紫藍(lán)草對(duì)桑蠶絲的染色性能

路亞杰,王 碩,李龍春

(河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,河北 石家莊 050018)

紫藍(lán)草(Peristrophe roxburghiana)屬爵床科觀音草屬植物,是一種植物型可食用染料[1],又名紅絲線、山藍(lán)、觀音草、紅藍(lán)草等[2]。紫藍(lán)草含有黃酮類、生物堿、β-谷甾醇、苯丙素、三萜類、甾體、糖苷類及揮發(fā)油等化學(xué)成分[3-4],具有清熱解毒、消腫止痛等功效[5-6],可以降血脂、抗炎、保肝、抑制血栓形成等[7-8],富含天然紫藍(lán)色素,用途廣泛。

紫藍(lán)草主要分布在中國(guó)、日本以及緬甸北部。我國(guó)主要分布在南部,如湖北宜昌、云南、四川南部、福建、廣西、廣東、江西等地,其中廣西居多。在廣西,紫藍(lán)草食用領(lǐng)域和醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛,壯族人民傳統(tǒng)的食品五色糯米飯就用到紫藍(lán)草對(duì)糯米進(jìn)行染色[9]。天然的紫藍(lán)色素具有無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn),部分文獻(xiàn)記載了紫藍(lán)草的采收加工和性味功效等內(nèi)容[10-11]。隆金橋等[12]提到紫藍(lán)草紫色素的吸收光譜在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi),紫藍(lán)草紫色素反射出的光是可見(jiàn)光。韋正等[13]詳細(xì)介紹了紅藍(lán)草中可能含有的化學(xué)成分。紫藍(lán)草中含有的化學(xué)成分與紅藍(lán)草類似,但化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)種類多樣,所含的色素種類不同,因此不能完全確定紫藍(lán)草本身含有色素的分子結(jié)構(gòu)式。植物源天然食用色素正成為世界色素發(fā)展的趨勢(shì),紫藍(lán)草提取液呈深紫色,在食用領(lǐng)域有研究先例[14-15],而用于紡織服裝染色方面研究較少,本文通過(guò)對(duì)紫藍(lán)草染色的性能研究,觀察紫藍(lán)草在桑蠶絲織物上的染色性能,以期探索出新型植物染料。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料和儀器

儀器:MP200A電子分析天平(天津質(zhì)信電子有限公司);TS7020分光色差儀(深圳市三恩時(shí)科技有限公司); pHS-25型pH測(cè)試儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司);LC-MSH-5L磁力攪拌器(上海力辰邦西儀器科技有限公司)。

材料:新鮮紫藍(lán)草葉(產(chǎn)地廣西百色市隆林縣);5 cm×5 cm桑蠶絲織物(面密度35 g/m2,平紋組織);冰醋酸(CH3COOH)、氫氧化鈉(NaOH,天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司);明礬(KAl(SO4)2·12H2O,天津市登峰化學(xué)試劑廠);硫酸鐵(Fe2(SO4)3,天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司);硫酸銅(CuSO4,安徽三元銅業(yè)科技有限公司)。

1.2 染料的提取

初步擬定提取色素料液比(g/L)為5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.0、20.0,通過(guò)改變紫藍(lán)草色素質(zhì)量濃度的方法來(lái)配置不同質(zhì)量濃度的染液。使用測(cè)色儀測(cè)量出每組試驗(yàn)的K/S值和L*、a*、b*值等數(shù)據(jù)。

將新鮮紫藍(lán)草葉摘下清洗干凈并晾干,采用水浴法提取紫藍(lán)草染色素。清洗干凈的紫藍(lán)草葉在7種不同料液比、80℃條件下提取30min, 待提取液冷卻后過(guò)濾,過(guò)濾所得即為紫藍(lán)草染液。

1.3 染色工藝

設(shè)置染色工藝參數(shù):pH值分別為4、7、10,染色溫度分別為30、50、70、90℃,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min。

直接染色法:利用控制變量法,通過(guò)改變pH值、染色溫度、染色時(shí)間進(jìn)行紫藍(lán)草不同條件的染色。加入桑蠶絲織物室溫入染,達(dá)到試驗(yàn)研究條件后取出,流水沖洗2min,用紙巾吸干水分晾干,得到染色試樣。

