茶色素對羊毛織物的染色效果

姜秀娟

(山東輕工職業(yè)學(xué)院 淄博市生物基紡織新材料重點實驗室，山東 淄博 255300)

茶葉起源于中國，在我國有著悠久的栽種歷史[1]?，F(xiàn)代研究也發(fā)現(xiàn)茶葉具有優(yōu)秀的疾病預(yù)防和治療效果，由其提取的茶色素是一種綠色無毒的保健品和藥品[2-3]。通過現(xiàn)代科技手段分析發(fā)現(xiàn)，茶葉的主要營養(yǎng)成分包括礦物質(zhì)、維生素、蛋白質(zhì)和氨基酸、糖類、脂肪類、脂多糖、酶類、生物堿類、茶多酚和芳香類物質(zhì)，其中茶多酚為茶葉中酚類物質(zhì)的總稱，在這十大類營養(yǎng)物質(zhì)中含量最高，約占茶葉干質(zhì)量的20%～35%[4]，茶色素即為這類多酚類化合物。茶多酚中的主要活性成分兒茶素含量為50%～70%，具有降三高、保肝等保健價值[3]。兒茶素經(jīng)過發(fā)酵工序可轉(zhuǎn)化為茶黃素，茶黃素進一步發(fā)酵可轉(zhuǎn)化為茶紅素，其是決定茶葉的外觀品色的關(guān)鍵。

印染行業(yè)研究發(fā)現(xiàn)，茶色素可用于對紡織纖維尤其是蛋白質(zhì)類纖維的著色，同時還能賦予纖維優(yōu)異的抗紫外線、抗氧化性、抗菌性等[5-6]。隨著人們對紡織品生態(tài)性要求的提高，茶色素等天然染料的應(yīng)用又迎來新的發(fā)展[7]，研究利用茶色素生產(chǎn)高附加值的紡織品具有重要意義。我國是世界上重要的產(chǎn)茶區(qū)，茶葉產(chǎn)量高，茶色素提取的原材料豐富。

有關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)關(guān)于同類植物染料不同方法染出多種顏色的專利較少，且植物染料產(chǎn)業(yè)化程度不高，這都是行業(yè)內(nèi)科研工作者需重視和努力的方向[8-9]。本文研究了茶色素染液直接染色和媒染染色2種方法對羊毛織物的染色效果，選擇生態(tài)性較好的硫酸亞鐵鹽做媒染劑，研究了茶色素在顏色色域上的表現(xiàn)。

1 試 驗

1.1 試驗材料和儀器

試驗材料：羊毛織物(純毛坯布，線密度12 tex×2，經(jīng)、緯向密度均為270 根/(10 cm)，山東如意科技集團)。

藥品：茶葉(特級，御恒春日照綠茶)、冰醋酸(AR，萊陽經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)精細化工廠)、硫酸亞鐵(AR，天津市北辰方正試劑廠)、氯化亞錫(AR，天津市化學(xué)試劑一廠)、硫酸銅(AR，濟南市化工研究所)、氯化鎂(AR，天津博迪化工股份有限公司)。

儀器：HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海浦東物理光學(xué)儀器廠)、YP502N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司),datacolor 600電腦測色配色儀、SW24A-1皂洗牢度測試儀、Y571D摩擦牢度測試儀(溫州方圓儀器有限公司)、滌綸濾網(wǎng)(孔徑150 μm，100目)。

1.2 試驗方法

1.2.1 茶色素染液制備

茶色素染液制備：純水浸提，溫度100 ℃，時間40 min，浸提2次，浸提液合并。操作過程：稱取5 g茶葉，放入500 mL水浴中，在100 ℃條件下[10]，提取40 min，冷卻，過濾。收集濾液，將茶渣再次放入500 mL水浴中，重復(fù)浸提1次，過濾。將2次濾液混合備用[11]。茶色素染液質(zhì)量濃度記為5 g/L。

1.2.2 染色工藝

1.2.2.1直接染色

將羊毛織物在室溫下先投入茶色素染液質(zhì)量濃度為5 g/L染浴中，升溫至90 ℃保溫處理50 min，取出樣布，冷水沖洗，熨干。染色浴比 1∶50。

1.2.2.2媒染染色

預(yù)媒染：將羊毛織物在室溫下先投入媒染溶液中，升溫至90 ℃保溫處理50 min，取出樣布，再投入5 g/L茶色素染液中染色，升溫至90 ℃，恒溫染色50 min，冷水沖洗，熨干。

