紫膠色素在蠶絲織物印花中的應(yīng)用

宋慧君，王 明，高玉梅，曹 毅，李治勇

(河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，鄭州 450007)

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紫膠色素在蠶絲織物印花中的應(yīng)用

宋慧君，王 明，高玉梅，曹 毅，李治勇

(河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，鄭州 450007)

探討紫膠色素及媒染劑對印花原糊流變性的影響，固色方法、汽蒸時間對印花蠶絲織物表觀色深K/S值的影響，以及媒染劑種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)對印花織物K/S值和色牢度的影響。結(jié)果表明，紫膠色素與淀粉原糊之間具有良好的相容性，媒染劑氯化鑭、氯化鈰、硫酸鋅與淀粉原糊的相容性好；采用淀粉原糊、氯化鑭或氯化鈰或硫酸鋅與紫膠色素調(diào)成的印花色漿印花，汽蒸固色較焙烘固色織物的K/S值大，汽蒸時間為15 min可獲得較高的K/S值，媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)占色漿重2%時可獲得較高的K/S值和色牢度，使用不同的媒染劑可豐富印花織物的色相。

紫膠色素；媒染劑；相容性；印花；蠶絲織物

近年來，隨著環(huán)保理念不斷深入人心，人們對紡織品的穿著使用安全和健康等問題越來越重視。天然色素具有良好的生物降解性，無毒、無害，對皮膚無過敏，不致癌等優(yōu)點，同時還具有藥物保健功能[1-2]。天然染料印染后的織物色相獨特，深受人們喜愛[3-4]。紫膠色素是紫膠蟲新陳代謝的產(chǎn)物，也是紫膠加工過程中的主要副產(chǎn)品，是一種蒽醌類羧酸的混合物，有紫膠酸A、B、C、D、E五種形式，其中紫膠酸A和B含量最高，紫膠色素結(jié)構(gòu)中因含多個酚羥基而使其具有抗菌、抗病毒、抗癌的作用和一定的抗氧化活性[5]。蠶絲織物手感柔軟，光澤柔和，穿著舒適，是高檔的服裝面料。紫膠色素用于蠶絲織物印花，兩者相得益彰。目前對天然色素在印染應(yīng)用中的研究大多是研究其染色性能及工藝，在印花應(yīng)用方面的研究很少。不同的天然色素由于其結(jié)構(gòu)與性能的不同，印花所適宜的原糊、媒染劑及印花工藝不同，為了使紫膠色素應(yīng)用于織物印花，豐富印花產(chǎn)品色相，本文首先研究了紫膠色素與原糊的相容性，優(yōu)選出與紫膠色素相容性好的原糊，然后，研究了原糊與媒染劑的相容性，用與紫膠色素相容性好的原糊、與原糊相容性好的媒染劑及紫膠色素制備印花色漿，研究了固色方法、媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及汽蒸條件對印花效果的影響，優(yōu)化了紫膠色素印花工藝條件。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

材料：蠶絲電力紡半制品(市售)，合成龍膠、玉米淀粉(工業(yè)級，嘉興市龍嘯化工有限公司)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%的醋酸溶液(市售)，硫酸、尿素、食鹽、氫氧化鈉、氯化鈰、氯化鑭、硫酸鋅、硫酸鋁、檳榔栲膠均為分析純、市售，中性洗滌劑(市售)，BF-7658淀粉酶(2 000 μ/g，斯貝特生物科技有限公司)，紫膠色素結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 紫膠色素各組分的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structure of each component of lac pigment

儀器：DV-79型數(shù)字式粘度計(上海尼潤智能科技有限公司)，RC-MP2000型磁棒印花機(jī)、H-TS型高溫汽蒸箱、PC-DX型試樣定型烘干機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，CE-7000A高精度測色儀(沈陽彩普科技有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度試驗機(jī)、YG631型汗?jié)n色牢度儀、Y902型汗?jié)n色牢度烘箱(溫州方圓儀器有限公司)，M571B型耐摩擦色牢度測試儀(青島山紡儀器有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫膠色素對原糊流變性的影響