媒染劑染色法:前媒染是先將桑蠶絲織物放入媒染劑中媒染后再染色,使用明礬、硫酸鐵、硫酸銅為媒染劑制備10g/L媒染劑溶液,在 80℃下媒染30min。在不同pH值、溫度、時(shí)間下染色處理,水洗、晾干,得到染色試樣。

1.4 性能測(cè)試

1.4.1K/S值和Lab值測(cè)定

使用X-Rite Color i5測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)色,將試驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)導(dǎo)成Excel表格然后進(jìn)行整理,整理出試驗(yàn)所需的L*、a*、b*值,并通過(guò)K/S值公式計(jì)算出每個(gè)染色工藝下的K/S值數(shù)值。

1.4.2 色牢度

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》進(jìn)行測(cè)試。耐日曬色牢度按照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐日曬色牢度》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫藍(lán)草料液比對(duì)紫藍(lán)草染色效果的影響

為了確定紫藍(lán)草染色試驗(yàn)中提取的紫藍(lán)草色素的最佳料液比,在1.2節(jié)工藝條件下擬定以2.5g/L的幅度進(jìn)行料液比確認(rèn)試驗(yàn),測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同料液比時(shí)紫藍(lán)草提取液的K/S值曲線圖(500 nm)

由圖1可知,紫藍(lán)草色素染色織物的K/S值料液比呈上升趨勢(shì)。在5～10g/L,紫藍(lán)草色素的K/S值的上升幅度較大;在10～20g/LK/S值曲線上升幅度較小。K/S值隨著料液比增大而增大,但上升趨勢(shì)逐漸減小,說(shuō)明織物吸收染料的濃度存在極限值,在一定條件下會(huì)達(dá)到吸收極限?？紤]經(jīng)濟(jì)方面等因素,確定最佳料液比為10g/L。

2.2 單因素工藝分析

使用單一變量法選取分析色素波長(zhǎng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù),文中試驗(yàn)條件用pH值-染色溫度(℃)-染色時(shí)間(min)表示,如4-30-10分別代表pH值4、溫度30℃、時(shí)間10min。

2.2.1 媒染劑對(duì)紫藍(lán)草染色效果的影響

不同媒染劑條件下染色織物數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2。加媒染劑的試驗(yàn)效果比直接染色效果好,說(shuō)明媒染劑可以起到改善作用。

圖2 不同媒染劑下染色織物波長(zhǎng)曲線圖

2.2.2 染液pH值對(duì)紫藍(lán)草染色效果的影響

設(shè)定料液比10g/L,溫度30℃,時(shí)間10min,分別采用pH值為4、7、10的溶液直接染色法染制試樣。不同pH值條件下直接染色織物結(jié)果見(jiàn)圖3。pH值為4和10的曲線規(guī)律基本一致,在中性條件下的紫藍(lán)草染色效果比酸性和堿性條件下好。

圖3 不同pH值下染色織物波長(zhǎng)曲線圖

2.2.3 染色溫度對(duì)紫藍(lán)草染色效果的影響

設(shè)定料液比10g/L,時(shí)間10min,用pH值為4的染液直接染色法進(jìn)行染色,染色溫度分別為30、50、70、90℃。不同溫度條件下染色織物結(jié)果見(jiàn)圖4。在酸性條件下染色,試驗(yàn)結(jié)果曲線較接近,曲線規(guī)律基本一致,溫度對(duì)染色影響不大。

圖4 不同溫度下染色織物波長(zhǎng)曲線圖

2.2.4 染色時(shí)間對(duì)紫藍(lán)草染色效果的影響

設(shè)定料液比10g/L,用pH值為4的溶液在70℃直接染色法進(jìn)行染制試樣,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min。不同時(shí)間條件下染色織物結(jié)果見(jiàn)圖5。在酸性條件下染色,染色時(shí)間越長(zhǎng),染色效果越好。

圖5 不同時(shí)間下染色織物波長(zhǎng)曲線圖

2.3 紫藍(lán)草染色織物染色性能分析

2.3.1 紫藍(lán)草染色織物K/S值測(cè)試波長(zhǎng)分析

將染色后的桑蠶絲織物通過(guò)測(cè)色儀測(cè)色得出織物色相大部分為YR(黃紅色)、GY(黃綠色)、Y(黃色)。400和500 nm有較高吸收波長(zhǎng),根據(jù)可見(jiàn)光的色散譜和波長(zhǎng)范圍,選擇在波長(zhǎng)為500 nm處進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn),提取紫藍(lán)草色素的一系列試驗(yàn)采用500 nm作為測(cè)定波長(zhǎng)。

