姜黃染料對柞蠶絲織物的染色性能研究

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(1.遼東學院化學工程學院，遼寧丹東　118003；2.遼寧省功能紡織材料重點實驗室，遼寧丹東　118003)

姜黃是一種多年生有香味的草本植物，既有藥用價值，又可以作食品調料。作為一種傳統中藥，姜黃具有破血行氣，通經止痛、抗癌、抗炎、抗氧化等諸多藥理功能；用作調味品,姜黃具有辛香輕淡，帶有胡椒、麝香、甜橙與姜之混合味道；作為天然食用色素，其著色力強、色澤鮮艷、安全無毒性、熱穩定性良好[1-2]。姜黃素作為姜黃中主要的功效成分及天然著色物質，是姜黃發揮藥理及食用作用的主要活性成分[3]。目前，姜黃染料用于紡織品染色工藝的研究，主要集中在桑蠶絲、羊毛及改性纖維素等織物上[4-7]。天然染料在染色過程中，其中的功能性成分被纖維吸收，可以賦予紡織品一定的功能[8]。本文在研究天然染料姜黃在柞蠶絲織物上的染色性能的同時，測試了染色柞蠶絲織物的顏色特性及抗菌、抗紫外線性能，為姜黃在紡織品天然染色及功能整理中的應用提供理論參考。

1　試　驗

1.1　試驗材料

材料：柞蠶絲平紋織物(42 g/m2)。中藥姜黃(購于藥房)，冰醋酸，氫氧化鈉，結晶硫酸鋅、硫酸鋁、硫酸亞鐵(均為分析純，購自沈陽化學試劑有限公司)。

儀器：HL型染色小樣機(靖江市海瀾裝備廠)，雷磁pHS-3C型酸度計(上海儀電科學儀器有限公司)，Color-Eye 7000A型電腦測色配色儀(X-Rite，USA)，UV-2450紫外-可見分光光度計(日本島津)，UV-2000F紡織品抗紫外線測試儀(Labsphere Inc., USA)，YG(B) 026D型織物強力儀(溫州大榮紡織儀器公司)。

1.2　試驗方法

1.2.1姜黃染料的制備

稱取中藥姜黃100 g，粉碎，加入75%乙醇800 mL，于60 ℃回流提取2 h。經過濾后濾除殘渣，得到姜黃色素的乙醇溶液，該溶液經減壓蒸餾，得到濃縮的姜黃染料。該濃縮物加入到1 L熱水中，加入0.5 g分散劑NNO，后制成姜黃染料水分散液，以此作為該實驗的染液。

1.2.2染色工藝

a) 以上述制備的姜黃染料對柞蠶絲織物染色，染色浴比1∶50，pH=6(提取液自身pH值)，選取50，70，90 ℃ 3個溫度參數，分別染色60 min。

步驟:調配染色工作液→織物40 ℃入染→升溫至指定溫度→保溫→水洗→晾干。

b) 以上述制備的姜黃染料對柞蠶絲織物染色，染色浴比1∶50，pH=6(提取液自身pH值)，選取上述獲得的適宜溫度染色，分別調整染色時間為20～80 min。

步驟:調配染色工作液→織物40 ℃入染→升至適宜溫度→保溫20～80 min→水洗→晾干。

c) 以上述獲得的適宜溫度及時間條件染色，浴比選取1∶50，pH值分別為3、5、7進行染色實驗。

步驟:配置不同pH值染液(pH 3～7)→織物40 ℃入染→升至適宜溫度→保溫→水洗→晾干。

d) 媒染染色是在不同pH值條件下進行染色，然后分別采用硫酸鋅、硫酸鋁、硫酸亞鐵作為媒染劑，對染色柞蠶絲進行后媒染色，媒染劑質量濃度3 g/L，浴比1∶50，媒染溫度50 ℃，恒溫處理30 min之后，取出試樣，經水洗、皂洗、晾干。

