棉織物陽(yáng)離子改性及艾蒿天然色素染色

任洪利，吳贊敏，李志強(qiáng)

(1.天津工業(yè)大學(xué) ，天津 300387;2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387 )

?

棉織物陽(yáng)離子改性及艾蒿天然色素染色

任洪利1，2，吳贊敏1，2，李志強(qiáng)1，2

(1.天津工業(yè)大學(xué) ，天津 300387;2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387 )

摘要：艾蒿天然色素在水中以染料陰離子的形式存在，與棉纖維親和力低。為提高染色深度及牢度，采用陽(yáng)離子改性劑LD-8202對(duì)棉纖維進(jìn)行改性，文章探討了改性劑用量、改性時(shí)間、Na2CO3用量及改性溫度對(duì)棉織物染色性能的影響，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了改性工藝。通過(guò)UPF值測(cè)試得知，艾蒿色素可以賦予改性棉織物良好的抗紫外性。

關(guān)鍵詞：棉織物；改性；艾蒿；抗紫外

1　前言

天然染料的使用有著悠久的歷史，其環(huán)境相容性和生物可降解性是合成染料無(wú)法比擬的，天然染料的開發(fā)符合我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的的理念[1]。此外，部分天然染料還有藥用價(jià)值，使得染色后的織物具有保健功能[2-3]。

艾蒿，又名艾葉、艾草，為菊科類多年生草本植物。艾蒿生物資源豐富，在我國(guó)東北地區(qū)、華北地區(qū)、華東地區(qū)均有廣泛分布[4]。其主要成分包括：揮發(fā)油類、黃酮類、桉葉烷類和三菇類化合物[5-6]。艾蒿在我國(guó)古代常用作中藥使用，具有利尿、解熱、凈血和補(bǔ)血的功能；其氣味有驅(qū)蚊、松弛緊張的作用，同時(shí)也可以起到穩(wěn)定情緒、鎮(zhèn)定身心的功能[7]。艾蒿中的黃酮類化合物具有很強(qiáng)的抗氧化性，能夠起到抗氧化、抑菌和清除自由基等作用，具有很好的開發(fā)利用價(jià)值[8-9]。以艾蒿色素提取液直接上染棉織物，上染率及染色牢度極低，不具備研究?jī)r(jià)值。

本實(shí)驗(yàn)采用陽(yáng)離子改性劑LD-8202對(duì)棉織物進(jìn)行改性，使其在水中帶正電，增大與艾蒿天然染料的親和力，以提高染色深度及牢度。

2　實(shí)驗(yàn)部分

2.1實(shí)驗(yàn)材料及試劑

棉織物18.2/18.2 268/268(半漂)、艾蒿(產(chǎn)自河南洛陽(yáng))、陽(yáng)離子改性劑LD-8202、氫氧化鈉(分析純)、鹽酸(分析純)、Na2CO3(分析純)等。

2.2實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平(沈陽(yáng)龍騰電子有限公司)、高速中藥粉碎機(jī)(鄭州長(zhǎng)城科技貿(mào)工有限公司)、恒溫水浴鍋(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司)、Data Color SF 600 Plus電腦測(cè)色儀(美國(guó)Data Color 公司)、耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(江蘇省無(wú)錫縣紡織儀器廠)、摩擦牢度儀(溫州方圓儀器有限公司)、酸度計(jì)(天津市盛邦電器廠)、防紫外測(cè)試系統(tǒng)(英國(guó)SDL公司)。

2.3艾蒿色素的提取

將干燥的艾蒿在粉碎機(jī)中粉碎處理，過(guò)60目篩，稱取一定質(zhì)量的艾蒿粉末，用無(wú)水乙醇按1∶15的比例溶解，調(diào)整其pH=7，在70℃的超聲波清洗機(jī)中浸提40min，取出后立即用循環(huán)真空泵抽慮，然后經(jīng)離心機(jī)離心，取上層清液稀釋2倍后作為染液進(jìn)行染色。

