天然媒染劑在五倍子色素對(duì)毛織物染色中的應(yīng)用

郭麗萍，趙志軍，徐 菲，劉劍虹

(1.齊齊哈爾大學(xué) 美術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

在傳統(tǒng)植物染色歷程中，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)使用傳統(tǒng)媒染劑，即明礬、皂礬、紅礬等，現(xiàn)在也在使用分析純的明礬(硫酸鋁鉀)和皂礬(硫酸亞鐵)作為媒染劑。雖然相對(duì)合成染料染色對(duì)環(huán)境影響較小，但過量使用傳統(tǒng)媒染劑，同樣也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生一定的危害[1－2]。人們?cè)陂_發(fā)植物染料染色的媒染劑時(shí)，從未放棄對(duì)天然媒染劑的研究，致力于開發(fā)綠色環(huán)保、安全無毒的純天然媒染劑，將成為紡織生態(tài)染整可持續(xù)發(fā)展方向之一[3－4]。黑龍江省五大連池市風(fēng)景區(qū)的鐵硅質(zhì)重碳酸鹽碳酸冷礦水，含有較高的Fe2＋，高于普通水近40倍，具有天然媒染劑的特性[5－6]。本文實(shí)驗(yàn)以顏色特征值為檢測(cè)指標(biāo)，探討了不同變量對(duì)鐵硅質(zhì)重碳酸鹽碳酸冷礦水作為天然媒染劑時(shí)，五倍子色素對(duì)毛織物的顯色效果和染色性能的影響，確定了最佳染色工藝條件。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:五倍子(四川產(chǎn)，購于中藥店)、毛織物(10 cm×10 cm，面密度367 g/m2)、五大連池藥泉山礦水(鐵硅質(zhì)重碳酸鹽碳酸冷礦水，五大連池風(fēng)景區(qū)南泉)、檸檬酸(分析純，天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠)。

儀器:HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)、pHS-2C型酸度計(jì)(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)、5102型電子天平(常州第一紡織設(shè)備有限公司)、CrelagMaebethTMCol-orEye?2180UV型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀(美國(guó)愛色麗公司)、NexlON 350X型 ICP-MS(美國(guó)PE公司)，WX-8000型微波消解儀(上海屹堯微波化學(xué)技術(shù)有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 色素萃取

稱取100 g五倍子，加入1 L水，浸泡24 h后，加熱至沸，待水分蒸發(fā)至0.6 L時(shí)，過濾并收集染液，該濃度下設(shè)為染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%。重復(fù)以上操作 3次，將所得染液混合，共 1.8 L，備用[7－8]。

1.2.2 天然媒染劑的配置

取五大連池風(fēng)景區(qū)南泉的鐵硅質(zhì)重碳酸鹽碳酸冷礦水，密封，需在4 h內(nèi)使用。

1.2.3 染色工藝

直接染:將毛織物直接投入五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

前媒染:將毛織物投入天然媒染劑中浸染15 min后擰干，再投入五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

同媒染:將毛織物投入含有天然媒染劑的五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

后媒染:將毛織物投入五倍子染液中浸染30 min后擰干，再投入天然媒染劑中浸染15 min，取出擰干，水洗，陰干[9－10]。

1.2.4 色度檢測(cè)

在計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀上測(cè)定色樣的L*、a*、b*、c*值。每一色樣測(cè)試5點(diǎn)，取平均值。

1.2.5 金屬離子檢測(cè)

使用NexlON 350X型ICP-MS和WX-8000型微波消解儀檢測(cè)，基本步驟依次為樣品處理→繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線→ICP-MS測(cè)試步驟→數(shù)據(jù)處理，測(cè)得鐵硅質(zhì)重碳酸鹽酸冷礦水鐵離子質(zhì)量濃度34 mg/L，設(shè)定為天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 染色工藝對(duì)顏色特征值的影響

在浴比1∶30、五倍子染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(加熱前pH值6)、染色時(shí)間30 min、媒染時(shí)間15 min、染色溫度80℃、天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%條件下對(duì)毛織物進(jìn)行直接染、前媒染、同媒染及后媒染，不同染色工藝的顏色特征值見圖1。

圖1 染色工藝對(duì)顏色特征值的影響

由圖1可見，從不同染色工藝的顏色特征值來看，顏色特征值明度L*值的效果為:同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染，同媒染呈中灰色調(diào)，其他媒染呈淺灰色調(diào)，直接染呈淺色調(diào)；色相a*值的效果為:前媒染＞直接染＞同媒染＞后媒染，各染色工藝差異不大，除后媒染外，其他染色工藝趨于少量紅光；色相b*值的效果為:直接染＞前媒染＞后媒染＞同媒染，前媒染、同媒染、后媒染趨于微量黃光，直接染趨于少量黃光；純度c*值的效果為:直接染＞前媒染＞同媒染＞后媒染，后媒染、同媒染明顯優(yōu)于前媒染和直接染，綜合衡量同媒染效果最佳。從天然媒染劑中有效成分來說，F(xiàn)e2＋含量相對(duì)傳統(tǒng)媒染劑(皂礬)來說較低，染色性能有一定區(qū)別。前媒染毛織物在一浴中能夠吸附的Fe2＋含量不足，以至于在二浴中尚不能完全形成不溶性外軌型絡(luò)合物而固定在纖維上，反應(yīng)不夠完全，致使明度較高，黃光和紅光均增多，顯色效果不佳；后媒染毛織物在二浴中面臨吸附的染液不足，而且Fe2＋含量增多，能夠與染液完全反應(yīng)，黃光和紅光均減少，效果略好于前媒染；同媒染毛織物吸附相對(duì)充足的染液分子能夠立即與少量Fe2＋形成相對(duì)完全的絡(luò)合反應(yīng)，表現(xiàn)為明度最低、黃光最少，紅光尚未達(dá)到最低點(diǎn)。由于五倍子是古代著名的黑色染材，所以評(píng)價(jià)五倍子毛織物染色性能以及顯色效果最佳標(biāo)準(zhǔn)為黑色調(diào)的純正程度，即明度L*值和純度c*值越低越好、色相a*和b*值越接近0越好。由此可知，染色工藝對(duì)顏色特征值影響很大，媒染工藝優(yōu)于直接染，即同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染。五倍子對(duì)毛織物的最佳染色工藝為同媒染。

