咖啡渣提取色素對真絲織物的染色性能

（蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇蘇州 215021）

合成染料相對天然染料來說更經(jīng)濟，具有更高的色牢度、更廣泛的顏色變化和更高的再現(xiàn)性，紡織業(yè)使用大量合成染料為不同的市場需求生產(chǎn)染色印花產(chǎn)品，而對天然染料的需求相對較少［1-2］。合成染料優(yōu)點眾多，但缺點也不容小覷，如給環(huán)境造成了嚴重負擔，甚至對人體健康產(chǎn)生了不可估量的影響。天然染料具有良好的生物降解性和環(huán)境友好性，近年來引起了大量研究者的關(guān)注［3-5］。天然染料種類豐富，主要來源于動植物和微生物，能賦予織物絢麗的顏色。天然染料相關(guān)研究的新增熱點是回收農(nóng)業(yè)加工殘留物提取天然色素，既節(jié)約了資源，又彌補了市場上天然染料種類有限的缺陷，是未來天然染料發(fā)展的方向。Pandey 等［6］采用水浸法從花生烤皮中提取染料，并用紫外可見光譜和紅外光譜進行了表征。Rossi等［7］研究了以桉樹木水蒸氣處理時產(chǎn)生的有色廢液作為天然染料用于紡織品染色的可能性。

在生產(chǎn)速溶咖啡過程中產(chǎn)生的咖啡渣占咖啡干物的質(zhì)量分數(shù)高達67%?？Х仍趪庵饕米魅剂虾惋暳?，但在國內(nèi)大多被當作廢物丟棄，既浪費資源又污染環(huán)境［8］。據(jù)研究，咖啡渣含有14%以上的油脂，利用溶劑可以提取咖啡油［9］。以咖啡殘渣為原料，經(jīng)堿提、過濾、濃縮后可以得到咖啡渣色素?？Х仍貙儆诙喾宇惢衔铮诩徔椘啡旧矫娴难芯旷r見報道。蠶絲蛋白纖維的主要成分是由多種性質(zhì)不同的氨基酸通過肽鍵連接而成的大分子，含有氨基、羥基、羧基等極性基團，咖啡渣色素可以通過分子中的酚羥基以氫鍵以及其他分子間作用力與蠶絲纖維結(jié)合而上染，也可以通過媒染金屬離子與纖維形成配位鍵而上染，這為咖啡渣色素對蠶絲纖維進行染色提供了可能。本研究在提取咖啡渣色素的基礎(chǔ)上，采用單因素實驗優(yōu)化了咖啡渣色素對真絲織物直接染色和媒染加工的工藝，并對染色后真絲織物的耐皂洗、耐汗?jié)n、耐光色牢度進行測試。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：咖啡殘渣（蘇州佳禾食品工業(yè)股份有限公司），真絲針織物（鑫緣繭絲綢集團有限公司），明礬（食品級，溫州礬礦），氫氧化鈉、七水硫酸亞鐵、冰醋酸、鹽酸（分析純，江蘇強盛功能化學股份有限公司），皂片（標準品，上海市紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所），平平加O（工業(yè)級，江蘇四新界面劑科技有限公司）。

儀器：XW-ZR-25X12 型低噪振蕩式染樣機（中國江蘇靖江市新旺染整設(shè)備廠），M-T-18P 萬能試色機（無錫陽博印染機械設(shè)備有限公司），Ultra Scan XE型分光測色儀（美國Hunter Lab 公司），SW-12 A 型水洗色牢度試驗機（無錫紡織設(shè)備廠），Alpha 型日曬牢度儀（SDL-Atalas 公司），YG631 型汗?jié)n牢度儀（南通宏達實驗儀器有限公司）。

1.2 色素的提取

將5 g 咖啡殘渣粉末加入100 mL 8 g/L 的NaOH溶液中，置于低噪振蕩式染樣機中，加熱升溫至100 ℃，保溫提取90 min，降溫，過濾，收集濾液，用鹽酸溶液調(diào)至中性，定容至500 mL，作為染色用咖啡渣色素母液（質(zhì)量濃度設(shè)為x）。

1.3 真絲織物的染色

直接染色：固定浴比1∶50，取咖啡渣色素母液稀釋5 倍，加入1 g/L 平平加O，調(diào)節(jié)pH 至3～5，放入萬能試色機中，40 ℃入染，以1.5 ℃/min 升溫至染色溫度，恒溫染色一定時間，取出，水洗，皂洗（皂片2 g/L，60 ℃，10 min），晾干。

媒染：前媒染色和后媒染色分別在直接染色前后進行。固定媒染劑用量3%(omf)，平平加O 1 g/L，浴比1∶30，在萬能試色機中60 ℃媒染30 min。同浴媒染時，在直接染色浴中加入3%(omf)的媒染劑。

1.4 測試

K/S值及顏色特征值：將織物折疊成4 層，在K/S測試儀上測試，D65光源，光譜掃描范圍350～800 nm，測試4次，取平均值。

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取吩谒瓷味仍囼灆C上測定。

耐汗?jié)n色牢度：按照GB/T 3922—2013《紡織品色牢度試驗?zāi)秃節(jié)n色牢度》在汗?jié)n牢度儀上測定。

耐光色牢度：按照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　吩谌諘窭味葍x上測定，日曬時間為24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 直接染色工藝優(yōu)化

