棉織物陽離子改性及艾蒿天然色素染色

任洪利，吳贊敏，李志強

(1.天津工業大學 ，天津 300387;2.天津工業大學 先進紡織復合材料教育部重點實驗室，天津 300387 )

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棉織物陽離子改性及艾蒿天然色素染色

任洪利1，2，吳贊敏1，2，李志強1，2

(1.天津工業大學 ，天津 300387;2.天津工業大學 先進紡織復合材料教育部重點實驗室，天津 300387 )

摘要：艾蒿天然色素在水中以染料陰離子的形式存在，與棉纖維親和力低。為提高染色深度及牢度，采用陽離子改性劑LD-8202對棉纖維進行改性，文章探討了改性劑用量、改性時間、Na2CO3用量及改性溫度對棉織物染色性能的影響，通過單因素實驗和正交實驗優化了改性工藝。通過UPF值測試得知，艾蒿色素可以賦予改性棉織物良好的抗紫外性。

關鍵詞：棉織物；改性；艾蒿；抗紫外

1　前言

天然染料的使用有著悠久的歷史，其環境相容性和生物可降解性是合成染料無法比擬的，天然染料的開發符合我國建設環境友好型社會的的理念[1]。此外，部分天然染料還有藥用價值，使得染色后的織物具有保健功能[2-3]。

艾蒿，又名艾葉、艾草，為菊科類多年生草本植物。艾蒿生物資源豐富，在我國東北地區、華北地區、華東地區均有廣泛分布[4]。其主要成分包括：揮發油類、黃酮類、桉葉烷類和三菇類化合物[5-6]。艾蒿在我國古代常用作中藥使用，具有利尿、解熱、凈血和補血的功能；其氣味有驅蚊、松弛緊張的作用，同時也可以起到穩定情緒、鎮定身心的功能[7]。艾蒿中的黃酮類化合物具有很強的抗氧化性，能夠起到抗氧化、抑菌和清除自由基等作用，具有很好的開發利用價值[8-9]。以艾蒿色素提取液直接上染棉織物，上染率及染色牢度極低，不具備研究價值。

本實驗采用陽離子改性劑LD-8202對棉織物進行改性，使其在水中帶正電，增大與艾蒿天然染料的親和力，以提高染色深度及牢度。

2　實驗部分

2.1實驗材料及試劑

棉織物18.2/18.2 268/268(半漂)、艾蒿(產自河南洛陽)、陽離子改性劑LD-8202、氫氧化鈉(分析純)、鹽酸(分析純)、Na2CO3(分析純)等。

2.2實驗儀器

電子天平(沈陽龍騰電子有限公司)、高速中藥粉碎機(鄭州長城科技貿工有限公司)、恒溫水浴鍋(天津市中環實驗電爐有限公司)、Data Color SF 600 Plus電腦測色儀(美國Data Color 公司)、耐洗色牢度試驗機(江蘇省無錫縣紡織儀器廠)、摩擦牢度儀(溫州方圓儀器有限公司)、酸度計(天津市盛邦電器廠)、防紫外測試系統(英國SDL公司)。

2.3艾蒿色素的提取

將干燥的艾蒿在粉碎機中粉碎處理，過60目篩，稱取一定質量的艾蒿粉末，用無水乙醇按1∶15的比例溶解，調整其pH=7，在70℃的超聲波清洗機中浸提40min，取出后立即用循環真空泵抽慮，然后經離心機離心，取上層清液稀釋2倍后作為染液進行染色。

2.4棉纖維改性

對棉纖維改性工藝流程如圖1所示。

圖1　棉纖維改性工藝流程

在進行改性工藝前，先將棉織物在室溫下用滲透劑處理5min以保證改性效果，室溫下加入改性劑處理10min后加入Na2CO3并逐步升溫，在規定溫度下改性一定時間后取出水洗烘干，分別在不同梯度的改性劑用量、改性溫度、改性時間及Na2CO3用量下進行改性處理，改性后棉織物采用直接水浴染色，以織物的表觀染色深度(K/S值)作為評判標準優化改性工藝[10]。

