棉織物陽離子改性工藝對黃色系天然染料染色性能和織物紫外防護性能的影響

袁 衛，張瑞萍，*，徐建華，歐衛國，王月華，翁柳燕

(1.南通大學 紡織服裝學院，江蘇 南通 226019；2.南通金仕達超微阻燃材料有限公司，江蘇 南通 226019)

棉織物陽離子改性工藝對黃色系天然染料染色性能和織物紫外防護性能的影響

袁 衛1，張瑞萍1，*，徐建華2，歐衛國2，王月華2，翁柳燕1

(1.南通大學 紡織服裝學院，江蘇 南通 226019；2.南通金仕達超微阻燃材料有限公司，江蘇 南通 226019)

分析了棉織物陽離子改性對黃色系中草藥姜黃和大黃染色效果的影響，測試了染色織物的耐洗、耐摩擦色牢度及紫外防護功能。結果表明棉織物陽離子改性提高了這兩種黃色素上染織物的染色深度。棉織物的陽離子改性工藝為：陽離子改性劑用量20 g/L，NaOH用量10 g/L，改性溫度60 ℃和70 ℃，改性時間40～60 min。染色織物干摩和皂洗沾色(棉)牢度都較好，達到4-5級；淺色織物的濕摩和褪色牢度分別為4-5級和3-4級。姜黃和大黃染色的棉織物均具有一定的紫外防護功能。

姜黃；大黃；棉織物陽離子改性；防紫外性能

隨著生活水平的提高，消費者更加關注身體健康和環境保護。人們逐漸認識到一些以合成染料染色加工的傳統紡織品會對人體的安全健康和未來生存環境產生嚴重的破壞，開始推崇一些益于人體健康和無害于環境的生態紡織品。中草藥植物染料來自于可更新的自然資源，具有藥理作用[1]，在染色過程中，植物香味成分與色素被纖維吸收，對人體有特殊的藥物保健作用。用中草藥染料開發保健功能的染色紡織品，既能滿足人們對審美、健康及功能的多重需要，同時對中藥的傳承有重要的現實意義和歷史意義。

中藥姜黃是最鮮艷的天然黃色染料之一，其主要成分是黃色的姜黃素、脫甲氧基姜黃素和雙脫甲氧基姜黃素，存在于姜黃根莖和根塊中的色素[2]。姜黃還具有抗皮膚真菌、抗病毒的作用，可用于治療傳染性肝炎、膽結石及皮膚病[3]。姜黃色素屬于酚類衍生物，其結構式：

大黃為寥科多年生草本植物掌葉大黃、唐古特大黃或藥用大黃的根和根莖，性寒，味苦，有瀉熱毒，破積滯，行癖血，調血脈，利關節的功效。大黃的主要化學成分是大黃鞣質，能分解產生葡萄糖沒食子酸，以及羥基蒽醌衍生物，主要以配糖體的結合狀態存在[4]。結構式：

此外，由于大黃特殊的成分和結構還具有良好的抗菌和紫外吸收功能[5]，為開發新型功能性紡織品開辟了良好的途徑。

由于這兩種色素的結構特點，對棉織物的上染能力較差。本文通過陽離子改性的方法提高中藥姜黃和大黃色素對棉織物的染色深度，并且通過耐洗、耐摩擦色牢度及抗紫外線性能測試，分析了陽離子改性對棉織物染色效果和紫外防護功能的影響。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

材料：純棉半制品、大黃、姜黃(中藥，南通蘇博大藥房)、陽離子改性劑(工業級，廣州金瑞鷹生物化學品有限公司)。

儀器：COLOR-YEE-3100電腦測色配色儀(美國Gre-tagMacbeth公司)，YH571—Ⅱ預置式染色牢度摩擦儀(溫州大榮紡織標準儀器廠)，GYROWASH 415水洗/干洗色牢度機(英國James H Heal有限公司)，TU-1901雙光束帶積分球紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 姜黃和大黃色素的提取

將染料植物搗碎，料液比100 g/L，NaOH濃度20 g/L，80 ℃提取60 min，過濾，反復3次，將3次得到的萃取液混和，再沸煮濃縮至三分之一量制成染液，備用。

1.2.2 陽離子改性方法

改性劑用量1～20 g/L，改性溫度40～90 ℃，改性時間10～110 min，燒堿用量5～25 g/L，改性浴比20∶1。

1.2.3 姜黃和大黃染色工藝

染液濃度80 ml/L，溫度80 ℃，浴比1∶40，染色pH為5.5，時間60 min。

1.3 性能測試

1.3.1 染色織物的K/S值

用Gre-tagMacbethCOLOR-YEE-3100電腦測色配色儀測試染色試樣的K/S值。

1.3.2 耐摩擦和耐皂洗色牢度

按GB/T3920-2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》和GB/T3921-2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試；根據GB/T250-2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》和GB/T251-2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》評級。

