(shí)，染色時(shí)間分別取5min、10min、20min、30min、40min、50min。浴比為1：50。

2.4測(cè)試方法

2.4.1染色效果測(cè)試

天然染料對(duì)苧麻織物的染色效果用K/S值來(lái)表示，采用全自動(dòng)測(cè)配色儀來(lái)測(cè)試。在每塊試樣上取三個(gè)不同的點(diǎn)來(lái)測(cè)量其K/S值，得出三個(gè)點(diǎn)K/S的平均值。K/S值越大表示黃連染料在苧麻上的上染量越多，染色效果越好。

2.4.2染色牢度測(cè)試

依據(jù)GB/T3921（1）-1999《耐洗色牢度的檢測(cè)方法》和GB/T3920-1997《耐摩擦色牢度》標(biāo)準(zhǔn)為例來(lái)進(jìn)行測(cè)試。分別測(cè)出超聲波法和常規(guī)法確定的最佳染色效果的織物色牢度處理前后的 L*、a*、b*三項(xiàng)數(shù)值，應(yīng)用CIE出版物第12.5號(hào)所給的公式，將色牢度處理前后的L*、a*、b*三項(xiàng)數(shù)值用以計(jì)算CIELAB為單位表示的色差值，即：

CIELAB公式評(píng)級(jí)范圍見(jiàn)表2。

表2　CIELAB公式評(píng)級(jí)范圍

3　結(jié)果與討論

3.1超聲波與常規(guī)萃取染液的萃取率

圖1是采用不同方法對(duì)黃連染材萃取的染液可見(jiàn)光-紫外線光譜圖。

從圖1可以看出，超聲波法萃取的黃連染液的吸光度明顯高于常規(guī)法萃取液。這是因?yàn)樵诔暡ǖ膭×覕嚢琛⒄鹗幾饔孟?，?huì)產(chǎn)生空穴效應(yīng)，即聲空化。在染浴中超聲波使極細(xì)的空化泡形成和破裂，因而在極小的范圍內(nèi)增加壓力和溫度，瞬間是分子的動(dòng)能增加。從而有利于植物黃連中的有色物質(zhì)向水中擴(kuò)散。

圖1　不同方法萃取染液的可見(jiàn)光-紫外線光譜圖

圖2　染液濃度與上染效果的關(guān)系

3.2染色效果實(shí)驗(yàn)

3.2.1濃度的影響

染液濃度與染色k/s值的關(guān)系見(jiàn)圖2。染色溫度為60℃，染色時(shí)間為30min，浴比為1:50。

由圖2可知，染料在超聲波條件下較之在常規(guī)條件下更易于染到織物上。在濃度為X1/2之前上染效果提高趨勢(shì)明顯，而在X1/2之后上染率提高趨勢(shì)略有平緩，由圖形趨勢(shì)可以推斷出隨著染液濃度的繼續(xù)增加，上染效果提高的趨勢(shì)將趨于平緩。這可能與麻纖維在超聲波作用下纖維微觀結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。當(dāng)傳播能量的超聲波作用于纖維時(shí)，在機(jī)械作用的影響下，必在纖維材料無(wú)定形區(qū)的空隙產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變能的集中，其能量會(huì)產(chǎn)生微晶之間的錯(cuò)位，導(dǎo)致結(jié)晶度下降，無(wú)定形區(qū)的含量增加或空隙增大。因此，染料的擴(kuò)散速率加快，當(dāng)染液濃度也增加使，進(jìn)入纖維內(nèi)部的染料分子數(shù)目增加，從而染料的上染效果提高。

3.2.2時(shí)間及溫度的影響

（1）圖3，圖4，圖5分別為染色溫度在60℃，70℃，80℃條件下，染色時(shí)間從5min到50min的k/s值曲線圖。

圖3　60℃條件下染色時(shí)間與k/s值關(guān)系

圖4　70℃條件下染色時(shí)間與k/s值關(guān)系

由圖3，圖4，圖5可知，同常規(guī)法相比較，經(jīng)過(guò)超聲波處理后的苧麻織物能很快吸附染料，且隨著時(shí)間的增加，上染效果上升明顯。這可能是因?yàn)殡S著超聲波作用的時(shí)間的延長(zhǎng)，使纖維無(wú)定形區(qū)的分子鏈活動(dòng)性增強(qiáng)或纖維內(nèi)孔道變大，導(dǎo)致更多的染料進(jìn)入纖維內(nèi)部，上染效果改善。隨時(shí)間延長(zhǎng)，上染率增加，曲線均在40min后趨于平緩。這可能是由于超過(guò)40min后，吸附到纖維上的染料基本達(dá)到飽和狀態(tài)，繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間，無(wú)論是超聲波還是常規(guī)染色，織物的上染效果都不會(huì)明顯增加，因此40min為適宜染色時(shí)間。