作為現(xiàn)代市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體系的重要組成部分，期貨市場(chǎng)憑借其特有的價(jià)格發(fā)現(xiàn)和套期保值功能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中扮演著不可替代的角色。而原油作為一種重要的能源和化工原料，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面還是國(guó)家安全方面都具有舉足輕重的地位。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)際石油期貨市場(chǎng)及相關(guān)衍生品市場(chǎng)得到迅猛發(fā)展，已成為國(guó)際金融市場(chǎng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。期貨市場(chǎng)最基礎(chǔ)的功能是價(jià)格發(fā)現(xiàn)，而期貨市場(chǎng)能否充分發(fā)揮其價(jià)格發(fā)現(xiàn)功能，市場(chǎng)是否有效率則是前提和關(guān)鍵。

2.3.2 紫藍(lán)草前媒染染色織物染色性能分析

使用單一變量法選取分析前媒染染色織物的色彩和試驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用明礬對(duì)織物進(jìn)行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設(shè)定染色溫度30℃,染色時(shí)間50min。明礬前媒染染色織物數(shù)據(jù)如表1所示。明礬前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、YR(黃紅色)、GY(黃綠色),在酸性條件下a*值最大,堿性條件下a*值和b*值均較小。V值逐漸變大,C值逐漸變小,染出的織物顏色由深到淺。

表1 明礬前媒染部分染色織物數(shù)據(jù)圖

利用硫酸鐵對(duì)織物進(jìn)行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設(shè)定溫度為30℃,時(shí)間為50min。硫酸鐵前媒染部分染色織物數(shù)據(jù)如表2所示。硫酸鐵前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、Y(黃色)、Y(黃色),a*值和b*值均為正數(shù)。C值逐漸變小,染出的織物顏色由深到淺,但整體比明礬前媒染染出的織物顏色深。

表2 硫酸鐵前媒染部分染色織物數(shù)據(jù)圖

利用硫酸銅對(duì)織物進(jìn)行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設(shè)定溫度為30℃,時(shí)間為50min。硫酸銅前媒染部分染色織物數(shù)據(jù)如表3所示。硫酸銅前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、Y(黃色)、GY(黃綠色),顏色豐富,堿性條件下的a*值和b*值均為負(fù)數(shù),中性條件下C值最小,染出的織物顏色較淺。

表3 硫酸銅前媒染部分染色織物數(shù)據(jù)圖

2.4 紫藍(lán)草染色趨勢(shì)分析

2.4.1 直接染色

在不加媒染劑的情況下,酸性溶液用冰醋酸調(diào)節(jié),堿性溶液用氫氧化鈉調(diào)節(jié),染液pH值分別為4、7、10,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍(lán)草染色趨勢(shì)圖如圖6所示。pH值為4時(shí),織物K/S值整體發(fā)展情況呈上升趨勢(shì);pH值為7和10時(shí),織物K/S值整體發(fā)展情況呈下降趨勢(shì);pH值為10時(shí)的K/S值較低,說(shuō)明在不加媒染劑的情況下直接染色,酸性條件下效果較好。

圖6 直接染色不同pH值紫藍(lán)草染色織物K/S值(500 nm)

2.4.2 明礬前媒染染色

利用明礬進(jìn)行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調(diào)節(jié),堿性溶液用氫氧化鈉調(diào)節(jié),染液pH值分別為4、7、10,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍(lán)草染色趨勢(shì)圖如圖7所示。

圖7 明礬前媒染織物不同pH值紫藍(lán)草染色K/S值(500 nm)

由圖7可知,用明礬進(jìn)行前媒染染色與直接染色相比發(fā)展趨勢(shì)相似。進(jìn)行明礬前媒染染色,酸性條件下效果較好,且相對(duì)于直接染色而言染色織物的亮度和彩度增高。

2.4.3 硫酸鐵前媒染染色

利用硫酸鐵進(jìn)行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調(diào)節(jié),堿性溶液用氫氧化鈉調(diào)節(jié),染液pH值分別為4、7、10,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍(lán)草染色趨勢(shì)圖如圖8所示。

圖8 硫酸鐵前媒染織物不同pH值紫藍(lán)草染色K/S值(500 nm)

