黑米提取液對(duì)桑蠶絲織物的染色性能研究

于學(xué)智，姜洪武，張?jiān)?，王秋蘭

（1.遼東學(xué)院服裝與紡織學(xué)院，遼寧丹東118003；2.遼東學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，遼寧丹東118003）

天然染料是從植物、動(dòng)物或礦物中提取的，很少或沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)加工的染料，一般對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害，同時(shí)具有一定的保健功能，若用于紡織品染色，符合現(xiàn)行生態(tài)紡織品的發(fā)展趨勢(shì)[1-3]。黑米染料是黑米殼及種皮中含有的天然紅色素，主要成分為黃酮類(lèi)化合物中的花色苷類(lèi)物質(zhì)，主要是矢車(chē)菊素和芍藥素[4-6]?；ㄇ嗨厥且环N廣泛應(yīng)用的天然色素，除著色功能外，還具有一定的抗氧化、抑菌功效[7-8]。目前，花青素作為食品、飲料天然色素已得到廣泛應(yīng)用，作為紡織品的天然染料亦有研究報(bào)道，例如宋墩墩等[9]研究了紅米紅色素對(duì)錦綸及桑蠶絲的染色性能，賈艷梅[10]研究了媒染劑對(duì)黑米色素冷軋堆法染色柞蠶絲的影響。本實(shí)驗(yàn)研究黑米提取液對(duì)桑蠶絲的染色性能，探討各工藝因素（溫度、時(shí)間、pH及媒染劑）對(duì)染色性能的影響，并對(duì)染色牢度及染色試樣的抗紫外線(xiàn)性能進(jìn)行了測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：桑蠶絲煉白綢、黑米（市售）。

藥品：濃硫酸、冰醋酸、檸檬酸、硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵（均為分析純），中性皂粉（市售）。

儀器：HH-恒溫水浴鍋（鞏義予華儀器廠），T6紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），HL型染色小樣機(jī)（靖江市海瀾裝備廠），Y-571B耐摩擦色牢度測(cè)試儀、SW-12A耐水洗色牢度測(cè)試儀（溫州大榮紡織儀器公司），X-rite Color-Eye 7000A電腦測(cè)色配色儀（美國(guó)X-Rite公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取黑米染料

黑米用清水沖洗，取50 g浸泡于1 L蒸餾水中，于60～70℃恒溫浸提2 h，提取液過(guò)濾后定容至1 L，作為染液備用。

1.2.2 染色工藝

直接染色：將桑蠶絲織物2 g浸入到100 mL染液中（浴比1∶50），40℃入染，分別在不同溫度、時(shí)間、pH條件下進(jìn)行染色，染色試樣進(jìn)行水洗、皂洗、水洗、晾干。

媒染染色：采用后媒染色工藝，硫酸鋁及硫酸亞鐵作為媒染劑。將直接染色試樣取出后放入含媒染劑2 g/L的媒浴中，于50℃處理30 min，然后試樣進(jìn)行水洗、皂洗、水洗、晾干。

1.3 測(cè)試

紫外-可見(jiàn)光譜：取黑米提取液5 mL，用蒸餾水稀釋一定倍數(shù)，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在200～700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描，以蒸餾水作為空白樣。對(duì)提取液及添加硫酸亞鐵或硫酸鋁的染料溶液進(jìn)行光譜掃描，媒染劑在溶液中的質(zhì)量濃度為1 g/L。

顏色：將每塊織物折疊4層，用測(cè)色配色儀測(cè)定，記錄每個(gè)波長(zhǎng)下的K/S值，測(cè)定3次，取平均值；L、a、b色坐標(biāo)，織物折疊4層，測(cè)定3次，取平均值。

耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度：分別依據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取芳癎B/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響染色性能的因素

2.1.1 染浴pH及染色用酸

圖1表明，加入3種酸調(diào)節(jié)染浴pH=4.0～5.5時(shí)，染色試樣的K/S值均高于提取原液（pH≈7）染色試樣。對(duì)于不同種類(lèi)的酸度調(diào)節(jié)劑，以冰醋酸染色試樣得色最深濃，濃硫酸染色試樣得色最淡，檸檬酸染色試樣介于二者之間。對(duì)于同一種染色用酸，pH=4時(shí)染色試樣的K/S值最高，pH=5.5時(shí)次之，pH=7時(shí)最低。適宜的染色用酸是冰醋酸，染浴pH=4。

圖1 染色用酸及pH對(duì)染色K/S值的影響

2.1.2 染色溫度及時(shí)間

染色溫度及時(shí)間對(duì)試樣K/S值的影響見(jiàn)圖2。

圖2 染色溫度及時(shí)間對(duì)試樣K/S值的影響

從圖2可以看出，當(dāng)染色時(shí)間相同時(shí)，染色試樣的K/S值隨染色溫度升高而增大，以100℃染色時(shí)試樣的K/S值最高。原因可能是隨著溫度的升高，纖維的膨化程度提高，色素分子的聚集度降低，色素分子能更好地?cái)U(kuò)散進(jìn)入纖維內(nèi)部。在同一染色溫度下，隨染色時(shí)間延長(zhǎng)，試樣的K/S值增大，尤其是染色初始階段，K/S值隨染色時(shí)間延長(zhǎng)提高顯著。當(dāng)染色時(shí)間達(dá)到80 min后，增幅趨緩，染色過(guò)程接近動(dòng)態(tài)平衡。適宜的染色溫度為100℃，染色時(shí)間為80 min。