空白色漿處方：原糊60%，尿素5%，加水至100%。

含紫膠色素的色漿處方：原糊60%，尿素5%，紫膠色素3%，加水至100%。

原糊為8%的玉米淀粉原糊或6%的合成龍膠原糊。

按處方配制色漿，除泡后，于25 ℃條件下，用DV-79型數(shù)字式粘度計測試其流變性，繪制流變曲線，比較紫膠色素加入前后色漿的流變特性，選擇與紫膠色素相容性較好的原糊。

1.2.2 媒染劑對原糊流變性的影響

用與紫膠色素相容好的原糊制備色漿。

不含媒染劑色漿處方：原糊60%，尿素5%，加水至100%。

含媒染劑色漿處方：原糊60%，尿素5%，媒染劑 5%，加水至100%。

所用媒染劑包括氯化鑭、氯化鈰、硫酸鋅、硫酸鋁、檳榔栲膠。

按處方配制色漿，除泡后，于25 ℃條件下，用DV-79型數(shù)字式粘度計測試其流變性，繪制流變曲線，比較媒染劑加入前后色漿的流變特性，選擇與原糊相容性較好的媒染劑。

1.2.3 印花工藝

1)工藝處方：原糊60%，紫膠色素3%，尿素5%，媒染劑x%，加水至100%。

2)工藝流程：印花→烘干(80 ℃)→固色→后處理。

固色方法包括汽蒸和焙烘。

后處理包括：冷水洗→熱水洗→淀粉酶退漿(BF-7658淀粉酶1.5 g/L，食鹽4 g/L，pH值6～6.5，于70 ℃處理30 min)→熱水洗→冷水洗→烘干。

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1.3 印花效果測試

用CE-7000A高精度測色儀測定印花后織物的顏色特征。采用D65光源和10°觀察角，每個試樣測4次，取平均值。

皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》進(jìn)行測試，耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測試，耐水色牢度參照GB/T 5713—2013《紡織品 色牢度試驗 耐水色牢度》進(jìn)行測試，耐汗?jié)n色牢度參照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗?jié)n色牢度》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫膠色素對原糊流變性的影響

天然色素染色及印花所用媒染劑大多為金屬鹽類，帶有負(fù)電荷的印花原糊會與媒染劑的金屬離子反應(yīng)形成沉淀，無法起到有效的增稠及傳遞介質(zhì)的作用，為此選用非離子型的淀粉原糊及合成龍膠原糊進(jìn)行研究。紫膠色素對淀粉原糊及合成龍膠原糊流變性的影響如圖2、圖3所示。

圖2 紫膠色素對淀粉原糊流變性的影響Fig.2 Effect of lac pigment on the rheological property of starch paste

圖3 紫膠色素對合成龍膠原糊流變性的影響Fig.3 Effect of lac pigment on the rheological property of synthetic gum paste

由圖2、圖3可以看出，隨剪切速率增大，淀粉原糊及合成龍膠原糊的黏度均減小，說明這兩種原糊均為剪切變稀。加入紫膠色素后，淀粉原糊的黏度變化很小，而合成龍膠原糊的黏度明顯增大，說明淀粉原糊與紫膠色素的相容性好，因此選用淀粉原糊作為紫膠色素的印花原糊。

