水浸法提取秦皮天然染料及其對蠶絲織物的染色

劉瑾姝，邢建偉，師文釗，徐恒雨

(1.西安工程大學紡織與材料學院，西安710048;2.伊比西化工品貿易有限公司，上海200122)

天然染料具有合成染料無法比擬的環境友好、易生物降解等優良特性，在對綠色環保產品的高度需求下，日益被更多的研究者所關注。由于大部分用以提取天然染料的植物多為中草藥，而且中國中草藥資源豐富，所以，天然植物染料有很好的發展前景［1-4］。

秦皮作為中草藥中常見的一種，主要取自木犀科植物苦櫪白蠟樹、白蠟樹、尖葉白蠟樹等的干燥枝皮或干皮。因其特有的清熱燥濕、清肝明目等功效［5-6］，引起了研究者的廣泛關注。目前對秦皮中所含香豆素類、皂類等活性成分的藥理研究也較多［7］，但對其浸提液用于蠶絲織物的染色卻鮮有報道。用于浸提植物天然染料的方法包括水萃取法、溶劑萃取法、超臨界流體萃取法、樹脂吸附法及超聲波萃取法等［8］。本研究采用水浸漬提取法提取秦皮天然染料用于探討其對蠶絲織物的后媒法染色，通過測試染后樣品K/S值及染色色牢度等指標，為秦皮水浸提液后媒法染蠶絲織物的研究提供依據。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料:秦皮(粉狀，西安怡康醫藥超市)，蠶絲練白雙縐(平方米質量80 g/m2，湖州宇豐絲綢有限公司)，硫酸亞鐵(分析純，天津市天力化學試劑有限公司)，冰醋酸(分析純，天津市富宇精細化工有限公司)。

儀器:HH-2型恒溫水浴鍋(北京科偉永興儀器有限公司)，UV-1800PC型紫外可見分光光度計(上海美譜達儀器有限公司)，Color i7型測色儀(X-rite)，Y571B型耐摩擦色牢度儀(溫州紡織儀器廠)，SW-12A型耐洗色牢度測試儀(無錫紡織儀器廠)等。

1.2 實驗方法

1.2.1 秦皮染料的提取

取經粉碎過篩的秦皮粉末，按一定料液比在不同溫度下提取一定時間，冷卻，室溫靜置15 min，過濾得濾液作染液，重復提取時步驟同上。

1.2.2 染色工藝

直接染色:蠶絲織物在室溫下浸入含一定質量濃度秦皮水浸提液，浴比1︰30，升溫至一定溫度后染一定時間。

媒染染色:將直接染色后織物投入70℃含硫酸亞鐵媒染劑中媒染30 min，經皂煮、水洗、烘干待測。

1.2.3 測試方法

1)染色液吸光度測試:使用UV-1800PC型紫外可見分光光度計測定秦皮提取液經稀釋后在最大吸收波長下的吸光度。

2)顏色表征:使用Color i7型電腦測色儀測定經秦皮水浸提液染色后樣品的K/S值及各項顏色指標。條件為D65光源，10°視角。

3)耐摩擦色牢度:參照GB/T 3920—1997《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定，按照GB 251—1995《評定沾色用灰色樣卡》進行評級。

4)耐洗色牢度:參照GB/T 3921—1997《紡織品色牢度試驗 耐洗色牢度:試驗1》測定，按照 GB 250—1995《評定變色用灰色樣卡》進行評級。

2 結果與討論

2.1 秦皮天然染料水浸提法工藝分析

2.1.1 提取溫度對提取效果的影響

提取時料液比定為1︰20，分別在溫度20、40、60、80、100℃對秦皮提取90 min，提取2次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質量濃度14 g/L，染液pH4.5，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比均為1︰30。測試經秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測試結果見圖1。

圖1 提取溫度對染色樣品K/S值影響Fig.1 Effect of extraction temperature on K/S value of dyed samples

由圖1可知，經2種不同染色方法染得織物表觀深度隨秦皮浸提溫度升高而增大，80℃后提升不大。說明染色液浸提溫度對染色效果有較明顯影響;同時可以看出，后媒法染色的織物K/S值均高于未經媒染織物，說明在媒染劑作用下，上染織物的秦皮天然染料與媒染劑發生了絡合并顯色。因此，最終將浸提溫度確定為80℃。

2.1.2 提取時間對提取效果的影響

提取時料液比定為1︰20，80℃對秦皮提取時間為 30、45、60、75、90、120 min，提取 2 次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質量濃度14 g/L，染液pH4.5，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度為5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比均為1︰30。測試經秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測試結果見圖2。

由圖2可知，經2種不同染色方法染得織物表觀深度隨秦皮浸提時間延長而增大，當浸提時間延長至90 min以上，染色后織物表觀深度基本保持不變。因此，最終將浸提時間確定為90 min。

圖2 浸提時間對染色樣品K/S值的影響Fig.2 Effect of extraction time on K/S value of dyed samples

2.1.3 料液比對提取效果的影響

提取時選取不同料液比為 1︰10、1︰20、1︰30、1︰40、1︰50，在80 ℃對秦皮提取90 min，提取2 次，將提取液混合待用。染色條件為:秦皮染料質量濃度14 g/L，染液 pH4.5，染色溫度 80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比均為1︰30。測試經秦皮水浸提液染色后樣品K/S值，測試結果見圖3。