1.2.3測試方法

紫外光譜：以無水乙醇作空白樣，將試樣用無水乙醇稀釋至一定濃度，對其進行紫外-可見光譜掃描。

K/S值測試：染色柞蠶絲織物的K/S值及CIELAB色度值采用電腦測色配色儀進行測定。試樣折疊4層，不同部位測定3次取平均值。

色牢度測試：染色柞蠶絲織物的皂洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》標準，采用SW-12 型皂洗牢度儀進行測定；干、濕摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》標準，采用Y-571B型摩擦色牢度儀進行測定；耐光色牢度按GB/T 8427-2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》標準，采用YG811日曬色牢度儀進行測定。

功能性測試：試樣的紫外線防護性能采用UV-2000F紡織品抗紫外線測試儀測試，以紫外線透過率(T%)及UPF指數進行評價。試樣的抗菌性能按GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：震蕩法》進行測試，測試菌種為革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性菌大腸桿菌。試樣抑菌率按式(1)計算：

Y/%=(Wt-Qt)/Wt×100

(1)

式中：Y—試樣的抑菌率，%；Wt—空白樣18 h振蕩接觸后燒瓶內的活菌濃度，CFU/mL，Qt—待測織物試樣18 h振蕩接觸后燒瓶內的活菌濃度，CFU/mL。

2　結果與討論

2.1　姜黃染料的紫外-可見光譜

制備的姜黃色素紫外-可見吸收光譜如圖1所示。

圖1　姜黃染料乙醇溶液的紫外-可見光譜

2.2　染色溫度對K/S值的影響

采用常規pH值(提取姜黃染料的pH值約為6)，分別在50、70、90 ℃條件下，以姜黃染料對柞蠶絲織物恒溫染色60 min,不同染色溫度下試樣的K/S值曲線見圖2。

圖2　不同溫度下染色柞蠶絲的K/S值曲線

姜黃染料上染柞蠶絲，具有良好的染色深度，得色為較鮮艷的黃色，所試的不同溫度條件下，以70 ℃時K/S值最高，織物得色量最大。故以70 ℃進行后續染色實驗。

2.3　染色時間對染色的影響

采用姜黃染料對柞蠶絲織物染色，在溫度70 ℃，常規pH值下，調整染色時間為20～80 min，染色時間對染色柞蠶絲織物K/S值及黃藍值b的影響見圖3。

圖3　染色時間對試樣K/S值及b值的影響

圖3可以看出，染色初始階段，染色織物的K/S值及黃藍值b均隨時間的延長而提高，說明試樣的顏色隨時間延長而逐漸加深，當染色時間達到50 min時，K/S值及b值趨于穩定，不再繼續增加，此時染色過程達到了動態平衡，即染料在纖維上的吸附與解吸數量相當，再繼續增加染色時間對染色無明顯效果。所以，姜黃上染柞蠶絲織物的適宜時間為50 min。

2.4　染色pH值對K/S值的影響

天然染料染色往往適宜在酸性條件下進行，測試當染色溫度為70 ℃，染色時間為50 min，染色pH值分別為3、5、7時，姜黃染料染色柞蠶絲的K/S曲線，結果如圖4所示。

圖4　pH值對染色柞蠶絲織物K/S值曲線的影響

圖4可知，pH值對試樣的K/S值影響顯著，隨著染色pH值升高，試樣的K/S值呈降低趨勢，酸性條件有利于染料上染柞蠶絲纖維。同時，為考查染色pH值對試樣強力的影響，對不同pH值染色柞蠶絲綢的斷裂強力進行測定。染色前及染色pH值分別為3、5、7時，柞蠶絲織物的經向斷裂強力依次為271,266,268,268 N，這說明染色pH值為3時，試樣的強力稍有降低，但幅度極小，pH=3可作為柞蠶絲染色的適宜條件。

2.5　媒染劑對染色性能的影響

為評價不同pH值下的姜黃染料對柞蠶絲綢的媒染性能，分別采用硫酸鋅、硫酸鋁及硫酸亞鐵作為媒染劑，分別對染色pH值為3、5、7的染色織物進行后媒染色，媒染劑及染色pH值對染色織物K/S值及顏色特征值的影響見表1。