由圖8可知,硫酸鐵前媒染染色織物的K/S值高于硫酸銅和明礬前媒染染色織物的K/S值。在酸性條件下,硫酸鐵媒染的效果更好,在堿性及中性的條件下硫酸鐵染色的K/S值更高。

2.4.4 硫酸銅前媒染染色

利用硫酸銅進(jìn)行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調(diào)節(jié),堿性溶液用氫氧化鈉調(diào)節(jié),染液pH值分別為4、7、10,染色時(shí)間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍(lán)草染色趨勢(shì)圖如圖9所示。

圖9 硫酸銅前媒染織物不同pH值紫藍(lán)草染色K/S值(500 nm)

由圖9可知,硫酸銅前媒染染色比其他3種染色效果都好,在酸性條件下發(fā)展呈上升趨勢(shì)且K/S值最大值接近2,中性和堿性條件下都呈下降趨勢(shì)。

不同染色條件下均是pH值為10時(shí)K/S值最低。從總體情況來(lái)看,隨著溫度和時(shí)間的增長(zhǎng),K/S值均為增大,說(shuō)明紫藍(lán)草色素對(duì)于絲織物的染色能力在變大,但是K/S值達(dá)到最大值后有下降的趨勢(shì),說(shuō)明絲織物與紫藍(lán)草色素的結(jié)合能力是有限的,并不是溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng),上染百分率越大,要根據(jù)織物與染料色素的結(jié)合程度判斷。不同媒染劑媒染時(shí)織物的K/S值發(fā)展趨勢(shì)也不同,觀察得出在pH值為4和7時(shí),整體發(fā)展趨勢(shì)呈上升狀態(tài),pH值為10時(shí),整體發(fā)展趨勢(shì)呈下降狀態(tài)。pH值的變化影響了織物與染料結(jié)合的能力,染色溫度和時(shí)間的不同也影響了色素在織物中的擴(kuò)散能力。

2.5 染色試驗(yàn)條件優(yōu)化分析

分別選取10個(gè)在4種染色試驗(yàn)條件下測(cè)出的K/S值進(jìn)行高低排序,如圖10所示。從呈現(xiàn)的規(guī)律來(lái)看,不同媒染條件下均為酸性或中性染色條件的K/S值較高;從溫度條件來(lái)看,在70～90℃期間K/S值較高,染色時(shí)間基本需要60min左右。

圖10 不同染色條件K/S值排序圖

2.6 染色牢度分析

紫藍(lán)草染料染色桑蠶絲織物的耐皂洗色牢度及耐日曬色牢度測(cè)試結(jié)果如表4所示。紫藍(lán)草色素染色絲織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度大部分都能達(dá)到服用要求,硫酸鐵和硫酸銅媒染劑的加入整體提升了色牢度值。在酸性條件下,染色織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度均較低,這主要是因?yàn)樵硐礂l件下,洗滌液體呈堿性,引起變色;在堿性條件下染色的織物耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度均較高。酸性條件下,3種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度大小均為硫酸銅>硫酸鐵>明礬;中性條件下,3 種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度大小為硫酸鐵 >硫酸銅>明礬,耐日曬色牢度大小為硫酸銅>硫酸鐵=明礬;堿性條件下,3種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度大小為明礬>硫酸銅=硫酸鐵,耐日曬色牢度大小為明礬=硫酸銅>硫酸鐵。紫藍(lán)草染色產(chǎn)品洗滌時(shí)建議使用堿性洗滌劑。

表4 染色織物的染色牢度測(cè)試

3 結(jié) 論

對(duì)新型植物染料紫藍(lán)草進(jìn)行色素提取,并將其用于桑蠶絲織物的染色,進(jìn)行染色工藝研究,得出的結(jié)論如下:

①紫藍(lán)草色素染色性能較好,水溶性較強(qiáng),在酸性條件下染色織物得色量較高。對(duì)桑蠶絲織物進(jìn)行染色時(shí),中性和堿性條件下織物的耐日曬色牢度、耐皂洗色牢度較好。

②直接染色條件下染出的織物顏色較淺,媒染劑可豐富織物顏色種類、彩度和亮度。

③通過(guò)試驗(yàn)得出建議染色優(yōu)選條件為明礬前媒染,媒染劑質(zhì)量濃度10 g/L,染液pH值10,染色溫度30℃,染色時(shí)間30min。