板栗葉提取液對(duì)羊毛織物的染色研究

邵英海，張明光，賈艷梅

(1.遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院,遼寧 丹東 118003； 2.遼東學(xué)院 化工與機(jī)械學(xué)院,遼寧 丹東 118003)

近年來(lái)，生態(tài)、健康、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展逐漸成為紡織行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)[1-3]，天然染料染色作為紡織印染清潔生產(chǎn)的重要方式之一，越來(lái)越受到業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注[4-6]。作為一種重要天然棕色素的來(lái)源，板栗落葉數(shù)量可觀，屬于廢棄資源，其中棕色素含量豐富，而目前涉及到板栗葉色素的提取及應(yīng)用研究的文獻(xiàn)報(bào)道極少[7]。板栗葉色素與板栗殼色素的化學(xué)成分相似，主要組成為黃酮類(如槲皮素及槲皮苷)及單寧類(鞣花單寧)化合物，未經(jīng)分離提純的板栗葉色素，其化學(xué)組成是多種有色化合物的復(fù)雜混合物。為開(kāi)發(fā)天然染料新資源，探索板栗落葉的綜合利用途徑，本文從秋季板栗落葉中提取天然色素，并應(yīng)用于羊毛織物的染色工藝，探究染色工藝參數(shù)及媒染劑對(duì)染色性能及織物顏色穩(wěn)定性的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

材料：板栗落葉(產(chǎn)地遼寧丹東)，羊毛平紋織物(經(jīng)紗線密度28 tex，緯紗線密度24 tex，面密度185 g/m2)；FeSO4·7H2O、ZnSO4·7H2O、KAl(SO4)2·12H2O、碳酸鈉、檸檬酸(分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠)。

儀器：HL平動(dòng)染樣機(jī) (靖江市海瀾裝備廠)，尤尼柯UV-2800A紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(尤尼柯(上海)儀器有限公司)，Ci 7860系列臺(tái)式積分球色差儀 (美國(guó)X-Rite公司)，SW-24A耐水洗色牢度儀、Y571Ⅱ多功能色牢度摩擦儀(武漢國(guó)量?jī)x器公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 板栗葉提取液的制備

將板栗落葉用自來(lái)水清洗干凈，晾干后粉碎成小塊。參照文獻(xiàn)[7]的方法，按照料液比1∶20進(jìn)行染料的提取。稱取上述板栗落葉100 g，加入去離子水約2 L，在95 ℃條件下恒溫回流提取120 min。提取的染料溶液經(jīng)紗布過(guò)濾，除掉濾渣，濾液定容至2 000 mL，以此提取液作為染色工作液備用。

1.2.2 染 色

直接染色：準(zhǔn)確稱取4.0 g羊毛織物若干份，浸入到200 mL板栗葉提取液中，在恒溫振蕩染色機(jī)中染色。室溫下將試樣投入染浴中，按照2 ℃/min速率進(jìn)行升溫，分別在不同的酸堿度(pH值3.0～7.5，HAc及NaOH鈉調(diào)節(jié))、溫度及時(shí)間條件下進(jìn)行染色實(shí)驗(yàn)。染色結(jié)束后，羊毛織物經(jīng)65℃熱水洗1次，室溫水洗2次，置于室內(nèi)非陽(yáng)光直射處晾干。

媒染染色：將在最佳直接染色工藝條件下的染色試樣，按照浴比1∶50浸入到媒染劑溶液中進(jìn)行后媒處理。媒染劑分別為硫酸亞鐵、硫酸鋅及明礬，媒染劑用量為2.5%(owf)，媒染溫度60 ℃，媒染時(shí)間25 min。媒染結(jié)束后，羊毛織物經(jīng)65 ℃熱水洗1次，室溫水洗2次，置于室內(nèi)非陽(yáng)光直射處晾干。

1.2.3 性能測(cè)試

顏色測(cè)定：以顏色數(shù)據(jù)方式進(jìn)行織物色澤的表征與評(píng)價(jià)，采用電腦測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)定。染色羊毛織物的K/S值、反射率R和CIELab色度值采用電腦測(cè)色儀測(cè)定，測(cè)定條件為染色試樣折疊2層，D65光源、10°標(biāo)準(zhǔn)視角下的顏色特征值。CIELab表色系統(tǒng)中各項(xiàng)色度值具有如下關(guān)系：