2.1.3 媒染劑

媒染劑及pH對(duì)染色織物色度值的影響見(jiàn)表1。

表1 媒染劑及pH對(duì)染色織物色度值的影響

由表1可以看出，在所有染色條件下，硫酸亞鐵和硫酸鋁媒染試樣的K/S值均較直接染色試樣提高，其中，硫酸亞鐵媒染試樣K/S值提高顯著，而硫酸鋁媒染試樣提高幅度不大。與直接染色試樣相比較，硫酸亞鐵媒染試樣的明度值均顯著降低，紅綠值a由正值變?yōu)樨?fù)值，黃藍(lán)值b數(shù)值降低（或?yàn)樨?fù)值），明度值L和艷度值C明顯降低，表明試樣色光由直接染色時(shí)的偏紅光、偏黃光變?yōu)槠G光、偏藍(lán)光，色澤變暗，顏色由直接染色的紅棕色變?yōu)闈獾灰坏幕疑Ｅc硫酸亞鐵媒染試樣類(lèi)似，經(jīng)硫酸鋁媒染后，試樣的明度值L下降，艷度值C減小，紅綠值a降低，黃藍(lán)值b變?yōu)樨?fù)值，試樣色調(diào)為葡萄灰色。媒染劑對(duì)試樣色澤的影響是因?yàn)楹诿谆ㄇ嗨鼐哂信c金屬離子絡(luò)合的性質(zhì)，媒染劑分子與黑米染料以及蠶絲分子之間形成了配位鍵，染料-金屬離子配合物的色澤不同于黑米色素自身的顏色，致使媒染試樣的色調(diào)與直接染色試樣不同。圖3為添加媒染劑前后黑米提取液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，可以看出媒染劑對(duì)黑米染料光譜形態(tài)的顯著影響以及可能引起的色素顏色變化。

圖3 不同條件下黑米提取液的紫外-可見(jiàn)光譜

pH對(duì)媒染試樣K/S值的影響與直接染色類(lèi)似，以pH=4.0時(shí)色深值最高，黑米提取原液（pH≈7）色深值最低。經(jīng)媒染處理后，染色用酸的種類(lèi)影響不大，不同pH下媒染試樣的K/S值較為接近。綜上分析，pH=4.0、硫酸亞鐵作為媒染劑時(shí)，織物的K/S值最高。

2.2 染色牢度及抗紫外線(xiàn)性能

由表2可以看出，直接染色試樣的色牢度不高，體現(xiàn)在耐皂洗變色牢度低和耐濕摩擦色牢度較低，還不能完全滿(mǎn)足服飾用品牢度需求。經(jīng)媒染處理后，試樣的耐皂洗褪色、沾色及耐摩擦色牢度均明顯提高，各項(xiàng)色牢度達(dá)3級(jí)以上。媒染劑在花青素分子和蠶絲纖維之間形成配位鍵，改善了染料與纖維的結(jié)合牢度，使耐皂洗色牢度和耐濕摩擦色牢度得到提高。染色桑蠶絲織物的耐日曬色牢度均較差，媒染試樣較直接染色試樣有所提高，但幅度不大。

由表2可知，黑米染料染色的桑蠶絲織物具有一定的紫外線(xiàn)防護(hù)性能，染色前試樣的紫外線(xiàn)透射率分別為13.56%（TUVA）和9.65%（TUVB），UPF值為6.87，經(jīng)黑米染料染色后，其UPF指數(shù)提高，尤其以硫酸亞鐵媒染試樣最高（為37）。染色試樣具有紫外線(xiàn)防護(hù)性能，是因?yàn)楹诿谆ㄇ嗨鼐哂凶贤饩€(xiàn)吸收性能，媒染試樣借助媒染劑在染料及蠶絲纖維分子間形成了配位鍵，使得蠶絲纖維上固著的染料量增多，因而媒染試樣較直接染色試樣有更好的抗紫外線(xiàn)性能。

表2 染色牢度及抗紫外性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）黑米提取液直接上染桑蠶絲織物適宜的染色條件：冰醋酸調(diào)節(jié)pH=4，溫度100℃，時(shí)間80 min。

（2）硫酸亞鐵及硫酸鋁媒染均可以獲得較直接染色更高的染色深度，以硫酸亞鐵媒染得色量最高。媒染工藝中，酸性條件染色時(shí)各染色用酸及pH對(duì)染色K/S值的影響不顯著。

（3）媒染試樣的耐皂洗及耐摩擦色牢度達(dá)到3級(jí)以上，但耐日曬色牢度不佳。媒染試樣顯示出一定的紫外線(xiàn)防護(hù)性能。