2.4棉纖維改性

對(duì)棉纖維改性工藝流程如圖1所示。

圖1　棉纖維改性工藝流程

在進(jìn)行改性工藝前，先將棉織物在室溫下用滲透劑處理5min以保證改性效果，室溫下加入改性劑處理10min后加入Na2CO3并逐步升溫，在規(guī)定溫度下改性一定時(shí)間后取出水洗烘干，分別在不同梯度的改性劑用量、改性溫度、改性時(shí)間及Na2CO3用量下進(jìn)行改性處理，改性后棉織物采用直接水浴染色，以織物的表觀染色深度(K/S值)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化改性工藝[10]。

2.5測(cè)試分析

2.5.1染色后織物的K/S值

利用Data Color SF 600 Plus電腦測(cè)色儀測(cè)量織物的表觀染色深度，10°視角D65光源，織物折疊4次，在不同的部位測(cè)量3次取平均值[11]。

2.5.2染色牢度測(cè)試

根據(jù)GB/T 3921-2008測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定染色后織物的皂洗牢度；根據(jù)GB/T 8427—1998標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定染色后織物的耐日曬牢度；根據(jù)GB/T 3920-2008標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定染色后織物的耐摩擦牢度。

2.5.3抗紫外測(cè)試(UPF)

使用紫外防護(hù)測(cè)試儀測(cè)試UPF,UVA,UVB的值。

3　結(jié)果與討論

3.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.1.1改性劑用量的優(yōu)化

圖2為在80℃下，Na2CO3用量為15g/L時(shí)改性30min后，改性劑用量與織物K/S值的變化關(guān)系。由下圖可以看出，隨著改性劑用量的增加，染色后織物的K/S值迅速增大，因?yàn)楦男詣┡c棉纖維反應(yīng)后，使纖維帶正電，增大了與天然染料陰離子的親和力，從而提高了上染率；當(dāng)改性劑用量達(dá)到6g/L時(shí)，改性效果趨于飽和，繼續(xù)增加改性劑濃度，織物的K/S值變化不明顯，原因是季銨鹽型改性劑LD-8202與棉纖維反應(yīng)存在一個(gè)飽和值，在6g/L的改性劑濃度下棉纖維與改性劑基本已經(jīng)反應(yīng)完全。

圖2　改性劑用量對(duì)改性效果的影響

3.1.2改性時(shí)間的優(yōu)化

圖3是在80℃下，Na2CO3和改性劑的用量分別為15g/L、6g/L時(shí)，改性時(shí)間與織物K/S值的變化關(guān)系。由圖可知，隨著改性時(shí)間的延長(zhǎng)，織物的K/S值緩慢增大，在30～40min后達(dá)到最大值，而后出現(xiàn)下降的趨勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)改性時(shí)間對(duì)織物的K/S影響不明顯，說(shuō)明陽(yáng)離子改性劑LD-8202與棉纖維的反應(yīng)活性高，加入改性劑后可以迅速完成反應(yīng)，達(dá)到改性的效果。在40min后織物的K/S值下降，原因可能是在長(zhǎng)時(shí)間加熱條件下，改性劑會(huì)發(fā)生某些副反應(yīng)導(dǎo)致一定程度的分解。

圖3　改性時(shí)間對(duì)改性效果影響

3.1.3Na2CO3用量的優(yōu)化

由圖4可以看出，在80℃改性劑用量6g/L改性時(shí)間為30min的條件下，織物的K/S值隨著Na2CO3濃度的增加而增大，因?yàn)镹a2CO3作為反應(yīng)體系的催化劑，可以加快改性劑與棉纖維的反應(yīng)速度，使反應(yīng)更加完全；在Na2CO3濃度為15g/L時(shí)達(dá)到最佳用量，此時(shí)織物的K/S值最大；當(dāng)Na2CO3濃度高于15g/L后織物的K/S值明顯降低，因?yàn)樵谳^高濃度的Na2CO3下，改性劑會(huì)發(fā)生水解，導(dǎo)致與棉纖維反應(yīng)的改性劑濃度降低，不利于改性的進(jìn)行。