2.2 媒染劑對原糊流變性的影響

天然染料直接染色普遍存在色牢度差的問題，需要使用媒染劑進(jìn)行媒染處理以改善其色牢度，染色后，會有部分媒染劑殘留在染色廢水中。如果使用的媒染劑不環(huán)保，會導(dǎo)致染色廢水中含有有毒金屬離子，這樣的染色廢水會危害環(huán)境及人體健康[6]。因此，天然染料染色時應(yīng)嚴(yán)格遵守環(huán)境保護(hù)法規(guī)中規(guī)定的紡織品及排放物中金屬離子的限制。紡織產(chǎn)品及紡織工業(yè)排放物中鉻、銅、鉛等重金屬含量受到嚴(yán)格限制[7]。檳榔栲膠來自檳榔果實浸膏，為水溶性的多酚化合物，屬于植物單寧，其酚羥基能夠與纖維及染料形成有效的交聯(lián)，提高染料的固色率。有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，親和力低的天然染料染棉時，單寧促進(jìn)固色效果顯著[8]。因此，本文選用環(huán)保無毒的硫酸鋅、硫酸鋁、氯化鑭、氯化鈰及檳榔栲膠作媒染劑，研究媒染劑與淀粉原糊的相容性。

用8%淀粉原糊作印花原糊，按照1.2.2中的工藝處方配制色漿，測試其流變性能，結(jié)果見圖4。

圖4 媒染劑對淀粉原糊流變性的影響Fig.4 Effects of mordant on the rheological property of starch paste

由圖4可以看出，剪切速率相同時，加入媒染劑后，淀粉原糊的黏度有所下降，其中硫酸鋅對淀粉原糊的黏度影響最小，其次是氯化鈰、氯化鑭，檳榔拷膠對淀粉原糊的粘度影響較大，硫酸鋁使淀粉原糊的粘度顯著降低。這表明硫酸鋅、氯化鑭、氯化鈰與淀粉原糊相容性較好。淀粉分子間由于氫鍵、范德華力的作用而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并且吸附了大量水分而構(gòu)成溶劑化層，由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)黏度，形成粘稠的原糊。原糊中加入金屬鹽后，由于金屬離子奪去了淀粉分子間形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中吸附的水分子，表現(xiàn)為釋放自由水，使原糊的黏度下降[9]。

2.3 固色方法對印花蠶絲織物表觀色深K/S值的影響

原糊用淀粉原糊，紫膠色素3%，媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，織物印花烘干后，采用汽蒸或焙烘固色，汽蒸溫度102 ℃，汽蒸時間15 min，焙烘溫度150 ℃，焙烘時間3 min。固色方法對印花蠶絲織物表觀色深的影響見圖5。

圖5 固色方法對織物K/S值的影響Fig.5 Effects of color fixation type on the K/S values of the fabric

2.4 汽蒸時間對印花蠶絲織物表觀色深K/S值的影響

原糊用淀粉原糊，紫膠色素3%，媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，汽蒸溫度102 ℃，汽蒸時間分別為5、10、15、20、25 min和30 min，汽蒸時間對印花蠶絲織物表觀色深的影響見圖6。

由圖6可知，隨汽蒸時間延長，印花織物的K/S值增大。這是因為在汽蒸過程中，紫膠色素從纖維表面擴(kuò)散到纖維內(nèi)部，同時，紫膠色素中的羥基、羧基，以及蠶絲纖維中的羥基、氨基、羧基可以作為與金屬離子形成絡(luò)合物的配位基，與媒染劑氯化鑭、氯化鈰及硫酸鋅中的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從而提高上染率，使織物表觀色深K/S值增大。但汽蒸時間過長，K/S值又有所減小。用氯化鑭、硫酸鋅作媒染劑，汽蒸時間為15 min時，K/S值最大；用氯化鈰作媒染劑，汽蒸時間為10 min時，K/S值最大，其值為3.7，汽蒸時間為15 min時，K/S值略有下降，其值為3.6，與汽蒸時間為15 min時的K/S值接近。不同媒染劑用于同一織物印花時，需要汽蒸時間一致，工藝才有可行性，因此汽蒸時間以15 min為佳。

圖6 汽蒸時間對織物K/S值的影響Fig.6 Effects of steaming time on K/S values of the fabric

2.5 媒染劑對印花效果的影響

原糊用淀粉原糊，紫膠色素3%，汽蒸溫度102 ℃，汽蒸時間15 min，媒染劑種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)對印花蠶絲織物K/S值及色牢度的影響見表1。