2.2 天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)顏色特征值的影響

在浴比1∶30、五倍子染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(加熱前pH值6)、染色時(shí)間30 min、媒染時(shí)間15 min、染色溫度80℃條件下，改變天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)毛織物進(jìn)行同媒染，天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)顏色特征值的影響見圖2。

圖2 天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)顏色特征值的影響

由圖2可見，隨著天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，顏色特征值明度L*值逐漸降低，純度c*值也隨之下降，說明媒染劑用量的增加，可以適當(dāng)增加上染百分率；色相a*值先下降后再緩慢上升，紅光略微增加；色相b*值逐漸下降，黃光逐漸減少；總體色相傾向于灰暖黃色調(diào)，呈棕灰色調(diào)。純度c*值變化與色相b*值相近，說明b*值決定著主要色彩傾向。從圖中曲線變化趨勢(shì)來看，天然媒染劑的用量與五倍子染液和毛織物的結(jié)合尚未達(dá)到飽和狀態(tài)，沒有接近動(dòng)態(tài)平衡，如果繼續(xù)增加媒染劑用量，毛織物的得色量才能達(dá)到最高。由此可知，天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)顏色特征值影響較大，對(duì)明度L*值影響最大，其次為色相b*值和純度c*值，最后為色相a*值。因此控制天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以有效調(diào)整所染棕黃色調(diào)的深淺變化。

2.3 pH值對(duì)顏色特征值的影響

在浴比 1∶30，染色時(shí)間 30 min，媒染時(shí)間15 min，染色溫度80℃，五倍子染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(加熱前pH值6)、天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%條件下，改變五倍子染液pH值對(duì)毛織物進(jìn)行同媒染，染液pH值對(duì)顏色特征值的影響見圖3。

圖3 染液pH值對(duì)顏色特征值的影響

由圖3可見，隨著五倍子染液pH值的提高，顏色特征值明度L*值緩慢下降后再輕度上升，顏色輕微增深，影響較小。色相a*值逐漸上升，紅光增多；色相b*值逐漸下降后上升，黃光輕微減少；純度c*值輕微降低后上升，在弱堿條件下變化較大。五倍子染液pH值在3～7范圍，溶液呈淡黃色，比較穩(wěn)定，當(dāng)pH值大于7時(shí)，溶液呈淺黃綠色，較不穩(wěn)定，導(dǎo)致色光開始變化。在酸性條件下染色，顏色特征值變化相對(duì)較小，在弱堿性條件下染色，顏色特征值變化較大。由此可見，染液pH值對(duì)顏色特征值有影響，尤其對(duì)色相a*和b*值。最佳五倍子染液pH值為6。

2.4 染色次數(shù)對(duì)顏色特征值的影響

在浴比 1∶30、染色時(shí)間 30 min、染色溫度80℃、五倍子染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(加熱前pH值為6)、天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%條件下，對(duì)毛織物進(jìn)行同媒染，染色次數(shù)對(duì)顏色特征值的影響見圖4。

圖4 染色次數(shù)對(duì)顏色特征值的影響

由圖4可見，隨著染色次數(shù)的增加，顏色特征值明度L*值逐漸下降后平穩(wěn)，顏色變深，浸染5次后達(dá)到最低值。色相a*值緩慢上升，紅光微增多，色相b*值上升后下降再緩慢上升，黃光輕微變化。純度c*值變化接近。由于天然媒染劑Fe2＋含量較低的特性，只能增加染色次數(shù)來提高染色深度，效果較為明顯。浸染次數(shù)超過5次，顏色深度不再降低，色相發(fā)生輕微變化，尤其是色相b*值和純度c*值，黃光增多，純度輕微增加。由此可見，染色次數(shù)對(duì)顏色特征值具有一定的影響，尤其是明度L*值，顏色明顯增深。最佳染色次數(shù)為5次。

3 結(jié) 論

①五倍子色素中的鞣質(zhì)比較敏感，遇微量鐵離子會(huì)形成不溶性外軌型絡(luò)合物，即鞣質(zhì)通過泉水中少量的鐵離子搭橋可與毛織物上的可配位基形成配合反應(yīng)，提高了毛織物的上染百分率。

②染色工藝、天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、染液pH值、染色次數(shù)對(duì)五倍子色素上染毛織物的顏色特征值均有一定影響，其中染色工藝＞天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞染色次數(shù)＞染液pH值的影響。

③天然媒染劑使用同媒染效果最佳，其最佳染色工藝為:浴比1∶30，染色時(shí)間30 min，媒染時(shí)間15 min，染色溫度80℃，染液質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%(加熱前pH值6)，天然媒染劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%。染色次數(shù)可以增加顏色深度，最佳染色次數(shù)為5次。

④天然媒染劑在植物染色中直接應(yīng)用時(shí)保質(zhì)期不超過4 h，因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行延長(zhǎng)保質(zhì)期的改性處理。