圖4　Na2CO3用量對(duì)改性效果的影響

3.1.4改性溫度的優(yōu)化

在改性劑用量為15g/L，Na2CO3用量15g/L，改性時(shí)間30min下進(jìn)行改性處理，織物的K/S值隨改性溫度的變化如圖5所示。由圖中可以看出隨著改性溫度的升高，織物的K/S值及近似正比的關(guān)系迅速增大，其原因是在較低溫度下達(dá)不到改性劑與纖維反應(yīng)的活化能，導(dǎo)致反應(yīng)緩慢，隨著溫度的升高，改性劑分子的熱動(dòng)能增加，使其更易擴(kuò)散到纖維內(nèi)部，與纖維反應(yīng)更加徹底。當(dāng)溫度達(dá)到80℃后，繼續(xù)升溫，織物的K/S值迅速降低，這是由于溫度過(guò)高改性劑發(fā)生分解引起的。

圖5　改性溫度對(duì)改性效果的影響

3.2正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以改性劑用量、改性時(shí)間、Na2CO3用量為及改性溫度作為因素的四因素三水平正交試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，改性后的棉織物對(duì)艾草色素的親和力顯著增強(qiáng)，通過(guò)改性正交實(shí)驗(yàn)得出改性的最佳條件為：時(shí)間30min，溫度80℃，改性劑用量為8g/L，堿用量為15g/L。影響改性效果的因素從大到小排序是：改性劑用量>純堿用量>改性溫度>改性時(shí)間。

3.3染色牢度的測(cè)定

由表2可知，改性棉織物經(jīng)艾蒿色素提取液直接染色后，耐摩擦牢度及皂洗牢度達(dá)到國(guó)家一般紡織品標(biāo)準(zhǔn)，原因是改性棉纖維與艾蒿天然染料之間的分子間作用力和靜電力，使染料更易固著在纖維上，使纖維具有較好的染色牢度；耐日曬牢度為3級(jí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間自然光直射后，有一定程度的褪色現(xiàn)象，這可能是由于艾蒿色素的結(jié)構(gòu)決定的。

表1改性正交試驗(yàn)結(jié)果

因素時(shí)間/min溫度/℃改性劑用量/g·L-1堿用量/g·L-1實(shí)驗(yàn)結(jié)果K/S值實(shí)驗(yàn)120604101.20實(shí)驗(yàn)220704152.84實(shí)驗(yàn)320806203.78實(shí)驗(yàn)430606202.19實(shí)驗(yàn)530708106.67實(shí)驗(yàn)630804153.55實(shí)驗(yàn)740608153.84實(shí)驗(yàn)840704200.91實(shí)驗(yàn)940806103.12K17.827.235.668.99K210.418.428.1510.23K37.8710.4512.296.88k12.612.412.873.00k23.472.813.723.41k32.623.484.102.29極差R0.851.082.211.13

表2改性棉織物的染色牢度

耐摩擦牢度耐皂洗牢度耐日曬牢度干摩擦濕摩擦4級(jí)3級(jí)4級(jí)4～5級(jí)

3.4改性棉織物的UPF測(cè)試

棉織物的UPF值一般在2左右，紫外防護(hù)系數(shù)較低。由表3可以看出，棉織物進(jìn)過(guò)改性處理后，UPF值變大，UPA、UPB透過(guò)率降低，可能是因?yàn)殛?yáng)離子改性及改變了纖維的結(jié)構(gòu)，使其在紫外光區(qū)吸收能力增強(qiáng)。染色后的改性棉織物UPF值又有明顯的提高，因?yàn)榇蠖嗵烊簧亟Y(jié)構(gòu)中含有較多的苯環(huán)，苯環(huán)結(jié)構(gòu)可以有效吸收紫外線，艾蒿色素附著在改性棉纖維上賦予了織物較強(qiáng)的紫外線吸收能力。

