天然染料對(duì)純棉織物的染色性能研究

王 坤，李 媚

(1.湖南工程學(xué)院紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620)

目前，我國(guó)在天然染料對(duì)織物進(jìn)行染色方面成績(jī)突出，開(kāi)發(fā)的植物染料從植物中提取色素運(yùn)用民間工藝[1]，注入新的科技，采用現(xiàn)代化先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及質(zhì)量監(jiān)控儀器和手段，確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，達(dá)到了植物染料的產(chǎn)業(yè)化。在國(guó)外，如日本、印度、韓國(guó)、美國(guó)以及意大利等國(guó)在天然染料對(duì)織物進(jìn)行染色這方面都做的比較出色[2]。進(jìn)入21世紀(jì)，在全球呼喚生態(tài)、綠色、環(huán)保的大潮下，天然染料憑借其無(wú)毒、無(wú)害、抗菌性強(qiáng)、與環(huán)境友好、綠色、生物降解性良好等特性[1-4]，再度被世人所光注。而天然染料對(duì)純棉織物進(jìn)行染色的紡織品既滿足了環(huán)保、生態(tài)的生產(chǎn)要求,又符合健康、功能化的服裝需求。天然染料可以給人帶來(lái)健康和環(huán)保，促使其越來(lái)越受到重視。隨著人們生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，經(jīng)由天然染料染色的純棉織物必定會(huì)越來(lái)越受到消費(fèi)者的青睞[5]。

選擇廢棄物野生菱角殼和野生蓮子殼，通過(guò)從中提取色素對(duì)純棉織物進(jìn)行染色而實(shí)現(xiàn)變廢為寶的理念。菱角殼即菱角的外殼，是一種深黑色的固體，形狀比較不規(guī)則，是一種一年生的水生植物。菱角主要是生長(zhǎng)在那些湖網(wǎng)相對(duì)較多的地域。在古代藥學(xué)里面被認(rèn)為是一種對(duì)身體健康有好處的藥材。菱角的果肉、根莖、葉子以及在菱角還沒(méi)有成熟時(shí)生長(zhǎng)在外面的那一層綠色的果皮，等到菱角成熟之后慢慢的就會(huì)變成深褐色。在日常生活中人們一般都是在吃完里面的果肉之后就會(huì)隨手把外面的那一層硬硬的外皮扔掉，其實(shí)這是一種浪費(fèi)，菱角殼的價(jià)值沒(méi)有被利用出來(lái)。在南方的一些主要生長(zhǎng)菱角的地方，在取完菱角里面的果肉之后就把菱角作為一種廢棄物，任其被微生物分解或者用火焚毀，這種做法不但沒(méi)有盡最大的可能利用到菱角殼，反而在一定程度上會(huì)造成環(huán)境的污染，所以這種方法是極其不環(huán)保的。我們應(yīng)該對(duì)菱角殼進(jìn)行最大程度的利用[6]。蓮子殼蓮子的外殼，未成熟之前為青色，成熟之后變?yōu)榧t棕色，蓮子殼外形為橢圓形，質(zhì)地很硬，種皮很薄，并且不容易被剝離。子葉共有兩片，是黃白，葉子比較厚，質(zhì)地較柔軟，中間會(huì)有空隙，含有綠色的蓮子心，無(wú)臭，味道稍稍甘苦，具有輕微苦澀的口感。蓮子生在規(guī)則的蓮蓬里面，因?yàn)槠渫鈿け容^堅(jiān)硬，所以在古代人們習(xí)慣叫做石蓮子。蓮子是蓮的副產(chǎn)品之一。蓮子是我國(guó)的特產(chǎn)之一。在我國(guó)南部就有非常著名的子蓮產(chǎn)區(qū)，如湖南湘潭、浙江武義，以及福建建陽(yáng)。這三地出產(chǎn)的蓮子不僅在國(guó)內(nèi)享有盛譽(yù)，更是遠(yuǎn)銷國(guó)外，廣受人們的喜愛(ài)。

純天然染料最大的優(yōu)點(diǎn)在于其環(huán)保性以及可持續(xù)性[7]。本次課題是在單因素分析的基礎(chǔ)上設(shè)置不同的染色溫度、媒染劑、媒染方法等變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)經(jīng)由天然染料染色的純棉織物進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析并探討這兩種天然染材的最佳染色工藝條件[8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

坯布：市售純棉坯布，參數(shù)如表1所示。

天然染材：市售野生菱角殼，野生蓮子殼。

實(shí)驗(yàn)藥品如表2所示。

表1 坯布參數(shù)

