天然黃柏染料的提取及對真絲織物的染色研究

高亞寧，任支剛

(1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工與紡織學(xué)院，陜西咸陽712000;2.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安710048)

天然染料色澤溫和，有較好的生物降解性，無過敏，非致癌，健康環(huán)保且毒性較低，與環(huán)境相容性好。天然染料大多為中藥，在染色過程中，其藥性、香味、成分與色素一起被織物吸收，使得染色后的織物對人體有特殊的藥物保健功能［1-4］。但從植物染料染色的總體情況來看，其色素的提取工藝還是較繁復(fù)與滯后的［5-7］。因此，植物染色的紡織品制作較適合小批量、多品種的形式，并以它獨有的藝術(shù)形式及品位，用于提升產(chǎn)品的附加值［8-9］。

黃柏為蕓香科植物黃檗(關(guān)黃柏)和黃皮樹(川黃柏)除去栓皮的樹皮，又稱為黃檗、檗木、檗皮。黃柏含有小檗堿、黃柏堿等多種生物堿，以及黃柏酮、黃柏內(nèi)酯。本研究將探討從黃柏中提取天然染料的工藝，優(yōu)化黃柏提取液對真絲織物染色的工藝，并評定染色效果。

1 試驗

1.1 材料、藥品和儀器

材料:02真絲練白雙縐(市售)。

藥品:氫氧化鈉、碳酸鈉、鹽酸、無水硫酸鈉、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵、氯化亞錫、氯化鋅(均為分析純)，交聯(lián)劑 EH(工業(yè)品，市售)，黃柏(市售藥材)。

儀器和設(shè)備:SF-300型思維士電腦測色配色儀(美國Datacolor公司)，722型分光光度計(上海第三分析儀器廠)，SW-12型耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)，Y5718型摩擦牢度儀(溫州紡織儀器廠)，KE.WEI型電熱恒溫水浴鍋(上海醫(yī)療器械廠)，X-Rite Colori7分光測色儀(美國愛色麗科技公司)。

1.2 染液的提取

準確稱取5 g黃柏粉末，在200 mL水中煮沸1 h，取其提取液，在最大吸收波長400 nm下測其吸光度A。

1.3 染 色

1.3.1 直接染色

溫度50～90℃，pH值5～9，以優(yōu)選提取工藝的提取液為染液(下同)，染色30～60 min。

1.3.2 媒染染色

媒染工藝方法與處方:采用預(yù)媒法［2］，CuSO4質(zhì)量濃度為0.5 g/L(3%o.w.f);溫度為 40 ℃;時間為30 min;浴比為 1︰60。

1.4 性能測試

1.4.1 吸光度的測定

在染料的最大吸收波長λmax處，用分光光度計測量吸光度A。

1.4.2 染色深度的測定

織物K/S值的測定［9-10］采用電腦測色配色儀，D65光源，10°視角，試樣折疊3層，測定10次，取其平均值。

1.4.3 耐洗色牢度測定

按照GB/T 3921.3—1997《紡織品 色牢度 耐洗色牢度實驗:方法3》測試，然后按GB/T 250—1995《評定變色用灰色樣卡》用褪色灰色卡和沾色灰卡分別評定褪色與沾色牢度等級。

1.4.4 摩擦色牢度測試

采用摩擦色牢度試驗儀，按照GB/T 3920—1997《紡織品色牢度實驗?zāi)湍Σ辽味取窚y試，隨后采用GB/T 250—1995《評定變色用灰色樣卡》評級。

1.4.5 勻染性測定

在織物上任取10個點，在最大吸收波長λmax處用分光測色儀測其表觀深度K/S值［10-11］，然后計算出標準偏差Sr，以此來表示染色織物的勻染性。標準偏差愈小，則勻染性愈好。相關(guān)計算公式:

式中:n為測量點數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 黃柏染液提取工藝

表1 黃柏染液提取工藝的正交試驗結(jié)果Tab.1 Orthogonal test results of extraction process of golden cypress dye liquor

以提取次數(shù)為單一因素，在最優(yōu)工藝下對黃柏進行提取，在最大吸收波長下測定，經(jīng)1次、2次、3次提取后提取液的吸光度 A分別為0.374、0.082、0.052，確定黃柏的最佳提取次數(shù)為1次。

2.2 真絲織物黃柏染色工藝

從表2可見，黃柏直接染真絲織物最大影響因素是溫度，其次是pH值，影響最小是時間。溫度升高，纖維的膨化程度提高，色素分子的聚集度降低，色素分子能更好地擴散進入纖維內(nèi)部。考慮到天然色素的成分復(fù)雜，溫度過高易導(dǎo)致染料分解變質(zhì)，因此溫度不宜太高。隨著染液酸性減弱，蠶絲織物表面的負電荷增加，從而能吸附更多的染料，織物的顏色深度增加，且色差值變小。綜上所述，黃柏直接染真絲織物時的最佳工藝為:染液pH值7，常溫下入染，升溫至50℃后，恒溫下染色45 min。