表3UPF測(cè)試結(jié)果

樣品UPFUPA通過(guò)率/%UPB通過(guò)率/%未改性棉織物2.7741.134.2改性棉織物7.4114.313.4染色改性棉織物16.46.86.0

4　結(jié)論

4.1利用陽(yáng)離子改性劑LD-8202對(duì)棉纖維進(jìn)行陽(yáng)離子化改性后，增加了與染料陰離子的親和力，可以使艾蒿天然染料直接上染到織物上，經(jīng)過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳改性工藝為：改性時(shí)間30min，改性溫度80℃，改性劑用量為8g/L，Na2CO3用量為15g/L。

4.2改性棉織物經(jīng)艾蒿天然染料染色后，有較好的干、濕摩擦牢度及皂洗牢度，日曬牢度欠佳。

4.3改性棉織物經(jīng)染色后，UPF值為16.4，UPA、UPB透過(guò)率分別為6.8%和6.0%，艾蒿天然色素染色織物的同時(shí)，還可以賦予織物抗紫外功能，有一定的開發(fā)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏玉娟,柴爽連.天然染料的性質(zhì)及其應(yīng)用[J].染料與染色.2006,43(6):12—16.

[2]沈國(guó)強(qiáng),楊春霞,張棟.天然色素(染料)的研究及發(fā)展趨勢(shì)[J].染料與染色.2009, (1):7—10.

[3]吳贊敏.天然染料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J].紡織導(dǎo)報(bào).2012.(4):38—40.

[4]謝靜華.艾蒿的開發(fā)利用前景.寧夏農(nóng)林科技, 2005,24(2):57—58.

[5]胡林峰,陳軍,朱紅霞,余艷芳.艾蒿化學(xué)成分及其生物活性研究進(jìn)展[J].河南科技學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,2010,16(4):13—15.

[6]周峰,秦路平.艾葉的化學(xué)成分及生物活性[J].藥學(xué)實(shí)踐雜志.2000,18(2):96—98.

[7]楊繼,林浩,劉艷君.艾蒿染料的提取及其對(duì)羊毛織物的染色工藝[J].紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào),2011,24(4):581—583.

[8]Kim T K, Yoon S H, Son Y A.Effect of reactive and anionic agent on dyeing of cellulosic fibers with a berberine colorant[J].Dyes and Pigment,2004,60(2):121—127.

[9]Mathur JP, Gupta NP.Use of nature mordant in dyeing of wool[J].Textile Res-Earch,2003,(3):90—93.

[10]宋墩墩,唐人成.紅米紅對(duì)蠶絲和錦綸的染色性能[J].紡織學(xué)報(bào),2010,31(9):49—55．

[11]王春梅,李朝暉.艾蒿提取液對(duì)羊毛織物的直接染色[J].毛紡科技,2012,3.40(3):38—41.

收稿日期：2016-01-13

作者簡(jiǎn)介：任洪利(1989—)，男，河北承德人，碩士研究生。

中圖分類號(hào)：TS193

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3028(2016)01-0010-04

Cationic Modified Cotton Fabric and Mugwort Natural Pigment Dyeing

Ren Hongli1,2，Wu Zanmin1,2，Li Zhiqiang1,2

(1．Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China; 2．Key Laboratory of Advanced Textile Composites，Ministry of Education，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China)

Abstract:Mugwort natural pigment is anionic dyes in water, and has low affinity with cotton fiber.In order to improve the dyeing depth and fastness, cotton fiber was modified with cationic modifier LD-8202.The dosage of modifier, modifying time, Na2CO3 dosage and temperature on dyeing modification effect of cotton fabrics were explered.Through the single factor experiment and orthogonal experiment,the process was oplimized.Through the test the value of UPF, mugwort pigment can give the modified cotton fabric excellent resistance to UV.

Key words:cotton fabric； modifiy； Artemisia argyi； anti UV