板栗殼色素對錦綸的染色性能研究

曾 科，王祥榮

(蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇蘇州215021)

天然染料是從植物、動物或礦物資源中獲取的，很少或沒有經過化學加工的染料，一般對人體無毒、無害，本身也具有一定的保健功能，若用于紡織品染色，符合現行生態紡織品的發展趨勢[1-2]。板栗殼色素是從廢棄的板栗殼中提取的一種棕色天然色素，結構分析表明板栗殼色素含有酚類、苯環，是一種多酚類化合物，類似于黃酮類色素[3-4]，而黃酮類物質具有一定的抗氧化、抑菌的功效[5]。板栗殼色素在食品中可作為棕色著色劑，也可應用于紡織印染。劉俊輝等[6-7]研究了板栗殼色素在真絲織物以及純棉針織物上的染色性能，陳莉等[8]研究了板栗殼色素在羊毛針織物上的染色性能，但未見板栗殼色素對錦綸織物染色的報道。

本文主要研究了板栗殼色素對錦綸的染色性能，探討了染色溫度、pH值、染料用量及NaCl用量對染色的影響，確定了最優工藝條件，最后對比了直接染色和先媒后染工藝下染色織物的顏色特征值、染色牢度和防紫外線性能。

1 試驗

1.1 材料與儀器

材料:錦綸織物(平方米質量65g/m2，江蘇盛虹集團有限公司);板栗殼色素(常州美勝生物材料有限公司);七水合硫酸亞鐵、硫酸鋁、冰醋酸、三水合醋酸鈉、一水合檸檬酸、十二水合磷酸氫二鈉、氯化銨、醋酸銨(均為分析純)。

儀器:IR-12SM紅外染色機(廈門瑞比精密儀器有限公司)，低噪振蕩式染樣機(中國靖江市新旺染整設備廠)，TU-1810紫外可見分光光度計(北京普析通用有限公司)，UltraScan PRO型分光測色儀(美國Hunter Lab公司)，Y571B型電動摩擦色牢度儀(南通宏大實驗儀器有限公司)，SW-12型A耐洗色牢度試驗機(無錫紡織儀器廠)，Atlas Alpha-M型日曬牢度儀(美國Atlas公司)，Labsphere UV-1000F型紡織品紫外性能測試儀(美國Labsphere公司)。

1.2 板栗殼色素染色

1.2.1 直接染色工藝優化

取一定量的板栗殼色素，用pH緩沖溶液調節至指定pH值，固定浴比為1︰50，室溫下投入錦綸織物，以1.5℃/min的升溫速率升至指定溫度，恒溫染色60 min，水洗，晾干。在固定其他條件不變的情況下，探討染色溫度、染浴pH值、電解質用量對上染百分率和染色織物K/S值的影響。

1.2.2 板栗殼色素對錦綸織物的提升性

固定染浴pH3，浴比1︰50，染色溫度95℃，取色素相對織物質量濃度為2%～12%，探討色素用量對上染百分率和染色織物K/S值的影響。

1.2.3 錦綸織物先媒后染工藝

用FeSO4·7H2O或Al2(SO4)3對錦綸織物進行預媒染，工藝條件為:媒染劑相對織物質量分數為5%，媒染液 pH4，浴比1︰50，媒染溫度 70℃，時間60min。然后進行染色，染色條件為:染浴pH3，浴比1︰50，染色溫度95 ℃。

1.3 測試方法

1.3.1 上染百分率

采用殘液比色法測定，用TU-1810型紫外可見分光光度計測定染液吸光度，以λmax=425 nm處測試，上染百分率按公式(1)計算:

式中:A0為染色原液的吸光度，A1為染色殘液的吸光度。

1.3.2 顏色特征值及表觀色深值

顏色特征值(L*、a*、b*、C*)及表觀色深(K/S值)用UltraScan PRO型分光測色儀測定，采用D65光源，10°視場，測定4次，取平均值。

1.3.3 染色色牢度

織物的耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定;耐洗色牢度按GB/T 3921.3—2008《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度》測定;耐光牢度按 GB/T 8426—1998《紡織品 耐光色牢度試驗:日光》測定。

1.3.4 防紫外線性能

防紫外線性能測試參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能》來評定。用 Labsphere UV-1000F型紡織品紫外性能測試儀測定織物的紫外透過性和UPF值，測定4次，取平均值。