表1 媒染劑種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)對印花蠶絲織物K/S值及色牢度的影響

由表1可以看出，色漿中加入媒染劑后，印花織物的色牢度有所提高。這是因為，如果色漿中不加媒染劑，汽蒸時染料與纖維之間形成氫鍵、范德華力結(jié)合；在印花色漿中加入媒染劑，汽蒸時染料與纖維之間除了形成氫鍵、范德華力結(jié)合外，媒染劑與色素及蠶絲之間還可以形成配位鍵結(jié)合[10]。氯化鑭、氯化鈰、硫酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%時，織物的K/S值最大，色牢度最高。媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，有利于媒染劑與色素及蠶絲之間充分形成配位鍵結(jié)合，從而使結(jié)合到織物上的染料量提高。K/S值增大，色牢度提高，但媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到3%，印花蠶絲織物的K/S值及色牢度反而有所下降。可能是色漿中媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，媒染劑絡(luò)合的染料過多，不能充分與纖維之間形成配位結(jié)合，導(dǎo)致K/S值有所降低，色牢度下降，因此媒染劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

2.6 最佳工藝印花蠶絲織物的顏色特征

原糊用淀粉原糊，紫膠色素3%，媒染劑2%，汽蒸溫度102 ℃，汽蒸時間15 min，印花織物的顏色特征值見表2。c*表示顏色的純度，c*值越大，表示顏色的純度越高，顏色越鮮艷。

表2 印花蠶絲織物的顏色特征值

由表2可知，含有媒染劑的色漿印花織物的色澤更鮮艷。氯化瀾、氯化鈰作媒染劑印花蠶絲織物的顏色特征相似，與不加媒染劑的紫膠色素印花織物相比，氯化瀾、氯化鈰作媒染劑的印花織物b*負(fù)值明顯增大，色光明顯偏藍(lán)。硫酸鋅做媒染劑的印花織物a*值明顯增大，b*負(fù)值增大，色光明顯偏紅、偏藍(lán)，通過使用不同媒染劑可以豐富印花織物的色相。

3 結(jié) 論

選擇與紫膠色素具有良好相容性的淀粉原糊作為印花原糊，與淀粉原糊具有良好相容性的媒染劑硫酸鋅、氯化鑭、氯化鈰作紫膠色素印花的媒染劑，優(yōu)化了紫膠色素印花的工藝條件，獲得了色澤鮮艷、色牢度良好的印花蠶絲織物。使用不同媒染劑印花可以豐富印花織物的色相，為蠶絲織物的天然色素印花奠定了基礎(chǔ)。

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Application of lac pigment in silk fabric printing

SONG Huijun, WANG Ming, GAO Yumei, CAO Yi, LI Zhiyong

(School of Material and Chemical Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China)

In this paper, effects of lac pigment and mordant on rheological property of printing paste and the influence of fixation type and steaming time onK/Svalues as well as the effects of mordant type and mass fraction onK/Sand color fastness of printed silk fabric were studied. The results show that there is favorable compatibility between lac pigment and starch paste as well as good compatibility among lanthanum chloride, cerium chloride, zinc sulfate and starch paste. For the printing with paste containing starch paste, lanthanum chloride or cerium chloride or zinc sulfate and lac pigment, theK/Svalues of printed silk fabrics fixed with steaming are higher than those of cured silk fabrics. The higherK/Svalues can be obtained by steaming for 15 min. Besides, the higherK/Svalues and color fastness can be obtained with the printing paste containing 2% mordant, and the printed fabric colors can be enriched by using different mordant.

lac pigment; mordant; compatibility; printing; silk fabric

??與技術(shù)

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.10.002

2016-04-19;

2016-09-29

宋慧君(1969-),女，教授，博士，主要從事紡織品染色和印花的教學(xué)及科研。

TS194.44

A

1001-7003(2016)10-0007-05 引用頁碼:101102