秦皮天然染料對羊毛的染色工藝

劉瑾姝，馬曉燕，邢建偉，師文釗

(1.西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048； 2.西北工業(yè)大學 化學與化工學院， 陜西 西安 710129)

隨著人們對水污染、原材料和加工產品的可持續(xù)性、生物降解性和環(huán)境友好性等方面的重視，紡織品的環(huán)保染色正受到廣泛關注，其中從植物、動物以及礦物中提取的天然染料因其可再生及可持續(xù)性，重新成為潛在可行的“綠色化學”選擇[1-2]，目前越來越多的植物及動物提取物被作為染料用于紡織品染色并賦予其各種功能性[3]。但天然染料對紡織品的染色加工存在色澤范圍窄、色牢度低等問題，因此常用不同種類的媒染劑來解決上述問題，而媒染處理后樣品的顏色特性如表觀深度K/S值、明度值L*、紅綠值a*、黃藍值b*、彩度值c*及色相值Ho取決于媒染劑和纖維的化學性質以及與染料和纖維形成金屬離子絡合物的能力[4]。

秦皮是木犀科植物如白蠟樹等的干皮[5]，是中國傳統(tǒng)醫(yī)學中最受歡迎和廣泛使用的藥用植物，具有抗凝、抗過敏、抗氧化等作用[6-8]。秦皮提取物中含有秦皮甲素、秦皮乙素、秦皮甙及秦皮素等香豆素類化合物[9]，已被成功應用于具有防曬功效的功能化妝品中[10]。

本課題組在前期研究中采用水浸提法從秦皮中提取天然染料并將其用于棉織物、桑蠶絲織物的染色，通過媒染或固色處理使染品具有較好的顏色深度及染色牢度[11-13]，基于目前未見將秦皮天然染料用于羊毛染色的研究報道，本文試驗采用前期研究確定的水浸提工藝對秦皮進行提取，直接以提取液作為染液對羊毛進行染色，通過測試染后樣品K/S值，對比直接染色及分別采用硫酸銅、硫酸鋁鉀及硫酸亞鐵作為媒染劑的不同媒染工藝對染色效果的影響，并研究以硫酸銅作為媒染劑后媒法染色工藝對染色樣品性能的影響，以期擴展秦皮天然染料的應用范圍，提升羊毛織物的附加值。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：中藥秦皮(西安怡康醫(yī)藥連鎖有限責任公司，粉碎過篩)；羊毛(14 tex，江陰市曄恒國際貿易有限公司)；硫酸銅、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、冰醋酸(分析純，天津市恒興化工試劑制造有限公司)。

儀器：SDM2-12-140型高溫高壓染色機(立信染整機械有限公司)、FA2104型電子天平(上海精密科學儀器有限公司)、DHJ-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)，Color-i7型分光光度儀(愛色麗(上海)色彩科技有限公司)、UV-1800PC型紫外可見分光光度計(上海美譜達儀器有限公司)、Y(B)571C型色牢度摩擦儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)、SW-12J型耐洗色牢度試驗機(溫州市大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 秦皮天然染料提取

采用文獻[13]確定的提取工藝對秦皮天然染料進行水浸法提取，具體工藝如下：秦皮粉末料液比1∶20，80 ℃提取時間90 min，提取2次后將提取液共混冷卻過濾，直接作為染液待用。

1.2.2 羊毛秦皮天然染料染色工藝

直接染色工藝：秦皮天然染料浸提液作為染液，醋酸調節(jié)染浴pH值為4，滲透劑JFC 0.5%(owf)，浴比1∶30。染色升溫曲線見圖1。

圖1 秦皮浸提液直接染色升溫曲線

預媒法染色工藝：媒染劑 2%(owf)，浴比1∶30，預媒處理升溫曲線見圖2。秦皮天然染料浸提液作為染液，醋酸調節(jié)染浴pH值為4，滲透劑JFC 0.5%(owf)，浴比1∶30。染色升溫曲線與直接染色工藝相同，見圖1。

圖2 預媒法媒染劑處理升溫曲線

同浴媒法染色工藝：秦皮天然染料浸提液作為染液，醋酸調節(jié)染浴pH值為4，滲透劑JFC 0.5%(owf)，媒染劑 2%(owf)，浴比1∶30。染色升溫曲線見圖3。

圖3 同浴媒法染色升溫曲線

后媒法染色工藝：秦皮天然染料浸提液作為染液，醋酸調節(jié)染浴pH值為4，滲透劑JFC 0.5%(owf)，媒染劑 2%(owf)，浴比1∶30。染色升溫曲線見圖4。

圖4 后媒法染色升溫曲線

后處理工藝：水洗(70 ℃×15 min)→皂洗(皂洗劑1%(owf)，80 ℃×15 min)→水洗(70 ℃×15 min)。

1.3 測試方法

1.3.1 顏色測試

使用Color-i7型分光光度儀測定不同染色樣品K/S值及顏色特征值(明度值L*，紅綠值a*，黃藍值b*，彩度值c*，色相值Ho)，每個樣品測試3次，取平均值。

1.3.2 染色牢度測試

依據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》分別對染色樣品的耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度進行測試。