表2 實(shí)驗(yàn)藥品

平平加O：化學(xué)名為烷基聚氧乙烯醚，外觀為白色軟片狀，易溶于水，pH：6～7，HLB值：14.7；本品在硬水、酸液和堿液中均不起變化能保持穩(wěn)定，是一種優(yōu)良的勻染劑；對(duì)各種纖維無(wú)結(jié)合能力，應(yīng)用后易洗去[9]。在印染中，做勻染劑、擴(kuò)散劑，有比較明顯的效果，使最終上染時(shí)色牢度較為穩(wěn)定，色彩效果均勻。漂白液：專用于對(duì)純棉織物進(jìn)行漂白的漂白液，主要成分為次氯酸鈉以及表面活性劑，且是較溫和的漂白液，對(duì)染坯的損傷較小。生豆?jié){：在超市購(gòu)買適量黃豆，用豆?jié){機(jī)制作生豆?jié){。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

表3 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

注：其它儀器有燒杯、玻璃棒、量筒、剪刀、溫度計(jì)、容量瓶、測(cè)定變色用灰卡、評(píng)定沾色用灰卡

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)染色效果的影響因素

圖1 溫度對(duì)天然染料染色效果的影響

(注：k/s值：是對(duì)染料染色性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一即染色度。Kubelka-Munk染色深度方程在被測(cè)物體的吸收系數(shù)K和散射系數(shù)S與固體試樣中有色物質(zhì)濃度C之間建立了一定的函數(shù)關(guān)系[10]，通過(guò)計(jì)算得到的K/S值越大,固體試樣表面顏色越深,即有色物質(zhì)濃度越高,代表染料染色性能越好。)

由圖1可知，可以看到隨著溫度的降低，由菱角殼色素染色的織物的表觀顏色深度K/S是在逐漸降低?？紤]到得色深度的因素，在其它因素不變的條件下，天然染料菱角殼對(duì)純棉織物的染色溫度控制在80℃～100℃較好。而隨著溫度的升高，經(jīng)由蓮子殼色素染色的織物的表觀深度K/S都是在上升。在其它因素不變的條件下，天然染料蓮子殼對(duì)純棉織物的染色溫度控制在40℃～60℃較好。這是因?yàn)樵谠摐囟认聦?duì)純棉織物的活性較好。

2.2 媒染劑對(duì)染色效果的影響

圖2 媒染劑對(duì)天然染料染色效果的影響

由圖2可知，其它條件都不變只有媒染劑不同時(shí)，硫酸亞鐵做媒染劑時(shí)的織物表觀深度K/S值最大，所以考慮到織物的得色深度的因素，在其它因素不變的條件下，使用硫酸亞鐵做媒染劑時(shí)天然染料對(duì)純棉織物的染色效果最好。其次是硫酸銅做媒染劑時(shí)效果較好。由圖2可知，使用媒染劑比沒(méi)使用媒染劑對(duì)純棉織物的上染效果較好。這是因?yàn)槊饺緯r(shí)金屬離子可作為中心離子,與織物及染料分子中的配位基團(tuán)形成配合,使得染料能更好地上染纖維并固著于纖維。

2.3 媒染方法對(duì)媒染劑的媒染效果影響

由圖3、圖4、圖5可知，其它條件都不變只有染色方法改變，使用后媒染的方法對(duì)媒染劑進(jìn)行染色時(shí)測(cè)得的K/S值最大，說(shuō)明使用后媒染時(shí)織物的得色深度最深，上染效果最好；說(shuō)明用鐵離子做媒染劑時(shí)，用后媒染的方法，鐵離子與染料中的配位基團(tuán)結(jié)合的最好。對(duì)于菱角殼而言，前媒染效果較好，最差是同浴媒染，可能是同浴媒染時(shí)菱角染料與金屬離子結(jié)合的較差，從而影響了織物的染色深度。而對(duì)于蓮子殼而言前媒染的上染效果最差。

圖3 媒染方法對(duì)鐵離子的染色效果的影響

圖4 媒染方法對(duì)鋁離子的染色效果的影響

2.4 溫度對(duì)媒染劑的染色效果影響

圖6 溫度對(duì)鐵離子的染色效果的影響

由圖6可知，其它條件都不變只有染色溫度改變，對(duì)于菱角殼色素，在80℃～100℃的溫度下染色時(shí)，測(cè)得的K/S值最大，織物的表觀深度最深，說(shuō)明織物的上染效果最好，該溫度下染料與鐵離子的配位結(jié)合的最好；在60℃～80℃的染色溫度時(shí)織物的表觀深度K/S值最小，說(shuō)明在該溫度下染料與鐵離子的配位結(jié)合最差。而對(duì)于蓮子殼色素織物，在60℃～80℃的染色溫度時(shí)織物的表觀深度K/S值最大，這是因?yàn)樯徸託ぴ谠摐囟认聦?duì)織物的染色效果最好；40℃～60℃的溫度下染色時(shí)織物的K/S的值最小，可能是因?yàn)闇囟忍蛯?dǎo)致染料與鐵離子結(jié)合不好，從而上染率較差。