同媒染：5 g/L茶色素染液中加入媒染劑，將織物潤濕后常溫入染，升溫至90 ℃，保溫染色50 min，冷水沖洗，熨干。

后媒染：將羊毛織物在室溫下先投入5 g/L茶色素染浴中，升溫至90 ℃保溫處理50 min，取出樣布，再投入媒染溶液中，升溫至90 ℃，保溫媒染處理50 min，冷水沖洗，熨干。

1.3 性能測試

1.3.1K/S值及色光測定

K/S值采用datacolor 600電腦測色配色儀進行檢測。掃描范圍為360～700 nm。記錄染色羊毛織物的色深值K/S值及L*、a*、b*顏色特征值。

1.3.2 染色牢度測定

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試；耐摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 直接染色染色工藝因素的影響

2.1.1 染色溫度對染色效果的影響

采用直接染色對毛織物進行染色，茶色素染液質(zhì)量濃度5 g/L，浴比1∶50 ，時間50 min，染浴pH值為中性。測定染色樣品的L*、a*、b*、K/S值，結(jié)果如表1所示。

表1 染色溫度對染色效果的影響Tab.1 Effect of dyeing temperature on dyeing efficiency

由表1示出，隨著染色溫度的提高，羊毛織物的表面染色深度K/S值逐漸增大，當溫度達90 ℃時，表面染色深度達最大值。繼續(xù)升高染色溫度，羊毛織物的表面染色深度值開始下降。這是因為羊毛表面的鱗片層會阻礙染料向纖維內(nèi)部擴散，當溫度升高時，鱗片層逐漸溶脹、張開，同時羊毛纖維內(nèi)的結(jié)晶區(qū)開始調(diào)整，使得空隙較大的無定形區(qū)域增大，這都有利于染料向纖維內(nèi)部的擴散轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為隨著溫度的升高染色深度K/S值的增加。而當溫度升至90 ℃以后，纖維內(nèi)的結(jié)構(gòu)不再繼續(xù)變化，但染料解離速率逐漸大于上染速率，表現(xiàn)為染色深度值開始下降?？芍苯尤旧旧珳囟纫?0 ℃為宜。

2.1.2 染浴pH值對染色效果的影響

采用直接染色對羊毛織物進行染色，茶色素染液質(zhì)量濃度5 g/L，浴比1∶50 ，溫度90 ℃，時間50 min。測定染色樣品的L*、a*、b*、K/S值，染浴pH值對染色效果的影響如表2所示。

表2 染浴pH值對染色效果的影響Tab.2 Effect of dye bath pH value on dyeing efficiency

由表2示出，茶色素直接染色法的染浴pH值對羊毛織物表面染色深度K/S值有一定的影響，在pH值為4時羊毛織物的K/S值達到最大。同時可以看到，b*值隨著pH值的增加呈規(guī)律性降低，即表面顏色藍光逐漸加重。這是因為茶色素主要成分為多酚類化合物，分子可游離出H+，其分子結(jié)構(gòu)隨pH值不同而異，顏色也隨之變化，如其中游離的芙蓉花色素，當pH值<3時，呈陽離子狀態(tài)，顯紅色；當pH值接近中性時，顯紫羅蘭色；當pH值繼續(xù)升高時，呈陰離子狀態(tài)，顯藍色。

2.1.3 茶色素質(zhì)量濃度對染色效果的影響

采用直接染色法對羊毛織物進行染色，浴比1∶50，溫度90 ℃，時間50 min，染浴pH值為中性。茶色素質(zhì)量濃度主要影響得色深度K/S值，當?shù)蒙_到飽和時，K/S值基本不再增加，且會產(chǎn)生表面浮色，影響染色后織物的耐摩擦色牢度表現(xiàn)，為測得染色達到飽和時的茶色素濃度，在此主要測定染色樣品的表面色深K/S值和耐摩擦色牢度指標。茶色素質(zhì)量濃度對染色效果的影響結(jié)果如表3所示。