1.3.3 堿溶解度測試

按照文獻[14]中測試方法對不同羊毛樣品的含水率及堿溶解度進行測試，每個樣品測試3次，取平均值。

2 結果與討論

2.1 不同染色方法對比

以秦皮天然染料提取液直接作為染液對羊毛纖維進行染色，染色后樣品K/S值為0.932。另采用硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵作為金屬媒染劑，分別通過預媒法、同浴媒法、后媒法染色工藝對羊毛進行染色，測試染后樣品K/S值，不同媒染劑媒染染色后羊毛纖維的K/S值見圖5。

圖5 不同媒染劑不同染色工藝羊毛纖維的K/S值

由圖5可知，與直接染色工藝相比，采用3種不同的媒染劑對秦皮天然染料進行媒染處理后，染色樣品的K/S值明顯增大；且對于3種不同媒染劑的媒染工藝，當媒染劑用量相同時，后媒法染色樣品K/S值比預媒法、同浴媒法染色樣品K/S值髙，這可能是因為后媒法染色工藝中秦皮天然染料在染色階段對羊毛充分上染，媒染階段與媒染劑間形成絡合物，提高了秦皮天然染料與羊毛纖維間的作用力；而預媒法染色工藝中先用媒染劑對羊毛進行處理，使染色階段秦皮天然染料受羊毛上媒染劑絡合作用，限制了其向纖維內的擴散；同浴媒法染色工藝中，秦皮天然染料與媒染劑同處于染浴中，染料在對纖維進行吸附上染前即與媒染劑形成絡合物，由于絡合物向纖維內擴散時所受纖維大分子空間阻力及分子間作用力增大，影響了染料的上染。對比3種媒染劑媒染效果發(fā)現(xiàn)，采用硫酸銅作為媒染劑使羊毛獲得更深的顏色色深值；另外通過對比染后羊毛色光，硫酸銅、硫酸鋁鉀媒染后染色樣品色光與直接染色工藝樣品一致，而硫酸亞鐵媒染后對染料色光影響較大[15]，綜合考慮選用硫酸銅作為秦皮天然染料染羊毛時的媒染劑，采用后媒法染色工藝對羊毛進行染色。

2.2 后媒法染色工藝優(yōu)化

2.2.1 染色溫度及時間對染色效果的影響

采用秦皮浸提液直接作為染液，調節(jié)染液pH值為4，以染色溫度及染色時間為變量對羊毛進行染色，染后以2%(owf)硫酸銅為媒染劑，在100 ℃對染后羊毛媒染處理30 min，通過測試染后樣品的K/S值研究染色溫度及時間對染色效果的影響，染色溫度及時間對染后樣品K/S值影響見圖6。

圖6 后媒法染色溫度及時間對染后樣品K/S值的影響

由圖6可知，羊毛后媒法染色樣品的K/S值隨染色溫度升高而增大，100 ℃達到最大值，這主要是因為溫度升高使羊毛纖維鱗片層軟化且纖維內容納染料擴散的孔道尺寸增大，秦皮天然染料向羊毛纖維內部擴散性能增強；染色樣品的K/S值隨染色時間延長而增加，染色時間增至45 min后，樣品K/S值增加幅度較小，說明延長時間有利于染料充分擴散[16]，因此秦皮天然染料媒染染色溫度及時間分別選用100 ℃、45 min。

2.2.2 染液pH值對染色效果的影響

采用秦皮浸提液直接作為染液，配置pH值為2、4、6、8的染浴，在100 ℃對羊毛染色45 min，染后以2%(owf)硫酸銅為媒染劑，在100 ℃對染后羊毛進行媒染處理30 min，通過測試染后樣品的K/S值研究染液pH值對染色效果的影響，染浴pH值對染后樣品K/S值影響見圖7。

圖7 后媒法染浴pH值對染后樣品K/S值的影響

由圖7可知，羊毛后媒法染色樣品的K/S值隨染浴pH值降低而增大，這是因為秦皮提取物的主要成分為香豆素類化合物，當染浴pH值降低時，羊毛纖維上氨基質子化程度增強，纖維呈現(xiàn)正電性增強，香豆素類化合物與纖維上正電中心形成離子鍵作用增強，吸附上染程度增加[17]。綜合考慮，秦皮天然染料媒染染色pH值選用4.0。

2.2.3 媒染劑用量對染色效果的影響

采用秦皮浸提液直接作為染液，調節(jié)染液pH值為4，在100 ℃對羊毛染色45 min，染后分別以0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%(owf)硫酸銅為媒染劑，在100 ℃對染后羊毛進行媒染處理30 min，以媒染劑用量為變量，通過測試染后樣品的K/S值研究媒染劑用量對染色效果的影響，媒染劑用量對染后樣品K/S值影響見圖8。