1.3.3 紫外防護性能

采用帶積分球雙光束紫外可見分光光度計測定染色織物的紫外線透過率來評定其紫外防護性能。紫外線透過率越低，織物紫外防護效果越好。

2 結果與討論

2.1 改性處理對姜黃色素染色效果的影響

2.1.1 改性劑用量對姜黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前處理工藝：NaOH用量15g/L，改性時間60min，改性溫度80 ℃，改性劑的用量0， 1，5，10，20g/L，測定染色后織物的K/S值，結果如圖1。

從圖1可以看出，在陽離子改性劑用量為0g/L時姜黃幾乎不上染，這是由于姜黃素屬于酚類衍生物，與棉纖維缺乏親和力。隨著陽離子改性劑的用量增加，棉織物表面的正電荷越多，在棉纖維上形成新的染座，與姜黃的酚羥基負離子發生吸附作用[6]，棉織物的改性效果越明顯，改性劑用量在0～5g/L階段，純棉織物的得色深度明顯提高，20g/L時K/S值最大。

2.1.2NaOH用量對姜黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，改性時間60min，改性溫度80 ℃，NaOH用量分別為5，10，15，20，25g/L，測定染色后織物的K/S值，結果見圖2。

從圖2可以看出，NaOH用量10g/L以下時，隨著NaOH用量的增加，純棉織物的得色深度增加明顯，NaOH用量為10g/L時織物的得色深度最高，再增加用量時，色深變化不明顯，所以NaOH用量選擇10g/L。

2.1.3 改性時間對姜黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度80 ℃，改性時間分別為10，20，30，40，50，60，90，120min，測定染色后織物的K/S值，結果見圖3。

從圖3可以看出，當改性時間為60min時織物的得色深度達到最高，再增加時間，色深變化不明顯，所以改性時間選擇60min。

2.1.4 改性溫度對姜黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性時間60min，改性溫度分別為30，40，50，60，70，80 ℃，測定染色后織物的K/S值，結果見圖4。

從圖4可以看出，隨著改性溫度的提高，當改性溫度為70 ℃時織物的得色深度達到最高，所以改性溫度選擇70 ℃。

綜上單因素分析結果，姜黃染色棉織物的陽離子改性工藝為陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度70 ℃，改性時間60min。

2.2 改性處理對大黃色素染色效果的影響

2.2.1 改性劑用量對大黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取大黃染料和染色。改性前處理工藝NaOH用量15g/L，改性時間60min，改性溫度80 ℃，改性劑的用量1，5，10，20g/L，測定染色后織物的K/S值，結果見圖5。

從圖5可以看出，隨著陽離子改性劑的用量的增加，純棉織物的得色深度在1～5g/L階段明顯提高，20g/L時K/S值最大。

2.2.2NaOH用量對大黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，改性時間60min，改性溫度80 ℃，NaOH用量分別為5，10，15，20，25g/L，測定染色后織物的K/S值，結果見圖6。

從圖6可以看出，隨著NaOH用量由5g/L增加到10g/L，純棉織物的得色深度增加明顯。當NaOH用量為10g/L時織物的得色深度最高。故NaOH用量選為10g/L。

2.2.3 改性時間對大黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度80 ℃，改性時間分別為10，20，30，40，50，60min，測定染色后織物的K/S值，結果見圖7。

從圖7可以看出，隨著改性時間的增加，純棉織物的得色深度增加，當改性時間為40min時織物的得色深度達到最高，隨著改性時間的進一步延長，染色織物的深度反而發生下降，所以，改性時間選為40min。

2.2.4 改性溫度對大黃色素染色效果的影響

分別按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前處理工藝：陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性時間40min，改性溫度分別為30，40，50，60，70，80 ℃，測定染色后織物的K/S值，結果見圖8。

從圖8可以看出，比較K/S值，隨著改性溫度的提高，當改性溫度為60 ℃時織物的得色深度達到最高，進一步提高溫度染色織物色深值下降。這是由于溫度提高，吸附到織物上的改性劑解吸，所以改性溫度選為60 ℃。

綜上單因素分析結果，大黃染色棉織物的陽離子改性工藝為陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度60 ℃，改性時間40min。

2.3 改性棉織物黃色系天然染料染色牢度

將不同濃度的姜黃和大黃提取液對改性棉織物進行染色，測試染色織物的摩擦牢度，結果如表1所示。

由表1和表2得知，不同濃度姜黃和大黃的染色織物，干摩和皂洗沾色(棉)牢度都較好，達到4-5級；對于同濃度提取液，改性棉的姜黃染色深度不如大黃的染色深度，但前者的染色牢度比后者好，特別是濕摩和皂洗褪色牢度。隨著提取液濃度和染色織物色深值的增加，濕摩牢度均下降，姜黃染色織物的由4-5級下降至2-3級，大黃染色織物由4級下降至2級。姜黃染色織物的褪色牢度最高3-4級，最低3級；大黃的的褪色牢度最高3-4級，最低2級。