(1)

ΔE2= DL*2+ Da*2+ Db*2

(2)

c*2=a* 2+b* 2

(3)

式中：K/S值為表觀色深值，R為反射率，%；ΔE為染色試樣與標(biāo)樣之間的總色差，DL*、 Da*、Db*分別為試樣與標(biāo)樣之間的明度差、紅綠色差及黃藍(lán)色差；c*為艷度值，a*及b*分別為紅綠值和黃藍(lán)值。

耐日曬穩(wěn)定性：染色羊毛織物于晴天時(shí)放置于陽(yáng)光直射的窗臺(tái)上，每天9∶00—15∶00置于固定位置上，連續(xù)輻照15天(相當(dāng)于照射90 h)，然后以照射前羊毛織物作為標(biāo)樣，照射后羊毛織物作為試樣，測(cè)定試樣的各項(xiàng)色差值。以照射前后的色差值(明度差DL*、紅綠差Da*、黃藍(lán)差Db*、艷度差Dc*、色相角差Dh*及總色差ΔE)評(píng)價(jià)試樣的耐日曬顏色穩(wěn)定性，總色差ΔE值越小，表示照射前后試樣的顏色變化程度越小，試樣顏色穩(wěn)定性越好。

色牢度測(cè)試：染色試樣的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度分別參照GB/T 3921.1—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》和GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)染色性能的影響

以板栗葉提取液對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，控制染色浴比為1∶50，染色溫度80℃，分別在pH值3.0～7.5(HAc及NaOH鈉調(diào)節(jié))條件下染色60min，pH值對(duì)染色試樣K/S值和反射率R的影響見(jiàn)圖1。

圖1 pH值對(duì)染色織物K/S值及R值的影響Fig.1 Effect of pH value on K/S value and R value of dyed fabrics.(a)K/S value;(b)R value

由圖1可以看出，隨著染色溶液的pH值從3.0逐漸提高到7.5，染色試樣的K/S值逐漸降低，反射率R逐漸升高，說(shuō)明染料在纖維上的上染量隨著pH值升高而呈降低趨勢(shì)。當(dāng)染色pH值為3.0時(shí)，K/S最高達(dá)到10.712，織物得色最深，pH值為7.5時(shí)，織物得色最淺，K/S值為6.757。低pH值條件對(duì)板栗葉提取液在羊毛纖維上的吸附有利，這可以用羊毛纖維在不同酸堿性介質(zhì)中呈現(xiàn)兩性性質(zhì)的機(jī)制加以解釋，當(dāng)介質(zhì)pH值在羊毛纖維等電點(diǎn)以下時(shí)，羊毛纖維呈正電性，與呈陰離子性的單寧及黃酮類染料產(chǎn)生靜電引力[8-10]，促進(jìn)了板栗葉提取液在羊毛纖維上的吸附、擴(kuò)散和固著過(guò)程，后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇在pH值3.0條件下進(jìn)行。

2.2 溫度對(duì)染色性能的影響

固定染色pH值為3.0，浴比1∶50，分別在不同溫度(40、60、80、99 ℃)條件下以板栗葉提取液上染羊毛織物，染色時(shí)間為60 min，溫度對(duì)染色試樣K/S值和反射率R的影響分別見(jiàn)圖2。

圖2 溫度對(duì)染色織物K/S值及R值的影響Fig.2 Effect of temperature on K/S value and R value of dyed fabrics.(a)K/S value;(b)R value

由圖2可知，染色試樣的K/S值隨溫度升高而增大，反射率R隨溫度升高而降低，說(shuō)明試樣得色量隨著溫度升高而提高，當(dāng)溫度為99 ℃時(shí)羊毛試樣的K/S最高為14.453，當(dāng)溫度為40 ℃時(shí)試樣的K/S值最低為3.554。溫度對(duì)染色試樣K/S值的影響較為顯著。其原因主要與羊毛纖維表面的鱗片層結(jié)構(gòu)有關(guān)。鱗片層對(duì)纖維主體的皮質(zhì)層起到保護(hù)作用，但在染色過(guò)程中羊毛纖維的鱗片層也限制了纖維的膨化速率及其對(duì)染料的吸附速率，在較高溫度下羊毛纖維的膨化程度提高，促進(jìn)了染料的吸附。根據(jù)上述結(jié)果，在所試驗(yàn)的染色溫度范圍內(nèi)，以99℃染色羊毛試樣的K/S值最佳。