2.5測試分析

2.5.1染色后織物的K/S值

利用Data Color SF 600 Plus電腦測色儀測量織物的表觀染色深度，10°視角D65光源，織物折疊4次，在不同的部位測量3次取平均值[11]。

2.5.2染色牢度測試

根據GB/T 3921-2008測試標準測定染色后織物的皂洗牢度；根據GB/T 8427—1998標準測定染色后織物的耐日曬牢度；根據GB/T 3920-2008標準測定染色后織物的耐摩擦牢度。

2.5.3抗紫外測試(UPF)

使用紫外防護測試儀測試UPF,UVA,UVB的值。

3　結果與討論

3.1單因素試驗結果

3.1.1改性劑用量的優化

圖2為在80℃下，Na2CO3用量為15g/L時改性30min后，改性劑用量與織物K/S值的變化關系。由下圖可以看出，隨著改性劑用量的增加，染色后織物的K/S值迅速增大，因為改性劑與棉纖維反應后，使纖維帶正電，增大了與天然染料陰離子的親和力，從而提高了上染率；當改性劑用量達到6g/L時，改性效果趨于飽和，繼續增加改性劑濃度，織物的K/S值變化不明顯，原因是季銨鹽型改性劑LD-8202與棉纖維反應存在一個飽和值，在6g/L的改性劑濃度下棉纖維與改性劑基本已經反應完全。

圖2　改性劑用量對改性效果的影響

3.1.2改性時間的優化

圖3是在80℃下，Na2CO3和改性劑的用量分別為15g/L、6g/L時，改性時間與織物K/S值的變化關系。由圖可知，隨著改性時間的延長，織物的K/S值緩慢增大，在30～40min后達到最大值，而后出現下降的趨勢。總的來說改性時間對織物的K/S影響不明顯，說明陽離子改性劑LD-8202與棉纖維的反應活性高，加入改性劑后可以迅速完成反應，達到改性的效果。在40min后織物的K/S值下降，原因可能是在長時間加熱條件下，改性劑會發生某些副反應導致一定程度的分解。

圖3　改性時間對改性效果影響

3.1.3Na2CO3用量的優化

由圖4可以看出，在80℃改性劑用量6g/L改性時間為30min的條件下，織物的K/S值隨著Na2CO3濃度的增加而增大，因為Na2CO3作為反應體系的催化劑，可以加快改性劑與棉纖維的反應速度，使反應更加完全；在Na2CO3濃度為15g/L時達到最佳用量，此時織物的K/S值最大；當Na2CO3濃度高于15g/L后織物的K/S值明顯降低，因為在較高濃度的Na2CO3下，改性劑會發生水解，導致與棉纖維反應的改性劑濃度降低，不利于改性的進行。

圖4　Na2CO3用量對改性效果的影響

3.1.4改性溫度的優化

在改性劑用量為15g/L，Na2CO3用量15g/L，改性時間30min下進行改性處理，織物的K/S值隨改性溫度的變化如圖5所示。由圖中可以看出隨著改性溫度的升高，織物的K/S值及近似正比的關系迅速增大，其原因是在較低溫度下達不到改性劑與纖維反應的活化能，導致反應緩慢，隨著溫度的升高，改性劑分子的熱動能增加，使其更易擴散到纖維內部，與纖維反應更加徹底。當溫度達到80℃后，繼續升溫，織物的K/S值迅速降低，這是由于溫度過高改性劑發生分解引起的。

圖5　改性溫度對改性效果的影響

3.2正交試驗結果

在單因素試驗結果的基礎上，以改性劑用量、改性時間、Na2CO3用量為及改性溫度作為因素的四因素三水平正交試驗結果如表1所示。

由表1可知，改性后的棉織物對艾草色素的親和力顯著增強，通過改性正交實驗得出改性的最佳條件為：時間30min，溫度80℃，改性劑用量為8g/L，堿用量為15g/L。影響改性效果的因素從大到小排序是：改性劑用量>純堿用量>改性溫度>改性時間。