2 結果與討論

2.1 pH對染色性能的影響

固定色素相對織物質量分數為2.5%，浴比1︰50，染色溫度95℃，考察不同pH值下織物染色的上染百分率和K/S值，結果如圖1所示。

圖1 pH值對上染率及K/S值的影響Fig.1 Effect of pH value on dye uptake and K/S value

從圖1可以看出，隨著染浴pH值的升高，板栗殼色素對錦綸織物的上染百分率及織物的K/S值下降明顯。當染液pH值比較低時，錦綸纖維上的末端氨基因質子化而帶有正電荷，板栗殼色素分子結構中的酚羥基帶有弱陰離子性，可以通過離子鍵結合而染著于纖維上;隨著pH值的增大，錦綸纖維上末端氨基的正電性下降而羧基的負電性增加，當pH值大于7時，纖維也帶有負電性，同時，板栗殼色素分子結構中的酚羥基電離成酚氧負離子，負電性增加，色素分子必須克服較大的靜電斥力才能上染纖維，故得色明顯下降[9]。因此，板栗殼色素染錦綸的最佳pH值在3～3.6。

2.2 溫度對染色性能的影響

固定色素相對織物質量分數為 2.5%，浴比1︰50，pH3，考察不同溫度下染色織物的上染百分率和K/S值，結果如圖2所示。

圖2 染色溫度對上染百分率及K/S值的影響Fig.2 Effect of dyeing temperature on dye uptake and K/S value

由圖2可知，隨著染色溫度的升高，板栗殼色素對錦綸織物的上染百分率逐漸提高，同時織物的K/S值也逐步增加，與上染率的變化趨勢一致。這是因為隨著染色溫度的升高，纖維的膨化程度增大，染料分子的聚集度降低，能更好地擴散到纖維內部，從而達到更好的染色效果。但考慮到天然色素的成分復雜，溫度過高易使天然染料分解[10]。所以，染色溫度為95℃左右較為合理。

2.3 NaCl對染色性能的影響

固定pH3，色素相對織物質量分數為4%，浴比1︰50，染色溫度95℃，考察不同NaCl質量濃度下染色織物的上染百分率和K/S值，結果如圖3所示。

圖3 NaCl質量濃度對上染率及K/S值的影響Fig.3 Effect of NaCl mass concentration on dye uptake and K/S value

由圖3可知，在酸性條件下，NaCl的加入明顯降低了板栗殼色素對錦綸的上染百分率以及K/S值，并隨著染液中電解質濃度的提高而逐漸下降。進一步說明了在酸性條件下板栗殼色素是以離子鍵的形式上染錦綸的，NaCl可與色素陰離子一起對纖維發生競染，從而減緩了色素的上染速率，提高色素染色的均勻性，但將降低天然色素的上染率，使其利用率下降。因此，在保證染色均勻性的條件下，盡量不加中性電解質。

2.4 染色提升性

固定pH3，浴比1︰50，染色溫度95℃，對板栗殼色素的染色提升性進行試驗，結果如圖4所示。

圖4 色素質量分數對上染率及K/S值的影響Fig.4 Effect of mass concentration of pigment on dye uptake and K/S value

由圖4可知，隨著板栗殼色素質量分數的增加，染后織物的K/S值不斷提高，說明板栗殼色素對錦綸的染色具有較好的提升性能，但大于8%后，得色量的提高趨于平緩;另外，隨著色素質量分數的增加，上染百分率呈明顯的下降趨勢，即染料的利用率下降。

2.5 預媒染對板栗殼色素染色效果的影響

按1.2.3的方法對錦綸織物進行預媒染，然后在最優染色工藝條件下對其進行染色，測定經媒染及未經媒染的染色織物的K/S值、顏色特征值及染色色牢度，結果如表1和表2所示。

由表1可知，經硫酸亞鐵預媒染后，染色織物的K/S值基本不變，而L*、a*、b*、C*值均下降。說明織物的明度和鮮艷度下降，色光偏綠、偏藍;而經硫酸鋁預媒染后，染色織物的色光偏紅，明度稍微下降。綜上所述，媒染對板栗殼色素染錦綸的影響較小。

由表2可知，板栗殼色素對錦綸具有優良的染色牢度，染后織物的摩擦、變色、沾色牢度均在4～5級以上，摩擦和皂洗過程中對錦綸、粘膠基本不沾色，日曬色牢度3～4級。經硫酸亞鐵、硫酸鋁預媒染后，染色織物的各項色牢度基本保持不變。

表1 媒染劑對K/S值及顏色特征值的影響Tab.1 Effect of mordant on K/S value and color characteristic value

表2 板栗殼色素上染錦綸的各項色牢度指標Tab.2 Various color fastness indicators of nylon dyed with chestnutshell pigment

