殼聚糖季銨鹽改性純棉織物對拓染效果的影響

彭文芳，鐘 周，劉文娟

(廣東工業(yè)大學 藝術與設計學院 ， 廣東 廣州 510090)

植物拓染是在傳統(tǒng)植物染料染色的基礎上創(chuàng)新的一種手工印染技藝，其運用形態(tài)各異的花草，直接拓染在紡織面料上，能自由設計色彩紋理富于變化的不同圖案，具有不可復制的手工藝術特征[1-2]，但拓染織物存在表面色深度值低、顏色灰暗、色牢度差等缺點。

殼聚糖及其衍生物在紡織業(yè)中廣泛用于提高織物抗菌性及上染效果等。李萍[3]、張欣等[4]探討了殼聚糖季銨鹽改性在棉織物天然染料染色中的應用，發(fā)現(xiàn)殼聚糖季銨鹽作為陽離子改性劑可明顯提高棉織物的K/S值，且棉織物耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度也普遍提高1級。可見，殼聚糖及其衍生物作為預處理改性劑，在增加織物染色深度、提高色牢度等方面也有促進作用，但在天然植物拓染中單獨使用的報道較少。

大多數(shù)植物的葉子、樹皮等枝干中都含有單寧類和黃酮類化合物，拓染后噴灑媒染劑，單寧類化合物易與多價金屬離子絡合，呈現(xiàn)明艷度較低的灰色系、暗色系色調(diào)。難以獲得黃酮類化合物原本明亮、鮮艷的純色調(diào)。因此，本文選擇梔子(梔子色素主要成分是萜類的藏紅花素和藏紅花酸，黃酮類的槲皮素、梔子素等[5])對殼聚糖季銨鹽改性純棉織物進行上染，優(yōu)選改性工藝，再用夜香牛、海金沙、羊蹄甲、艾草(均含有黃酮、萜類)4種新鮮植物進行拓染，以期獲得具有良好色牢度又明亮鮮艷的拓染效果。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

材料：純棉織物(面密度180 g/m2)，純堿(食用級，南京甘汁園糖業(yè)有限公司)，檸檬酸(食用級、濰坊英軒有限公司)，梔子果(產(chǎn)自江西)，夜香牛、海金沙、羊蹄甲、艾草(在廣州地區(qū)現(xiàn)采新鮮葉子)，圓形大理石球，殼聚糖季銨鹽(HACC，取代度>98%，酷爾化學科技有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 染液提取

稱取干燥剪開的梔子果實70 g，以1 L蒸餾水為提取劑，電磁爐煮開后再小火煮30 min，然后用孔徑75 μm(200目)的304不銹鋼篩網(wǎng)過濾、靜置20 min后，待用。

1.2.2 殼聚糖季銨鹽改性工藝

將純棉織物投入制備好的改性液(設置恒溫改性溫度70 ℃，殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度0.25～8.00 g/L、pH值3～10)中40 min,改性浸泡完畢后取出織物，再設置烘干時間(5～30 min)、烘干溫度(70～130 ℃)，烘干后取出常溫放置，采用單因素試驗探討殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度、pH值、烘干時間、烘干溫度各因素變化對上染效果的影響。

1.2.3 直接染色工藝

將改性前后的純棉織物投入制備好的梔子提取液中(質(zhì)量分數(shù)為7%)，常溫染色30 min，染液pH值為5，浴比1∶50，染色完畢后取出織物，用藍月亮手洗液(體積濃度3 mL/L)分別皂洗、漂洗2次后蔭干。

1.2.4 拓染工藝

將新鮮的夜香牛、海金沙、羊蹄甲、艾草葉子平鋪在改性處理后的純棉織物上，用保鮮袋覆蓋并固定，取光滑圓潤的大理石圓球沿著葉子的邊緣、脈絡、葉肉依次拓染，拓染完畢后取出織物，用藍月亮手洗液(體積濃度3 mL/L)分別皂洗、漂洗2次后蔭干。

1.3 測試方法

1.3.1 顏色特征值

以未染色的純棉織物為標樣，用3NH310色差儀(深圳三恩馳科技有限公司)在純棉染色織物的不同位置上隨機測試15次，取平均值。記錄未染色純棉織物與染色純棉織物的色差值△E、明度L*、紅綠色a*、黃藍色b*、鮮艷度c*、色相角h。

1.3.2 色牢度

耐皂洗色牢度參照 GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》A(1)的測試方法，在40 ℃清洗30 min后測定。耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》的方法測定。根據(jù)GB 251—2008《評定沾色用灰色樣卡》進行評級。耐日曬色牢度參照 GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》測試。