2.1.1 染浴pH

測定染色織物在波長355 nm 處的K/S值。由圖1可知，染色織物的K/S值在pH 為3.0～4.0 時變化不明顯；當pH 大于4.0 時，K/S值逐漸下降。這是因為隨著染液pH 的增大，真絲纖維所帶的正電荷減少，與色素陰離子之間的電性引力下降，導致色素對真絲的上染率降低。因此設(shè)定染浴pH 為3.5～4.0。

圖1 染浴pH 對真絲織物K/S 值的影響

2.1.2 染色溫度

由圖2 可知，隨著溫度的升高，染色真絲織物的K/S值逐漸增大，這是由于溫度升高，纖維孔隙變大，有利于色素進入真絲纖維內(nèi)部。當溫度達到85 ℃后，K/S值變化幅度減小，95 ℃時K/S值達到最大，說明溫度升高，纖維溶脹充分，有利于咖啡渣提取色素進入纖維內(nèi)部，提高上染率。所以優(yōu)化染色溫度為95 ℃。

圖2 染色溫度對真絲織物K/S 值的影響

2.1.3 染色時間

由圖3 可知，隨著染色時間的延長，真絲織物的K/S值增大，但增大幅度不是十分明顯，當染色時間為50 min 時，織物K/S值達到峰值。所以染色時間選擇50 min為宜。

圖3 染色時間對真絲織物K/S 值的影響

2.1.4 提取色素質(zhì)量濃度

由圖4 可知，隨著提取色素質(zhì)量濃度的增加，染色織物的K/S值增大。當提取色素質(zhì)量濃度增加到0.7x時，染色織物的K/S值達到最大值9.97；繼續(xù)增加提取色素質(zhì)量濃度，K/S值不再增加。說明提取色素在真絲織物上的提升性一般，較難得到深濃產(chǎn)品。

圖4 提取色素質(zhì)量濃度對真絲織物K/S 值的影響

2.2 媒染對染色性能的影響

2.2.1 硫酸亞鐵媒染

由圖5 可以看出，采用硫酸亞鐵進行媒染對染色織物的吸收光譜有一定影響，說明色素與金屬離子之間形成了配位鍵，但總體變化不大，吸收峰沒有出現(xiàn)明顯偏移。在整個波長范圍內(nèi)，后媒染織物均呈現(xiàn)出較高的K/S值，說明后媒染后顏色變化較大；同浴媒染、前媒染織物在350～500 nm 處的K/S值相對于直接染色有所下降，但波長超過550 nm 后，媒染織物的K/S值大于直接染色織物。結(jié)合表1 可知，染色織物的色相角變化不大，但后媒染織物的明度和彩度均明顯下降；a*、b*值均下降，色澤變得萎暗，說明后媒染對染色織物的顏色影響較大，色光變化明顯。

圖5 硫酸亞鐵媒染對真絲織物K/S 值的影響

表1 硫酸亞鐵媒染對染色真絲織物顏色特征值的影響

2.2.2 明礬媒染

由圖6 可知，明礬媒染織物的K/S值光譜曲線基本一致（K/S值均較直接染色織物小），曲線趨勢沒有明顯的變化，說明明礬媒染不能提升咖啡渣提取色素染色織物的得色量，是否存在色素與明礬的配位鍵結(jié)合有待進一步考證。表2 顯示，與直接染色織物相比，明礬媒染織物的K/S值減小，明度增加，彩度和色相角變化不大，進一步說明明礬媒染對咖啡渣提取色素染色影響不大。

圖6 明礬媒染對真絲織物K/S 值的影響

表2 明礬媒染對染色真絲織物顏色特征值的影響

2.3 染色牢度

由表3 可知，咖啡渣色素染色真絲織物除了耐光色牢度只有2 級以外，耐汗?jié)n色牢度和耐皂洗色牢度均較好，能達到4 級及以上。媒染有助于染色織物色牢度的提升，特別是硫酸亞鐵后媒染，對耐汗?jié)n色牢度、耐皂洗色牢度和耐光色牢度的提升均有幫助，進一步說明色素與金屬離子之間形成了配位鍵。

表3 咖啡渣色素染色真絲織物的色牢度

3 結(jié)論

（1）咖啡渣色素直接染色真絲織物的優(yōu)化工藝：pH 3.5～4.0，溫度95 ℃，時間50 min。在一定范圍內(nèi)，咖啡渣色素質(zhì)量濃度越大，K/S值越高。

（2）媒染對咖啡渣色素染色真絲織物的顏色特征值有一定影響，硫酸亞鐵媒染的影響大于明礬媒染，硫酸亞鐵后媒染織物的K/S值增大，明度和彩度均明顯下降，色澤變得濃而萎暗。

（3）咖啡渣色素染色的真絲織物具有較好的耐汗?jié)n色牢度和耐皂洗色牢度，但耐光色牢度只有2級。媒染對染色織物色牢度有一定的提升作用，特別是硫酸亞鐵后媒染，對耐汗?jié)n色牢度、耐皂洗色牢度和耐光色牢度的提升均有幫助。