印度小葉紫檀色素的提取及其對棉織物的染色性能

鄒 蒙，朱莉娜

（德州學院紡織服裝學院，山東德州 253023）

中國作為紡織大國，植物染料染色自古有之。隨著時代的發(fā)展，對人體有一定副作用的化學染料卻以方便快捷等優(yōu)點逐漸取代傳統(tǒng)植物染料。近年來，人們追求綠色環(huán)保健康的生活，對紡織服裝工業(yè)來說，這是對植物染料市場一次全面的探索及拓展。本研究對植物染料印度小葉紫檀進行探討。

“印度小葉紫檀也作檀香紫檀，是世界著名的紅木樹種之一，其木材及木制品極為珍貴，亦具有重要的藥用價值。中國對檀香紫檀木材的利用已有悠久的歷史，主要是制作高檔紅木家具和工藝品?！保?］而將加工制作家具等剩下的木屑進行收集整理，可以用作天然染色材料。棉纖維作為4大天然纖維（棉、麻、毛、絲）之一，具有柔軟、保暖、舒適、透氣性好等優(yōu)良性質。［2］棉織物與印度小葉紫檀染液的結合具有更高的利用價值和應用前景。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：純棉織物（市售），印度小葉紫檀木屑（購自藥店），無水乙醇、硫酸鋁鉀（分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司），硫酸亞鐵（天津市福晨化學試劑廠）。

儀器：AR2130電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司），Datacolor AHIBA IR染色機、Datacolor 200LAV測色配色儀［德塔顏色商貿（上海）有限公司］，恒溫水浴鍋（上海樹立儀器儀表有限公司），紫外-可見分光光度計［島津儀器（蘇州）有限公司］，SW-8A型耐洗試驗機（青島山紡儀器有限公司），BZGY908標準光源箱（南通三思機電科技有限公司），Y571L型染色摩擦牢度儀（溫州大榮紡織標準儀器廠）。

1.2 印度小葉紫檀天然染料的提取

稱取干燥粉碎的印度小葉紫檀木屑以提取印度小葉紫檀色素［提取劑乙醇30%～70%（體積分數(shù)），料液比1∶10～1∶50，溫度30～90 ℃，時間30～90 min］，將提取液過濾多余殘渣后冷卻密封。［3］

1.3 印度小葉紫檀的染色工藝

1.3.1 直接染色

浸提（遞推）法：以印度小葉紫檀木屑提取液為染液染色（浴比1∶30～1∶70，時間45～105 min，溫度50～90 ℃），待樣液降至室溫后取出布料，洗掉浮色，自然晾干。紅外線染色法：以印度小葉紫檀木屑提取液為染液染色（浴比1∶30～1∶70，時間30～70 min，溫度90～110 ℃，轉速10～50 r/min），待樣液降至室溫后取出布料，洗掉浮色，自然晾干。

1.3.2 媒染染色［4］

預媒染：先將純棉織物放入3 g/L媒染劑溶液中處理一定時間，冷卻至室溫，取出布料水洗去除表面多余的媒染劑，晾干；再將布料放入印度小葉紫檀木屑提取液中，在優(yōu)化條件下染色，冷卻、水洗、晾干。

同浴媒染：將純棉織物放入含3 g/L媒染劑的印度小葉紫檀木屑提取液中，在優(yōu)化條件下染色，冷卻、水洗、晾干。

后媒染：先將純棉織物放入印度小葉紫檀木屑提取液中染色，再加入3 g/L媒染劑，待充分溶解后進行媒染，冷卻、水洗、晾干。

1.4 測試

上染率：利用紫外-可見分光光度計在印度小葉紫檀色素的最大吸收波長482 nm處測試吸光度，計算上染率=(1-A1C1/A0C0)×100%，其中，A1為殘液吸光度；A0為原液吸光度；C1為殘液稀釋倍數(shù)；C0為原液稀釋倍數(shù)。

耐皂洗色牢度：參考GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測試。

耐摩擦色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測試。

2 結果與討論

2.1 印度小葉紫檀提取工藝優(yōu)化［5］

2.1.1 料液比

如圖1所示，隨著料液比的增大，吸光度下降，在1∶10處吸光度最高。這是因為料液比越大，對相同質量印度小葉紫檀木屑的提取溶劑越多，部分色素殘留于水中，對色素溶液的提取率造成影響。因此優(yōu)化提取料液比為1∶10。

圖1 料液比對提取液吸光度的影響

2.1.2 乙醇用量

由圖2可知，隨著乙醇用量的增加，吸光度先增大后減小，乙醇用量為50%時吸光度最高。因為乙醇用量過高，對染料分子刺激過大，使得部分染料分子失去活性，阻礙細胞液的釋放，色素提取效果變差。所以，乙醇優(yōu)化用量為50%。

圖2 乙醇用量對提取液吸光度的影響

2.1.3 提取時間

由圖3可知，隨著提取時間的延長，吸光度先增大后減小，在提取時間為45 min時吸光度最高。原因是經(jīng)過長時間的高溫提取，染料分子結構遭到破壞，色素分子的有效成分喪失；時間過短，色素尚未完全溶于溶劑中。所以優(yōu)化提取時間為45 min。

圖3 浸提時間對提取液吸光度的影響

2.1.4 提取溫度

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，吸光度先增大后緩慢減小，提取溫度為60 ℃時吸光度最高。原因是經(jīng)過長時間的高溫提取，染料分子中的有效成分被破壞，影響提取效果。所以優(yōu)化提取溫度為60 ℃。