表1　不同pH值及媒染劑下染色柞蠶絲的色度值

表1表明，染色pH值對直接及媒染試樣的染色性能影響很大。隨pH值的提高，織物的表觀色深值降低，以pH=3時的K/S值最高，酸性有利于姜黃色素上染柞蠶絲。直接染色時，不同pH值下，染色試樣的K/S曲線形態及最大吸收波長未發生變化，表明pH值對織物的色調無影響，得色均為較鮮艷的黃色。媒染劑對染色試樣的色深值及顏色值有顯著影響，與無媒染色相比較，媒染試樣的最大吸收波長均發生變化，且媒染時不同pH值下染色試樣的最大波長也不同，這表明媒染劑在影響色深值的同時，還對試樣的色調產生影響。3種媒染劑染色后，K/S值均明顯高于直接染色樣品。這是因為姜黃色素中含有羥基，它可以與媒染劑中的金屬離子及柞蠶絲纖維之間形成配位鍵，提高了染料的上染強度及上染率。3種媒染劑比較，硫酸亞鐵媒染對色調的影響較大，硫酸鋁及硫酸鋅媒染對色調影響相對較小。

2.6　牢度特性

實驗測試了當染色pH=3，溫度70 ℃，時間50 min，3種媒染劑染樣及直接染色樣品的染色牢度，結果見表2。

表2　姜黃染色柞蠶絲織物的色牢度

表2表明，姜黃染料染色柞蠶絲綢染色牢度較低，經媒染后所測各項牢度有所提高。摩擦牢度提高到3級以上，皂洗色牢度以硫酸鋁及硫酸亞鐵較好，可達到3級。但是耐光色牢度仍然不佳，這一點可能與天然的姜黃素的分子結構有關[7]，預測可以通過進一步的固色處理或對色素結構進行一定的改性等方法進行改進，將在后續工作中研究。

2.7　染色柞蠶絲的抗菌性能

鑒于姜黃素具有很好的抗菌性能，實驗測試了染色柞蠶絲對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能，結果見表3。

表3　染色柞蠶絲織物的抗菌活性

表3可知，空白試樣無抗菌活性，經姜黃染料染色后，試樣均顯示出明顯抗菌活性，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均高于70%，按GB/T 20944.3—2008，該染色柞蠶絲符合抗菌紡織品的要求。

2.8　抗紫外性能

姜黃色素具有紫外線吸收的性能，實樣測試了染色前后柞蠶絲織物的紫外透射光譜及UPF指數，結果見圖5。

圖5　柞蠶絲織物的紫外透射光譜及UPF指數

圖5可以看出，未染色柞蠶絲紫外線透過率高，經姜黃染色后，其紫外線透射率顯著降低，由原來的紫外線透射率10%以上降低到2%以下。測試結果表明，未染色的柞蠶絲織物的UPF值為10，姜黃染色后其UPF值顯著提升，其中硫酸亞鐵媒染試樣的UPF值最高為185，顯示了極佳的紫外線防護性能。這是因為柞蠶絲纖維吸附了具有良好紫外線吸收性能的姜黃染料的結果。

3　結　論

a) 姜黃染料對柞蠶絲具有良好的上染性能，其適宜的染色工藝參數為：溫度70 ℃，時間50 min，pH值為3。

b) 所試用3種媒染劑會對柞蠶絲織物的色澤及得色深度產生較大影響，與直接染色比較，媒染后織物K/S值提高，顏色發生變化；姜黃染色柞蠶絲的色牢度一般，經硫酸鋁及硫酸亞鐵媒染后染色牢度得以改善，但耐日曬牢度提升有限。

c) 經姜黃染料染色后，柞蠶絲織物具有明顯的抗菌活性，織物的紫外線防護性能提高，UPF值最高達到185，姜黃適于作為柞蠶絲的天然染料及抗

菌、抗紫外線功能整理劑。