2.3 黃柏染色真絲織物的固色工藝

黃柏染料直接上染真絲織物，摩擦色牢度達到4～5級，但耐洗色牢度的變色級別為1級，沾色級別為3～4級，所以必須使用媒染劑、交聯(lián)劑、固色劑或其他方法來提高其耐洗色牢度。

經(jīng)優(yōu)化試驗，當(dāng)染色前真絲織物用交聯(lián)劑浸漬處理時，織物的得色量K/S值、ΔK/S值都較大，但皂洗前后得色量K/S值、ΔK/S值最小的是交聯(lián)劑染前浸漬處理。因此，對真絲織物最好的固色方法是用交聯(lián)劑染前浸漬處理。黃柏染色真絲織物的固色工藝采用3因素3水平L9(34)正交試驗，結(jié)果見表3。

表3 黃柏染色真絲織物的固色工藝的正交試驗結(jié)果Tab.3 Orthogonal test results of fixation process of silk fabric dyed with golden cypress

從表3可見，用交聯(lián)劑對真絲織物進行固色時，最大的影響因素是交聯(lián)劑質(zhì)量濃度，其次是溫度和時間。耐皂洗測試前后ΔK/S值越小，固色效果越好，初步可確定其固色工藝為:交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為5 g/L，溫度為60℃，浸漬時間為30 min。

從圖1看出，固色劑質(zhì)量濃度為5 g/L時，K/S值和ΔK/S值都是最大的。因此，綜合正交試驗和單一因素試驗，可得出固色劑對真絲織物固色時的最佳工藝是:交聯(lián)劑質(zhì)量濃度為5 g/L，溫度為60℃，浸漬時間為30 min。

2.4 不同工藝對黃柏染色真絲織物的色牢度影響

用已優(yōu)化的固色工藝對真絲織物按1.3.2進行染色。染后測定其耐洗色牢度，耐干、濕摩擦色牢度和勻染性，并與媒染劑硫酸銅固色工藝［1］進行分析比較。

2.4.1 不同工藝對黃柏染色真絲織物的色牢度影響

試樣分別按照最佳工藝對真絲織物進行直接染色、交聯(lián)劑處理和媒染劑CuSO4處理，其耐洗色牢度和摩擦色牢度見表4所示。

圖1 交聯(lián)劑質(zhì)量濃度的單因素試驗結(jié)果Fig.1 Single factor test results of mass concentration of cross-linking agent

表4 不同工藝對黃柏染色真絲織物的色牢度影響Tab.4 Influence of different processes on color fastness of silk fabrics dyed with golden cypress

由表4可見，天然染料黃柏染真絲織物的耐摩擦色牢度比較好，但耐洗色牢度較差，交聯(lián)劑在一定程度上可提高黃柏染真絲織物的耐洗色牢度，使耐洗色牢度的變色級別能達到4級，沾色級別能達到4級。

2.4.2 不同工藝對黃柏染色真絲織物的勻染性影響

從表5可見，媒染劑處理后的標準偏差Sr最小;其次是交聯(lián)劑處理。這說明，交聯(lián)劑處理后的真絲織物的勻染性不如媒染劑，但其標準偏差Sr比直接染色的方差小，說明它可以在一定程度上提高勻染性，但效果沒有媒染劑處理后的好。

表5 不同工藝對黃柏染色真絲織物的勻染性影響Tab.5 Influence of different processes on levelling property of silk fabrics dyed with golden cypress

3 結(jié)論

1)選用水提取法提取黃柏色素，最佳提取工藝:黃柏色素質(zhì)量濃度2.5 g/L，提取溫度100℃，提取時間60 min，1次提取。

2)真絲織物黃柏染色的最佳工藝:染液pH值7，常溫下入染，升溫至50℃后，恒溫染色45 min。用交聯(lián)劑處理后，染色牢度得到提高，其效果比媒染要好。

3)黃柏染色真絲織物的固色工藝:用交聯(lián)劑染前浸漬處理，交聯(lián)劑質(zhì)量濃度5 g/L，溫度60℃，浸漬時間30 min。

4)各種最優(yōu)工藝處理真絲織物后，其媒染的染色牢度不如交聯(lián)劑處理后的效果好，而且媒染劑對環(huán)境有污染，所以用交聯(lián)劑提高黃柏染料染色牢度可以取代媒染劑染色。

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