圖8 后媒法媒染劑用量對染后樣品K/S值影響

由圖8可知，羊毛經秦皮天然染料染色后，樣品K/S值隨媒染劑用量增加而增加，當媒染劑用量增大至2.0%(owf)，繼續(xù)增加媒染劑用量對染色樣品K/S值增幅較小。這是因為采用媒染劑對染色樣品進行處理，媒染劑離子與染料及纖維間形成絡合作用，提高了二者的結合強度及耐洗滌性，隨媒染劑用量增加，纖維上更多秦皮天然染料分子參與絡合，染后樣品K/S值隨之增加[18]。綜合考慮，秦皮天然染料媒染染色媒染劑用量選用2.0%(owf)。

2.2.4 媒染溫度對染色效果的影響

采用秦皮浸提液直接作為染液，調節(jié)染液pH值為4，在100 ℃對羊毛染色45 min，染后以2.0%(owf)硫酸銅為媒染劑，在不同溫度對染后羊毛進行媒染處理30 min，以媒染溫度為變量，通過測試染后樣品的K/S值研究媒染溫度對染色效果的影響，媒染溫度對染后樣品K/S值影響見圖9。

圖9 后媒法媒染溫度對染后樣品K/S值影響

由圖9可知，羊毛經秦皮天然染料染色后，在相同媒染劑用量下，染色樣品K/S值隨媒染溫度升高而顯著增加，這是因為溫度升高有利于媒染劑離子向纖維內擴散，參與秦皮天然染料媒染作用的媒染劑離子增加，因此確定媒染溫度為100 ℃。

2.2.5 媒染時間對染色效果的影響

采用秦皮浸提液直接作為染液，調節(jié)染液pH值為4，在100 ℃對羊毛染色45 min，染后以2.0%(owf)硫酸銅為媒染劑，在100 ℃對染后羊毛進行媒染處理，以媒染處理時間為變量，通過測試染后樣品的K/S值研究媒染處理時間對染色效果的影響，媒染時間對染后樣品K/S值影響見圖10。

圖10 后媒法媒染時間對染后樣品K/S值影響

由圖10可知，羊毛經秦皮天然染料染色后，在相同媒染劑用量及媒染溫度下，染色樣品K/S值隨媒染時間延長而增加，說明延長時間可保證染料、纖維與媒染劑離子間充分形成絡合作用，考慮到時間過長會造成纖維損傷程度增加，因此確定媒染時間為30 min。

2.3 染色樣品性能測試

采用秦皮浸提液直接作為染液，調節(jié)染液pH值為4，在100 ℃對羊毛染色45 min，染后以2.0%(owf)硫酸銅為媒染劑，在100 ℃對染后羊毛進行媒染處理30 min，通過測試后媒法染色工藝及直接染色工藝染后樣品的K/S值、顏色特征值(明度值L*，紅綠值a*，黃藍值b*，彩度值c*，色相值Ho)、堿溶解度及染色牢度，對比2種染色工藝的染色效果，測試結果分別見表1、2。

表1 2種染色工藝染色樣品顏色特征值對比

表2 不同染色方法染色樣品損傷及色牢度對比

由表1可知，羊毛經秦皮天然染料直接染色后可獲得淺黃棕色色澤；選用硫酸銅為媒染劑，通過后媒法對秦皮天然染料染色后樣品進行媒染處理，使染色樣品K/S值顯著增加；L*減小而a*、b*、c*增加，說明媒染后染色樣品顏色變深，且紅光、黃光及飽和度增強。由表2可知，羊毛經秦皮天然染料直接染色及硫酸銅后媒法染色后，堿溶解度顯著增加，反映出羊毛經高溫沸染后損傷程度增加，由于后媒染處理仍是在高溫條件下進行的，所以羊毛損傷程度比直接染色后樣品更大；對比不同染色方法染后樣品染色牢度可以看出，后媒法染色后樣品耐摩擦、耐皂洗染色牢度均得到一定程度改善，說明媒染處理時媒染劑離子提高了秦皮天然染料與纖維間的結合強度，有利于提高染色牢度。

3 結 論

①采用秦皮提取液作為染液對羊毛纖維進行直接染色，可使纖維獲得淺黃棕色的顏色；選用硫酸銅、硫酸亞鐵及硫酸亞鐵作為媒染劑，通過預媒法、同浴媒法及后媒法染色工藝對羊毛進行染色，染后樣品K/S值均比直接染色后樣品K/S值大，其中硫酸銅的后媒法染色工藝染品K/S值增幅最大。

② 羊毛秦皮天然染料染色時，采用硫酸銅后媒法染色，最佳染色工藝為：染色溫度100 ℃，染色時間45 min，染液pH值4.0；最佳媒染工藝為：媒染劑用量2.0%(owf)，媒染溫度100 ℃，媒染時間30 min。

③ 羊毛秦皮天然染料染色后，硫酸銅后媒法處理，可提高染品顏色深度，改善耐摩擦、耐皂洗色牢度。