表3 茶色素質(zhì)量濃度對染色效果的影響Tab.3 Effect of tea concentration on dyeing efficiency

由表3示出，隨著茶色素染液質(zhì)量濃度的提高，羊毛織物表面染色深度K/S值逐漸增加。當茶色素質(zhì)量濃度達到10 g/L時，繼續(xù)增加茶色素質(zhì)量濃度則表面染色深度K/S值增加幅度明顯變小，同時耐摩擦色牢度尤其是濕耐摩擦色牢度呈現(xiàn)一定程度的降低，這說明茶色素質(zhì)量濃度超過10 g/L時，逐漸有部分染料不能被纖維充分吸收固著，而在羊毛織物表層形成浮色。總的來說，茶色素直接染色的羊毛織物，其耐摩擦色牢度較好。

2.2 茶色素染色色域表現(xiàn)

分別采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色，茶色素染液質(zhì)量濃度5 g/L，媒染劑分別為5 g/L硫酸亞鐵、2 g/L硫酸銅、1 g/L氯化亞錫、1 g/L氯化鎂。染色效果見圖1。

圖1 茶色素染色效果Fig.1 Dyeing effect of tea pigment

由圖1示出，茶色素對羊毛織物染色的色域范圍包括黃、淺棕黃、淺棕紅、黃棕、藍黑等。媒染劑對茶色素染色顯色影響比較大，其中氯化鎂鹽做媒染劑時色光稍有偏紅；氯化亞錫同媒法可以獲得比較鮮艷的黃，而不同媒染方法色光差異較大；硫酸亞鐵和硫酸銅用做茶色素染色媒染劑時，得色較深且與直接染色相比顏色變化較大。

2.3 硫酸亞鐵鹽媒染染色效果

2.3.1 媒染方法對染色效果的影響

分別采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色方法，媒染劑為5 g/L硫酸亞鐵，茶色素染液質(zhì)量濃度5 g/L。測定染色樣品的L*、a*、b*值和K/S值，媒染劑為FeSO4時，不同染色方法對染色效果的影響結(jié)果如表4所示。

表4 染色方法對染色效果的影響(媒染劑FeSO4)Tab.4 Effect of dyeing method on dyeing efficiency (The mordant is ferrous sulfate)

圖2 直接染色和媒染染色染色效果圖Fig.2 Direct and mordant dyeing effects.(a)Direct dyeing; (b)Bottom chrome dyeing;(c)One bath mordant dyeing; (d)Back dyeing

由表4示出，預(yù)媒染染色和后媒染染色能較大程度增加表面染色深度，而同媒染染色得色最淺，同媒染染色所得色深反而比直接染色有所下降，這可能是因為以同媒染染色時媒染劑與茶色素在染液中先形成了部分絡(luò)合物，影響了茶色素分子向纖維內(nèi)的擴散而造成得色下降。

圖2結(jié)合表4示出，以硫酸亞鐵做媒染劑可以使茶色素對羊毛織物染色色光發(fā)生較大變化。相對于直接染色的棕色，硫酸亞鐵媒染所得色光更偏藍，且偏紅光更少。

2.3.2 染色牢度效果表現(xiàn)

分別采用1.2.2.1和1.2.2.2的直接染色、媒染染色，媒染劑為5 g/L硫酸亞鐵，茶色素染液質(zhì)量濃度5 g/L。測定染色樣品的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度，不同染色法的色牢度測試結(jié)果如表5所示。由表5示出，直接染色和媒染染色后原樣變色等級較低，而沾色牢度等級普遍較高。結(jié)合布樣實際顏色變化，如圖3所示，反映出皂洗更多的是影響染色樣的色光表現(xiàn)，而洗掉的浮色并不多。媒染方法與直接染色相比變色和沾色等級明顯提高，耐皂洗色牢度得到提高，耐摩擦色牢度變化不大。

表5 不同染色方法的染色牢度Tab.5 Color fastness of different dyeing methods 級

圖3 皂洗前后羊毛織物顏色變化Fig.3 Color change of wool fabric before and after soaping

3 結(jié) 論

本文研究了茶色素對羊毛織物的染色效果，研究表明，用茶色素對羊毛織物染色可獲得的色域范圍包括黃、淺棕黃、淺棕紅、黃棕、藍黑等，茶色素染色總體色牢度表現(xiàn)較好，皂洗會在一定程度上引起茶色素染色羊毛織物原樣變色。茶色素染色基本不添加助劑，染色過程綠色無污染，染后織物兼具抗菌等保健效果，這些優(yōu)勢使茶色素在未來必將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。