圖4 提取溫度對提取液吸光度的影響

2.2 浸提法染色工藝優(yōu)化

2.2.1 染色時間

由圖5可知，在染色時間為45～60 min時，K/S值無明顯升降變化，可能是因為染色時間過短，色素難以完全附著在棉織物上；當染色時間達到90 min時，K/S值處于峰值，此時色素最活躍，對棉織物的附著力最強；當染色時間長達105 min時，K/S值下降，因為染色時間過長，部分色素遭到破壞。故優(yōu)化染色時間為90 min。

圖5 浸提法染色時間對染色棉織物K/S 值的影響

2.2.2 浴比

由圖6可知，隨著浴比的增大，K/S值整體呈先增大后減小的趨勢。浴比為1∶30時，K/S值偏低，這是因為浴比偏小，染液濃度大，在高溫下染色，染料的聚集程度相對較高，在染色過程中，以溶解狀態(tài)釋放的染料單分子數(shù)量較少；浴比為1∶50時K/S值最大，即此時以溶解狀態(tài)釋放的染料單分子最多，上染率最高；隨著浴比的繼續(xù)增大，K/S值減小，原因是浴比越大，染液濃度越低，染料分子對棉織物的親和性降低。所以優(yōu)化浴比為1∶50。

圖6 浸提法浴比對染色棉織物K/S 值的影響

2.2.3 染色溫度

由圖7可知，隨著染色溫度的升高，K/S值增大，在染色溫度為90 ℃時K/S值最大。因為染色溫度較低時，在相同染色時間內，染料分子滲透性較差，K/S值降低。所以，優(yōu)化染色溫度為90 ℃。

圖7 浸提法染色溫度對染色棉織物K/S 值的影響

2.3 紅外線染色法工藝優(yōu)化

2.3.1 浴比

由圖8可知，隨著浴比的增大，K/S值整體呈現(xiàn)上升趨勢。1∶30～1∶50時K/S值偏低，無明顯上升趨勢，這是因為浴比偏小，染液濃度較大，在高溫下染色，染料的聚集程度相對較高，在染色過程中，以溶解狀態(tài)釋放的染料單分子數(shù)量較少；1∶70時K/S值最大，即此時以溶解狀態(tài)釋放的染料單分子最多，上染率最高。所以優(yōu)化浴比為1∶70。

圖8 紅外線染色法浴比對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.2 染色溫度

由圖9可知，當染色溫度升高至95 ℃時K/S值最大，說明上染率最高；繼續(xù)升高溫度，K/S值降低，這是因為染色溫度過高，染料分子的有效成分被破壞，尚未滲透到面料內部便因高溫失去活性。所以，優(yōu)化染色溫度為95 ℃。

圖9 紅外線染色法染色溫度對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.3 轉速

由圖10可知，轉速為10～30 r/min時，K/S值緩慢上升，因為轉速過低，染料分子運動緩慢，在相同時間內對面料的滲透性、吸附性不高；轉速為40 r/min時K/S值最大；轉速為50 r/min時K/S值下降，因為轉速過高，染料分子因運動劇烈遭到破壞。所以優(yōu)化染色轉速為40 r/min。

圖10 紅外線染色法轉速對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.4 染色時間

由圖11可知，隨著染色時間的延長，K/S值下降，原因是高溫染色時間越長，染料分子結構越容易被破壞，色素對面料的附著性越差，上染率越低，K/S值下降。優(yōu)化染色時間為30 min。

圖11 紅外線染色法染色時間對染色棉織物K/S 值的影響

比較浸提法與紅外線染色法，兩者K/S值差別不大，但是紅外線加速了染色，染色時間大大縮短，省時快捷；并且紅外線染色法設有轉速這一變量，數(shù)據(jù)更精確，能更有效地控制印度小葉紫檀提取液對純棉織物的染色。

2.4 媒染對棉織物染色效果的影響

2.4.1 K/S值

由表1可知，媒染染色棉織物的K/S值大于直接染色。根據(jù)Kubelka-Munk顏色深度方程可知，加入媒染劑后提取液的有色物質濃度升高，使提取液的染色性能提高。本實驗選用的棉織物經(jīng)密大于緯密，經(jīng)紗較緯紗上染面積大，所以棉織物經(jīng)向的顏色深度均高于緯向。兩種媒染劑均是預媒染的增色效果最佳，預媒染和同浴媒染時硫酸亞鐵上色更深。

表1 不同媒染劑對染色棉織物經(jīng)緯向K/S 值的影響

2.4.2 色牢度

由表2可知，預媒染的耐皂洗色牢度較好；其他染色方法的棉沾、絲沾都達到了4級以上，變色為3～4級或4級，耐皂洗色牢度還有待提高。耐摩擦色牢度均達到了4級以上，達到服用要求；染色方式對耐摩擦色牢度的影響不明顯。

表2 印度小葉紫檀染色純棉織物的色牢度

3 結論

（1）印度小葉紫檀色素的優(yōu)化提取工藝：乙醇用量50%，溫度60 ℃，時間45 min，料液比1∶10。

（3）印度小葉紫檀提取液直接染色棉織物紅外線染色法的優(yōu)化工藝：時間30 min，浴比1∶70，溫度95 ℃，轉速40 r/min。

（3）媒染染色棉織物的K/S值大于直接染色，預媒染效果相對最優(yōu)。

（4）媒染提高了棉織物的耐皂洗、耐摩擦色牢度，并且均能滿足服用要求。