2 結果與討論

2.1 殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度對純棉織物染色效果的影響

參考1.2.2改性工藝，設置改性時間40 min，改性溫度70 ℃，改性液pH值為5，烘干溫度110 ℃，烘干時間10 min，烘干后按1.2.3染色工藝染色，探究殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度對梔子果染液上染純棉織物染色效果的影響，結果如表1所示。

表1 殼聚糖季銨鹽質(zhì)量濃度對純棉織物染色顏色特征值的影響Tab.1 Effect of mass concentration of chitosan quaternary ammonium salt on dyeing color characteristic value of pure cotton fabric

由表1可知，與未改性織物相比，改性處理后織物的明度L*下降，而鮮艷度c*、色差值△E卻大幅提高，但當改性劑質(zhì)量濃度達到6 g/L以上,棉織物的△E值變化趨緩。這是因為經(jīng)HACC 改性的純棉織物，其表面具有的—NH3+會與顯負電性的梔子染料相互吸引，且以離子鍵結合，有利于染料上染。但當纖維吸附殼聚糖季銨鹽達到飽和時,纖維表面會形成一層殼聚糖薄膜，阻礙染料分子向纖維內(nèi)部擴散[6-7]。在本文試驗中, 改性劑質(zhì)量濃度由4 g/L提升到8 g/L時,棉織物的△E值僅提升1.25，L*、紅綠色a*與色相角h基本一致，因此，從性價比的角度考慮選擇改性劑質(zhì)量濃度為4 g/L。

2.2 改性液pH值對純棉織物染色效果影響

參考1.2.2改性工藝，設置改性時間為40 min，改性溫度為70 ℃，改性液質(zhì)量濃度為4 g/L，烘干溫度為110 ℃，烘干時間為10 min，烘干后按1.2.3染色工藝染色，探究不同改性液pH值條件下的梔子果染液對純棉織物染色效果的影響。改性液pH值對純棉織物染色顏色特征值的影響結果如表2所示。

表2 改性液pH值對純棉織物染色顏色特征值的影響Tab.2 Effect of modified pH value on dyeing color characteristic value of pure cotton fabric

由表2可知，隨著改性液pH值的增大，純棉織物色差值△E值先升后降。這是因為梔子果色素含有羥基，在一定范圍內(nèi)隨pH值升高電離度也增大，色素與纖維的作用力增強，故△E值先增加。但當pH值超過一定值后，隨著pH值的增大，改性液中H+的數(shù)目減少，殼聚糖季銨鹽中陽離子化數(shù)目減少，使純棉織物帶的正電荷也減少[8]。導致對染料的吸附量降低，△E值下降。在弱酸性或中性浴(pH值5～7)之間，殼聚糖的促染效果最佳，織物的明度L*、鮮艷度c*、△E值等各項指標基本接近，而梔子果原液pH值為5，因此，從試驗優(yōu)化的角度選擇改性液pH值為5。

2.3 烘干時間對純棉織物染色效果的影響

參考1.2.2改性工藝，設置改性時間為40 min，改性溫度為70 ℃，改性液質(zhì)量濃度為4 g/L，改性液pH值為5，烘干溫度為110 ℃，烘干后按1.2.3染色工藝染色，探究改性處理時烘干時間對梔子果染液上染純棉織物染色效果的影響。烘干時間對純棉織物染色顏色特征值的影響結果如表3所示。

表3 烘干時間對純棉織物染色顏色特征值的影響Tab.3 Effect of drying time on dyeing color characteristic value of pure cotton fabric

由表3可知，與未改性純棉織物相比，烘干后的純棉織物色差值△E明顯提高，這是因為烘焙后，殼聚糖季銨鹽與純棉織物能夠緊密結合，染色過程中不容易掉落，能很好地吸附色素陰離子，使色素沉淀在棉纖維上，△E值明顯提升。烘干15 min后，△E值略有下降，且隨著烘干時間的增加，明度L*，紅綠色a*、色相角h基本不變，而鮮艷度c*略有下降，綜合考慮選擇烘干時間為15 min。

2.4 烘干溫度對純棉織物染色效果的影響

參考1.2.2改性工藝，設置改性時間為40 min，改性溫度為70 ℃，改性液質(zhì)量濃度為4 g/L，改性液pH值為5，烘干時間為15 min，烘干后按1.2.3染色工藝染色，改性處理的烘干溫度對梔子果染液上染改性織物的影響結果如表4所示。

表4 烘干溫度對純棉織物染色顏色特征值的影響Tab.4 Effect of drying temperature on dyeing color characteristic value of pure cotton fabric