（2）圖6，圖7分別表示在超聲波和常規(guī)條件下，染色溫度為60℃，70℃，80℃的k/s值關(guān)系曲線圖。

圖5　80℃條件下染色時(shí)間與k/s值關(guān)系

圖6　超聲波法染色

由圖6，圖7可知，兩種染色條件下k/s值變化趨勢(shì)相似；在染色溫度為60℃到70℃時(shí)，k/s值增大，上染效果明顯改善，但是染色溫度在80℃時(shí)k/s值明顯下降。這可能是因?yàn)樵?0℃之前達(dá)不到染料分子運(yùn)動(dòng)所需的能量，隨溫度升高分子布朗運(yùn)動(dòng)加速，利于染料分子在織物表面的吸附，所以染色效果隨溫度升高而提高。但是當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)破壞植物染料的化學(xué)結(jié)構(gòu)，使之達(dá)不到理想的效果。對(duì)于超聲波染色，除了上述條件之外，從聲空化效應(yīng)的角度而言，隨溫度升高，蒸汽壓上升，空穴泡開(kāi)始收縮時(shí)的泡內(nèi)壓力降低，又會(huì)導(dǎo)致聲空化強(qiáng)度或聲空化效應(yīng)下降。因此，為獲得盡可能大的空穴效應(yīng)，應(yīng)在較低的溫度條件下工作。綜合考慮取70℃為最佳上染溫度。

3.3超聲波對(duì)染色牢度的影響

表3是常規(guī)法和超聲波法條件下苧麻織物黃連植物最佳染色條件下染色后的色牢度測(cè)試結(jié)果。

圖7　常規(guī)法染色

表3　苧麻織物黃連植物染料不同染色方法色牢度

由表3可知，苧麻織物超聲波染色的色牢度優(yōu)于常規(guī)法染色的工藝。超聲波染色可以提高黃連植物染料在苧麻織物上的色牢度，并且皂洗后織物色澤變得鮮艷。這主要是因?yàn)椋阂环矫妫暡▽?duì)黃連染料的解聚和擴(kuò)散作用，有助于增強(qiáng)染料和纖維的結(jié)合力，使染色牢度有所提高；另一方面，經(jīng)過(guò)皂洗，附著于織物上的非染料組分脫落，而主體染料分子卻保留在織物上，使織物的顏色變得更加鮮艷。由此可以得出結(jié)論，在苧麻織物染色中，超聲波不僅不影響織物的皂洗牢度，還能提高染色物的牢度，改善產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)品的附加值，更體現(xiàn)了超聲波法染色的實(shí)用性與優(yōu)越性。

4　結(jié)論

（1）超聲波法與常規(guī)萃取法相比，在較低的溫度下，可以獲得較高的萃取率。

（2）采用超聲波法對(duì)苧麻織物進(jìn)行黃連染色，可以再使用較少的染料的前提下，染料的吸附量更多，獲得較好的上染效果，同時(shí)，也可縮短染色時(shí)間。從而達(dá)到節(jié)約成本和降低環(huán)境污染的目的。苧麻織物黃連染色的較理想的染色工藝為：染液濃度X1，染色溫度為70℃，染色時(shí)間為40min。

（3）采用超聲波法對(duì)苧麻織物進(jìn)行染色，可提高黃連染料的染色牢度。

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Ultrasonic Effect on The Properties of Rhizoma Coptidis Dye Dyeing of Ramie Fabrics

PEI Jia-feng, FU Cheng-kuan, KE Gui-zhen
( College of Textile, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China）

Natural plant berberine is a famous Chinese herbal medicine, which is also commonly used as the yellow vegetable dyes. By extracting berberine dye and dying ramie fabric through ultrasonic, comparing the extraction rate of berb,erine extract, dyeing conditions and color fastness through ultrasonic and common methods,,we discussed these two dyeing methodsinfluence of dyeing time, dyeing temperature and different dyeing medium on ramie fabrics k/s value. The results show that: it can improve the extraction rate of berberine dye, and get better dyeing effect. We got the best dyeing condition the dyeing medium is X1,the temperature is 70℃,the dyeing time is 40min.

natural dyes; vegetable dyes; berberine; ultrasonic; dyeing

TS193.632

A

2095－414X(2015)06－0016－05

柯貴珍（1976-），女，副教授，研究方向：紡織品設(shè)計(jì)及檢驗(yàn).