圖3 料液比對染色樣品K/S值的影響Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on K/S value of dyed samples

由圖3可知，料液比小，秦皮染色液質量濃度相對較高，被染織物K/S值較高，但實際浸提操作困難;料液比增大，秦皮染色液質量濃度隨之降低，被染織物得色量降低，K/S值下降。考慮到秦皮色素利用問題，最終將浸提料液比確定為1︰20。

2.2 秦皮水浸提液后媒法染色工藝分析

2.2.1 pH值對染色性能的影響

秦皮染料質量濃度14 g/L，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比為1︰30。改變染液pH值，測試不同pH值染浴所染蠶絲織物K/S值，結果見圖4。

由圖4可以看出，隨染浴pH值增大，染色后蠶絲織物K/S值有所降低，考慮到pH值太低會導致染色不勻現象及纖維損傷問題，因此將染浴pH值定為4.5。

2.2.2 染料質量濃度對染色性能的影響

實驗中取一定量的秦皮水浸提液，加水稀釋配制秦皮染料質量濃度分別為2、6、10、14、18 g/L 的染浴。染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比為1︰30條件下染色。測試不同條件下被染織物K/S值，測試結果見圖5。

圖4 染液pH值對染色樣品K/S值的影響Fig.4 Effect of pH value of dye liquor on K/S value of dyed samples

圖5 染料質量濃度對染色樣品K/S值的影響Fig.5 Effect of dye mass concentration on K/S value of dyed samples

由圖5可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨秦皮染料質量濃度增加而增大，當色素質量濃度繼續增大至14 g/L以上時，蠶絲織物的K/S值的增大趨勢變緩。這是由于秦皮色素質量濃度較小時，染色液中秦皮色素質量濃度相對較低，染色后蠶絲織物的得色量小;當色素質量濃度超過14 g/L，染料在織物上的上染達到飽和狀態，繼續增加染料質量濃度，不能與媒染劑發生有效絡合，后續水洗過程中被洗掉，因此被染織物K/S值變化較小。

2.2.3 染色溫度對染色性能的影響

秦皮染料質量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比為1︰30。改變染色溫度，測試不同染色溫度下所染蠶絲織物K/S值，結果見圖6。

圖6 染色溫度對染色樣品K/S值的影響Fig.6 Effect of dyeing temperature on K/S value of dyed samples

由圖6可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨染色溫度升高而顯著增大，當溫度升高至80℃以上時，蠶絲織物的K/S值的增大趨勢變緩。考慮到纖維在濕熱條件下的損傷程度較大，將秦皮水浸提液對蠶絲織物的染色溫度定為80℃。

2.2.4 染色時間對染色效果的影響

秦皮染料質量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min，浴比為1︰30。改變染色時間，測試不同染色時間所染蠶絲織物K/S值，結果見圖7。

由圖7可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨染色時間延長而增大，當時間延長至60 min以上時，蠶絲織物的K/S值的基本保持不變。綜合考慮，將秦皮水浸提液對蠶絲織物的染色時間定為60 min。

2.2.5 媒染劑質量濃度對染色效果的影響

秦皮染料質量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染溫度80℃，媒染時間30 min，浴比為1︰30。改變媒染劑質量濃度，測試不同媒染劑質量濃度所染蠶絲織物K/S值，結果見圖8。

圖7 染色時間對染色樣品K/S值的影響Fig.7 Effect of dyeing time on K/S value of dyed samples

圖8 媒染劑質量濃度對染色效果的影響Fig.8 Effect of mass concentration of the mordant on K/S value of dyed samples

由圖8可看出，被染蠶絲織物的K/S值隨媒染劑質量濃度增加而增大，當媒染劑質量濃度為5 g/L以上時，蠶絲織物的K/S值基本保持不變。這是由于當媒染劑硫酸亞鐵質量濃度較小時，能夠與色素形成的絡合物的媒染劑較少，未能與硫酸亞鐵發生有效絡合的色素在后續水洗過程中被洗去;當媒染劑質量濃度超過5 g/L時，色素與媒染劑有效絡合反應充分，繼續增加媒染劑質量濃度對增大被染織物K/S值意義不大。綜合考慮，將媒染劑硫酸亞鐵質量濃度定為5 g/L。

2.3 秦皮水浸提液對蠶絲織物染色性能的影響

采用秦皮水浸提液后媒法染色工藝，對蠶絲織物進行染色，測定染后樣品色澤、K/S值及各項色牢度，測試結果見表1。

表1 不同染色方法染色后樣品織物的顏色表征及色牢度Tab.1 Color characterization and color fastness of the samples dyed by different dyeing processes

由表1可以看出，最優化后媒法染色工藝可使蠶絲織物獲得黃棕色色澤，且媒染后織物的染色色牢度比直接染色效果好。

3 結論

1)秦皮水浸提法優化工藝為:料液比1︰20，提取溫度80℃，提取時間90 min，提取次數2次。

2)秦皮水浸提液對蠶絲織物染色工藝為:秦皮色素質量濃度14 g/L，染浴pH4.5，染色溫度80℃，染色時間60 min，媒染劑硫酸亞鐵質量濃度5 g/L，媒染溫度70℃，媒染時間30 min。

3)不加入媒染劑直接染色，秦皮染料也能上染蠶絲織物，但得色率和色牢度較低，后媒法染色可提高顏色深度和色牢度。

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