由表4可知，烘干溫度對△E值有較大影響。隨著烘培溫度的增加，鮮艷度c*、△E值逐漸增大。這是因為烘干溫度過低，殼聚糖季銨鹽與織物結合得不夠緊密，在染色過程中殼聚糖季銨鹽容易脫落，△E值增加不明顯。烘干溫度達到100 ℃時，c*、△E值均開始下降，且烘干溫度過高，改性后的織物手感變差，綜合考慮，烘干溫度選擇100 ℃。

2.5 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇對梔子果上染色差值影響較大的改性液質(zhì)量濃度、改性液pH值、烘干時間、烘干溫度4個因素，每個因素選取3個水平進行正交試驗，以染色純棉織物的上染色差值為評價指標，優(yōu)化梔子果染色純棉織物的染色工藝，正交試驗設計及結果見表5。

表5 染色工藝正交試驗分析結果Tab.5 Analysis results of orthogonal test of dyeing process

由表5可知，極差R為D>A>B>C，各因素對純棉織物染色的影響主次順序為：改性液質(zhì)量濃度、烘干溫度、烘干時間、改性液pH值。綜合單因素和正交試驗，得到殼聚糖季銨鹽改性預處理純棉織物梔子果染料染色的最佳工藝條件為A2B2C3D3，即烘干溫度為100 ℃，烘干時間為15 min，改性液pH值為9，改性液質(zhì)量濃度為6 g/L。

3 改性處理對純棉織物拓染效果影響

3.1 純棉織物拓染

根據(jù)試驗得出的殼聚糖季銨鹽最優(yōu)改性純棉織物的條件：改性溫度為70 ℃、改性時間為40 min、改性液pH值為9、改性液質(zhì)量濃度為6 g/L、烘干溫度為100 ℃、烘干時間為15 min，對純棉織物進行殼聚糖季銨鹽改性后，參考1.2.4拓染工藝，直接在純棉織物上拓染夜香牛、海金沙、羊蹄甲、艾草4種現(xiàn)采新鮮植物葉子(葉子采摘部位、時間及老嫩程度都基本一致)，拓染織物圖案色差值結果見表6。

表6 拓染織物圖案色差值Tab.6 Color difference value of extension dyeing fabrics

對比殼聚糖季銨鹽改性前后的純棉織物發(fā)現(xiàn)，改性過的織物鮮艷度c*、色差值△E均大幅提高。其中，c*值增幅最低為夜香牛13.89%，c*值增幅最高的是海金沙染色處為45.02%；△E值增幅最低的是夜香牛染色處為17.6%，△E值增幅最高的是羊蹄甲染色處為46.1%。這是由于改性后的純棉織物表面形成一層帶有一定正電荷薄膜，且對拓印染液往纖維內(nèi)部的滲透存在阻止作用，使更多的拓印染液以離子鍵的作用吸附在棉織物表面，因此拓印用植物的形態(tài)輪廓更清晰、完整，色澤更鮮艷，且隨明度L*和c*的提升進一步增強了圖案的視覺美感。

3.2 染色牢度

按照1.2.2的改性工藝,在改性液質(zhì)量濃度為6 g/L，pH值為9，烘干溫度為100 ℃，烘干時間為15 min下改性預處理織物。按1.2.4拓染工藝，在改性前后純棉織物上拓染。其染色牢度結果見表7。

表7 拓染純棉織物色牢度Tab.7 Color fastness of pure cotton fabric dyed by extension 級

由表7可知，在改性工藝下，拓染純棉織物的各項色牢度指標均達到服用紡織品的要求。這是因為經(jīng)過殼聚糖季銨鹽改性后, 純棉織物帶有正電荷,能與陰離子染料形成更高鍵能的離子鍵[9-10],使純棉織物的色牢度有較大幅度的提高。

4 結 論

植物材料染色工藝繁瑣，圖案變化自由度不高是制約其參與市場競爭的因素之一，拓染做為一種古老又時尚的植物染料染色方法，打破了傳統(tǒng)植物染料染色的工藝流程，且能提供更個性、自由的生態(tài)圖案設計，有利于與傳統(tǒng)植物染料染色形成產(chǎn)業(yè)互補。

①殼聚糖季銨鹽改性純棉織物優(yōu)化工藝為：烘干溫度為100 ℃、烘干時間為15 min、改性液pH值為9、質(zhì)量濃度為6 g/L。

②改性拓染海金沙染色處的鮮艷度c*值比無改性拓染的高出45.02%，改性拓染羊蹄甲染色處的△E色差值比無改性拓染的高出46.1%。

③純棉織物改性拓染后各項色牢度數(shù)值基本達到服用要求，能為紡織服裝業(yè)補充一種極具文化創(chuàng)意的新型染色方法。