由圖7可知，其它條件都不變只有染色溫度改變，對(duì)菱角殼色素在80℃～100℃染色時(shí)織物的K/S值最大，織物的得色深度最深，上染率最好；該溫度下鋁離子與染料的結(jié)合效果最好。在蓮子殼色素對(duì)純棉織物的染色中，在60℃～80℃的溫度下染色效果最好，是因?yàn)樯徸託ど卦谶@個(gè)溫度下的活性最好。而兩種染料在40℃～60℃的溫度下K/S值都較小，原因可能是溫度太低，染料與鋁離子結(jié)合不好。

圖7 溫度對(duì)鋁離子的染色效果的影響

圖8 溫度對(duì)銅離子的染色效果的影響

由圖8可知，其它條件都不變只有染色溫度改變，對(duì)菱角殼色素，60℃～80℃的溫度染色時(shí)，織物的表觀深度K/S值最大，織物染色效果最好，因?yàn)殂~離子在該溫度下與菱角殼配位結(jié)合的最好；對(duì)于蓮子殼，在80℃～100℃的染色溫度時(shí)織物的表觀深度K/S值是比較好，溫度高有助于蓮子殼染液與銅離子的結(jié)合。而在40℃-60℃的溫度染色時(shí)，兩種織物的染色效果都不理想，是因?yàn)闇囟容^低時(shí)染料的活性也較差。

2.5 干濕摩擦色牢度

選擇每種染料、每種變量下上染率最好的每組織物進(jìn)行測(cè)試。

由表4～表5可以看出，經(jīng)菱角殼染料染色后的純棉織物干摩擦色牢度是3級(jí)，濕摩擦色牢度是2～3級(jí)。經(jīng)蓮子殼染料染色后的純棉織物干摩擦色牢度是3～4級(jí)，濕摩擦色牢度是2～3級(jí)?？傮w來(lái)說(shuō)這兩種天然染料對(duì)織物染色的摩擦色牢度不是太差。

表4 菱角殼染料

表5 蓮子殼染料

2.6 耐水洗色牢度的分析

表6 菱角殼染料

表7 蓮子殼染料

如表6～表7所示，菱角殼、蓮子殼染色后的織物的耐水洗色牢度分別為2～3級(jí)、2級(jí)。這兩種天然染料對(duì)織物染色的耐水洗色牢度不是很好，可能是因?yàn)檫@兩種天然染料本身就是水溶性的色素，對(duì)于染色后織物在遇水時(shí)色素可能會(huì)溶解在水中而造成織物的掉色[11]。另一方面，水洗時(shí)使用的洗衣粉具有表面活性劑、助洗劑以及酶等化合物，這在一定程度上會(huì)造成色素流失，甚至分解，從而降低了色素與織物的結(jié)合作用。所以在染色之后應(yīng)注意對(duì)織物進(jìn)行及時(shí)的固色。

2.7 掃描電鏡的分析

圖9 棉原樣

圖10 鐵媒染

圖11 鋁媒染

圖12 銅媒染

由圖9～圖12可知，棉織物表面相對(duì)比較光滑，圖中所見(jiàn)的小裂痕可能是在對(duì)織物進(jìn)行前處理過(guò)程中使用了純堿溶液；純堿溶液由于是弱酸鹽，在與水接觸時(shí)就會(huì)發(fā)生反應(yīng)從而使得溶液變成堿性[12]。因此，純堿溶液具有一定的腐蝕性，以及在漂白過(guò)程中，漂白液本身是有腐蝕性的。在經(jīng)過(guò)三種金屬離子媒染后，與沒(méi)有經(jīng)過(guò)媒染的棉織物相比較，織物的表面變得非常粗糙且有大的裂痕。因?yàn)樗嵝悦饺疽簩?duì)纖維素大分子中甙鍵的水解有催化作用，且不同程度地腐蝕了棉纖維的表面結(jié)構(gòu)。所以織物表面變得非常粗糙；又由于染色時(shí)的高溫，使得織物表面出現(xiàn)裂痕。

3 結(jié)論

(1) 在此次單因素探究時(shí)得出菱角殼色素對(duì)純棉織物染色時(shí)最佳溫度、媒染劑、媒染方法分別是80℃～100℃、硫酸亞鐵、后媒染，而蓮子殼色素相對(duì)應(yīng)的分別是40℃～60℃、硫酸亞鐵、后媒染。

(2)經(jīng)菱角殼染料染色后的純棉織物干摩擦色牢度是3級(jí)、濕摩擦色牢度是2～3級(jí)。經(jīng)蓮子殼染料染色后的純粘膠織物干摩擦色牢度是3～4級(jí)、濕摩擦色牢度是2～3級(jí)。

(3)經(jīng)菱角殼、蓮子殼染色后的織物的耐水洗色牢度分別為2～3級(jí)、2級(jí)。