2.3 時(shí)間對(duì)染色性能的影響

確定染色浴比1∶50，pH值3，染色溫度99 ℃，分別不同時(shí)間(30～90 min)條件下以板栗葉提取液上染羊毛織物，染色時(shí)間對(duì)試樣K/S值和反射率R的影響見(jiàn)圖3。

圖3 時(shí)間對(duì)染色試樣K/S值及R值的影響Fig.3 Effect of time on K/S value and R value of dyedfabrics.(a)K/S value;(b)R value

由圖3可以看出，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，羊毛織物的K/S值逐漸增大，尤其是染色起始階段，延長(zhǎng)染色時(shí)間對(duì)提升試樣K/S值有利，染色進(jìn)行到50 min后，K/S值隨染色時(shí)間延長(zhǎng)增加幅度變得緩慢。所進(jìn)行試驗(yàn)染色時(shí)間范圍內(nèi)，90 min染色試樣的K/S值最高達(dá)到15.751，30 min染色試樣K/S值最低為11.833；與之相反，反射率R隨染色時(shí)間延長(zhǎng)而增大，這說(shuō)明纖維上吸附的染料量隨染色時(shí)間的延長(zhǎng)而提高。染色過(guò)程是染料從染液向纖維轉(zhuǎn)移的過(guò)程，染色初始階段，染液中與纖維上染料濃度差大，染料在纖維上的吸附量隨時(shí)間延長(zhǎng)而提高，當(dāng)染色時(shí)間達(dá)到50 min后，染色過(guò)程趨近于動(dòng)態(tài)平衡，K/S值隨時(shí)間變化微小。

上述結(jié)果表明，羊毛織物經(jīng)板栗葉提取液染色，不需要媒染劑處理就可以得到較高的表觀色深值。測(cè)試表明，在浴比1∶50、pH值3、染色溫度99 ℃、染色50 min條件下，板栗葉提取液對(duì)羊毛織物的上染百分率為51.37%?？紤]到染色時(shí)間為50 min時(shí)試樣的K/S值與染色90 min試樣相差并不明顯，為節(jié)省時(shí)間和能源，后續(xù)實(shí)驗(yàn)的染色時(shí)間采用50 min。

2.4 媒染劑對(duì)染色性能的影響

為進(jìn)一步提高羊毛織物的表觀色深值及染色牢度，采用3種媒染劑對(duì)板栗葉提取液直接染色試樣(直接染色工藝參數(shù)：浴比1∶50，pH值3.0，染色溫度99 ℃，染色時(shí)間50 min)進(jìn)行后媒染色，媒染劑對(duì)試樣K/S值、反射率R的影響見(jiàn)圖4。為表征媒染劑對(duì)試樣色調(diào)的影響，圖5示出不同媒染劑媒染試樣與直接染色試樣間的色差值。

圖4 媒染劑對(duì)染色織物K/S值及R值的影響Fig.4 Effect of mordant on K/S value and R value of dyed fabrics.(a)K/S value;(b)R value

由圖4可以看出，從試樣顏色深度來(lái)看，F(xiàn)eSO4媒染羊毛織物的K/S值最高，KAl(SO4)2及ZnSO4媒染試樣無(wú)明顯差別，與直接染色試樣的K/S值比較，并未有大幅度提高。因此，F(xiàn)eSO4適合作為板栗葉提取液上染羊毛的媒染劑。

由圖5可以看出，硫酸亞鐵媒染試樣與直接染樣之間各項(xiàng)色差值大，總色差ΔE達(dá)到16以上，色調(diào)發(fā)生明顯變化，媒染試樣與直接染樣的DL*、Da*、Db*及Dc*數(shù)值均為負(fù)值，表示FeSO4媒染試樣的色度值a*、b*及c*值均較直接染樣降低，試樣的顏色明亮度及鮮艷度降低，得色為棕褐色；KAl(SO4)2及ZnSO4媒染試樣與直接染樣間的各項(xiàng)色差值很小，表示媒染前后試樣的a*、b*、c*、h值并未發(fā)生較大變化，試樣色調(diào)與直接染樣接近，為棕黃色。