3.3染色牢度的測定

由表2可知，改性棉織物經艾蒿色素提取液直接染色后，耐摩擦牢度及皂洗牢度達到國家一般紡織品標準，原因是改性棉纖維與艾蒿天然染料之間的分子間作用力和靜電力，使染料更易固著在纖維上，使纖維具有較好的染色牢度；耐日曬牢度為3級，經長時間自然光直射后，有一定程度的褪色現象，這可能是由于艾蒿色素的結構決定的。

表1改性正交試驗結果

因素時間/min溫度/℃改性劑用量/g·L-1堿用量/g·L-1實驗結果K/S值實驗120604101.20實驗220704152.84實驗320806203.78實驗430606202.19實驗530708106.67實驗630804153.55實驗740608153.84實驗840704200.91實驗940806103.12K17.827.235.668.99K210.418.428.1510.23K37.8710.4512.296.88k12.612.412.873.00k23.472.813.723.41k32.623.484.102.29極差R0.851.082.211.13

表2改性棉織物的染色牢度

耐摩擦牢度耐皂洗牢度耐日曬牢度干摩擦濕摩擦4級3級4級4～5級

3.4改性棉織物的UPF測試

棉織物的UPF值一般在2左右，紫外防護系數較低。由表3可以看出，棉織物進過改性處理后，UPF值變大，UPA、UPB透過率降低，可能是因為陽離子改性及改變了纖維的結構，使其在紫外光區吸收能力增強。染色后的改性棉織物UPF值又有明顯的提高，因為大多天然色素結構中含有較多的苯環，苯環結構可以有效吸收紫外線，艾蒿色素附著在改性棉纖維上賦予了織物較強的紫外線吸收能力。

表3UPF測試結果

樣品UPFUPA通過率/%UPB通過率/%未改性棉織物2.7741.134.2改性棉織物7.4114.313.4染色改性棉織物16.46.86.0

4　結論

4.1利用陽離子改性劑LD-8202對棉纖維進行陽離子化改性后，增加了與染料陰離子的親和力，可以使艾蒿天然染料直接上染到織物上，經過單因素試驗和正交試驗優化的最佳改性工藝為：改性時間30min，改性溫度80℃，改性劑用量為8g/L，Na2CO3用量為15g/L。

4.2改性棉織物經艾蒿天然染料染色后，有較好的干、濕摩擦牢度及皂洗牢度，日曬牢度欠佳。

4.3改性棉織物經染色后，UPF值為16.4，UPA、UPB透過率分別為6.8%和6.0%，艾蒿天然色素染色織物的同時，還可以賦予織物抗紫外功能，有一定的開發價值。

參考文獻：

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[2]沈國強,楊春霞,張棟.天然色素(染料)的研究及發展趨勢[J].染料與染色.2009, (1):7—10.

[3]吳贊敏.天然染料的應用及發展趨勢[J].紡織導報.2012.(4):38—40.

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[11]王春梅,李朝暉.艾蒿提取液對羊毛織物的直接染色[J].毛紡科技,2012,3.40(3):38—41.

收稿日期：2016-01-13

作者簡介：任洪利(1989—)，男，河北承德人，碩士研究生。

中圖分類號：TS193

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3028(2016)01-0010-04

Cationic Modified Cotton Fabric and Mugwort Natural Pigment Dyeing

Ren Hongli1,2，Wu Zanmin1,2，Li Zhiqiang1,2

(1．Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China; 2．Key Laboratory of Advanced Textile Composites，Ministry of Education，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China)

Abstract:Mugwort natural pigment is anionic dyes in water, and has low affinity with cotton fiber.In order to improve the dyeing depth and fastness, cotton fiber was modified with cationic modifier LD-8202.The dosage of modifier, modifying time, Na2CO3 dosage and temperature on dyeing modification effect of cotton fabrics were explered.Through the single factor experiment and orthogonal experiment,the process was oplimized.Through the test the value of UPF, mugwort pigment can give the modified cotton fabric excellent resistance to UV.

Key words:cotton fabric； modifiy； Artemisia argyi； anti UV