2.6 防紫外線性能

采用直接染色和先媒后染工藝對錦綸織物進行染色，測試了染色織物的防紫外線性能，結果如圖5和表3所示。

圖5 染色前后錦綸織物的紫外透過率Fig.5 UV transmission of nylon fabrics before and after dyeing

根據GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能》的評定標準，樣品的紫外線防護系數UPF＞40，且日光紫外線UVA的透過率TUVA＜5%時，可稱為“防紫外線產品”。由圖5和表3可知，經板栗殼色素染色后，織物的 UVA(315～400 nm)及 UVB(280～315 nm)的透過率明顯下降;UPF值由35.28增加到132.44(＞40)，且隨著染料用量的增加，染色織物的UPF值不斷增大，UVA及UVB的透過率逐漸減小。經預媒染處理后，板栗殼色素對錦綸織物的UPF值、TUVA、TUVB進一步提高，說明經板栗殼色素染色后織物具有優良的防紫外線性能。

表3 媒染劑對錦綸織物UPF的影響Tab.3 Effect of mordant on UPF of nylon fabrics

3 結論

1)板栗殼色素上染錦綸的最佳工藝條件為pH3～3.6，95℃;加入中性電解質將降低色素的上染百分率，在保證勻染的條件下，可以不加電解質;板栗殼色素對錦綸具有較好的提升性能，但隨著色素用量的提高，上染百分率下降。

2)板栗殼色素染色錦綸織物具有良好的耐摩擦、皂洗、日曬色牢度，等級基本都在4級左右，媒染后染色織物的色光有一定的變化。

3)經板栗殼色素染色后的錦綸織物具有優良的防紫外線性能，媒染后染色織物的防紫外線性能更佳。

[1]李輝芹，鞏繼賢.天然染料的應用現狀與研究新進展[J].染料與染色，2003，40(1):36-38.LIHuiqin，GONG Jixian.The current applicationsituation and developments of natural dyes[J]. Dyestuffs and Coloration，2003，40(1):36-38.

[2]程萬里.天然染料蘇木在真絲綢上的應用[J].絲綢，2000(10):21-23.CHENG Wanli.Natural dye logwood applied to realsilk fabric[J].Journal of Silk，2000(10):21-23.

[3]趙德義，高文海，花成文，等.板栗殼化學成分的初步研究[J].陜西林業科技，2003(2):1-3，47.ZHAO Deyi， GAO Wenhai， HUA Chengwen， etal.Chemical components of castanea mollissimashell[J].Shanxi Forest Science and Technology，2003(2):1-3，47.

[4]賈陸，席芳，王娜，等.板栗殼化學成分研究[J].中國醫藥工業雜志，2010，41(2):98-102.JIA Lu，XIFang，WANG Na，etal.Chemical constituents of castanea mollissima blumeshell[J].Chinese Journal of Pharmaceuticals，2010，41(2):98-102.

[5]曹緯國，劉志勤，邵云，等.黃酮類化合物藥理作用的研究進展[J].西北植物學報，2003，23(12):2241-2247.CAOWeiguo，LIU Zhiqin，SHAO Yun，etal.A progress in pharmacological research of flavonoids[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2003，23(12):2241-2247.

[6]劉俊輝，孫衛國，陳莉，等.板栗殼天然染料對真絲織物染色性能的影響[J].印染助劑，2009，26(10):27-29.LIU Junhui，SUN Weiguo，CHEN Li，etal.Study on the dyeing behaviour ofsilk fabric with natural dyestuff from chestnutshell[J].Textile Auxiliaries，2009，26(10):27-29.

[7]劉俊輝，孫衛國，陳莉，等.板栗殼天然染料對純棉針織物染色性能的研究[J].針織工業，2012(2):43-46.LIU Junhui，SUNWeiguo，CHEN Li，etal.A research on the dyeing property of the chestnutshell natural dye on the pure cotton knitted fabric[J].Knitting Industries，2012(2):43-46.

[8]陳莉，劉玉森.板栗殼天然染料對羊毛針織物的染色性能研究[J].針織工業，2009(12):48-50.CHEN Li，LIU Yusen.A research on the dyeing properties of the chestnutshell natural dye on wool knitted fabric[J].Knitting Industries，2009(12):48-50.

[9]趙濤.染整工藝原理:下冊[M].北京:中國紡織出版社，2009:131-132.ZHAO Tao.Technological Principle of Dyeing and Finishing:Volume 2[M].Beijing:China Textile ＆ Apparel Press，2009:131-132.

[10]盂憲昌，王孟歌，康永勝.板栗殼色素的提取及其穩定性研究[J].河北化工，2002(1):25-27.MENG Xianchang，WANG Mengge，KANG Yongsheng.Extraction andstabilitystudy of chestnutshell pigment[J].Hebei Chemical Engineering and Industry，2002(1):25-27.