圖5 媒染試樣與直接染色試樣之間的色差值Fig.5 Color difference between mordant dyed samples and the direct dyed samples

2.5 染色織物耐日曬顏色穩(wěn)定性

天然染料對(duì)紡織品染色，基于其自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及顯色特性，染色試樣的耐日曬顏色穩(wěn)定性往往不佳，為表征板栗葉提取液染色羊毛織物在耐日曬前后的顏色變化，測(cè)試其耐日曬顏色穩(wěn)定性。試樣日曬前后的色差值結(jié)果見(jiàn)圖6(a)，日曬前后試樣色澤見(jiàn)圖6(b)。

圖6 染色試樣日曬前后色差及試樣色澤Fig.6 Color difference and color photos of dyed samples before and after sun resistance.(a)Color difference；(b)Color photos

由圖6可以看出，直接染色時(shí)，各染色試樣的色度值之差并無(wú)明顯的規(guī)律性，除硫酸鋁鉀媒染試樣DL*為負(fù)值外，其它染色試樣的DL*為正值，說(shuō)明光照射后明度值提高，顏色變淡，總色差ΔE順序?yàn)椋簾o(wú)媒>硫酸鋁鉀>硫酸亞鐵>硫酸鋅，由此看出，從耐日曬穩(wěn)定性角度，直接染色試樣較差，硫酸鋅較好，所有媒染試樣耐日曬顏色穩(wěn)定性優(yōu)于直接染色試樣。媒染劑的絡(luò)合作用對(duì)提高染色試樣的耐日曬顏色穩(wěn)定性有提升作用。所有試樣耐日曬前后的色相之差Dh*值很小(在-0.074～0.590之間)，表示日曬前后色調(diào)變化微小，ΔE<2.5，染色試樣具有良好的耐日曬顏色穩(wěn)定性。

2.6 染色牢度

板栗葉提取液染色羊毛織物的染色牢度測(cè)定結(jié)果如表1所示。

表1 板栗葉染料染色羊毛織物的色牢度Tab.1 Color fastness of the dyed wool fabrics 級(jí)

由表1可知，采用板栗葉提取液上染羊毛織物，不經(jīng)媒染的直接染色試樣各項(xiàng)色牢度達(dá)到3級(jí)或以上。當(dāng)分別采用硫酸亞鐵、硫酸鋁及硫酸鋅媒染后，羊毛織物的耐皂洗色牢度及干、濕耐摩擦色牢度得到不同程度提高，所測(cè)定各項(xiàng)色牢度達(dá)到3～4級(jí)及以上。板栗葉提取液上染羊毛織物，顯示出良好的染色牢度特性。

3 結(jié) 論

本文以板栗落葉作為原料、采用去離子水作為提取劑，制備天然染料原液，以該提取液對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色，研究了染色工藝參數(shù)對(duì)染色性能的影響，測(cè)試了染色試樣的耐日曬顏色穩(wěn)定性及染色牢度試，得到如下結(jié)論：

①板栗葉提取液在羊毛織物上染色的最佳工藝條件為：pH值3.0，99℃下恒溫染色50 min，浴比1∶50，羊毛織物經(jīng)上述條件染色可以獲得較高的K/S值；后媒染色工藝3種媒染劑中，以硫酸亞鐵媒染羊毛織物的K/S值最高，其與直接染色試樣間各項(xiàng)色差值高，顏色變化顯著，ZnSO4及KAl(SO4)2對(duì)提高試樣K/S值有一定作用，但提高幅度偏小。

②直接染色羊毛織物的耐日曬顏色穩(wěn)定性良好，媒染試樣的總色差ΔE值較直接染試樣進(jìn)一步降低，日曬后顏色變化微小，顏色穩(wěn)定性得到提高。

③板栗葉提取液直接染色羊毛織物所測(cè)各項(xiàng)色牢度達(dá)到3級(jí)或以上，媒染試樣的色牢度可達(dá)到3～4級(jí)或以上，板栗葉提取液染色羊毛織物的染色牢度良好。