表1 改性棉織物的姜黃染色摩擦牢度

表2 改性棉織物的大黃染色摩擦牢度

2.4 黃色系天然染料對棉織物紫外防護性能的影響

將陽離子改性棉織物用姜黃和大黃不同濃度的染色織物進行紫外透過率測試，并與未染色織物進行對比，結果如圖9和圖10所示。

從圖9和圖10可知，與未處理的棉織物相比，色深均小于1的姜黃和大黃染淺色的棉織物的紫外透過性明顯下降，并且隨著染色深度的增加，織物的紫外透過率下降更大。說明織物上的姜黃和大黃色素均具有一定的紫外防護功能。防紫外的主要原因是姜黃的苯環和大黃的蒽醌衍生物中的電子有較強的π-π*、n-σ*、n-π*躍遷[7]而形成R、B、E吸收帶，從而對紫外有較好的吸收。

3 結論

(1)姜黃染色棉織物的陽離子改性工藝為陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度70 ℃，改性時間60min。隨著提取液濃度和染色織物色深值的增加，姜黃染色織物濕摩牢度由4-5級下降至2-3級；褪色牢度最高3-4級，最低3級；干摩和皂洗沾色(棉)牢度都較好，達到4-5級。

(2)大黃染色棉織物的陽離子改性工藝為陽離子改性劑用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性溫度60 ℃，改性時間40min。隨著提取液濃度和染色織物色深值的增加，大黃染色織物濕摩牢度由4級下降至2級；褪色牢度最高3-4級，最低2級；干摩和皂洗沾色(棉)牢度都較好，達到4-5級。

(3)與未染色織物比，姜黃和大黃染淺色的棉織物的紫外透過性明顯下降，姜黃和大黃染色的棉織物均具有一定的紫外防護功能。

[1] 張瑞萍，黃 潔. 中草藥保健功能紡織品的開發[J].產業用紡織品,2010，(6)：1-4.

[2] 孫曉竹，吳贊敏，許百慧. 姜黃微膠囊的制備及其在染色中的應用[J].天津工業大學學報，2010,29(5):57-60.

[3] 袁小紅.用姜黃對竹漿纖維織物染色的工藝研究[J]. 中原工學院學報，2011，22(6)：26-31.

[4] 鄭光洪，印飛雪，李振華.大黃在苧麻染色中的應用研究[J].染料工業，2010，(1)33-35.

[5] 傅興圣,陳 菲,劉訓紅,等.大黃化學成分與藥理作用研究新進展[J].中國新藥雜志,2011,20(16):1 534-1 535.

[6] 李 萍，王華印. 改性棉織物的天然姜黃素染色性能[J].印染，2011，(3)：12-14.

[7] 董書池. 天然染料分子結構對抗紫外性的影響[D].蘇州：蘇州大學，2012.

The Influences of Cationic Modification Process of Cotton Fabric on the Dyening Property of Yellow Natural Dyes and Its UV Protection Function

YUAN Wei1, ZHANG Rui-ping1,*, XU Jian-hua2, OU Wei-guo2, WANG Yue-hua2, WENG Liu-yan1

(1.College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong 226019, China;2.Nantong Jinshida Special Fabric Co. Ltd., Natong 226019,China)

The influences of the cationic modification on yellow cotton fabrics dyed with herb curcuma and rhubarb were analyzed. The washing and rubbing fastness as well as UV protection function of the dyed fabrics were tested. The results showed that cationic modification improved the dyeing depth.. The cationic modified process of cotton fabrics were as following: The dosages of the cationic modification agent NaOH 20 g/L and 10 g/L respectively, temperature of 60～70 ℃, modification time 40～60 min.The dry rubbing fastness and stain-washing (cotton) fastness were better and reached to 4-5 grade. But the wet rubbing fastness and fade fastness of the light color fabrics were 4-5 grade and 3-4 grade respectively. The dyed cotton fabrics with curcuma and rhubarb had a certain UV protection function.

curcuma; rhubarb; cationic modification of cotton fabric; UV protection property

2016-02-15

江蘇省產學研合作前瞻性聯合研究項目(BY2015047-03)；江蘇省高等學校大學生創新創業訓練計劃項目(201510304029Z);2015地方高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201510304029)

袁 衛(1993-)，男，江蘇揚州人，本科，研究方向為紡織品天然染色。

*通信作者：張瑞萍(1964-)，女，江蘇南通人，教授，研究方向：紡織品紡織品生態染整技術。

TS 195.5

A

1673-0356(2016)04-0017-05