黑米提取液對桑蠶絲織物的染色性能研究

于學智，姜洪武，張月，王秋蘭

（1.遼東學院服裝與紡織學院，遼寧丹東118003；2.遼東學院化學工程學院，遼寧丹東118003）

天然染料是從植物、動物或礦物中提取的，很少或沒有經過化學加工的染料，一般對人體無毒、無害，同時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[1-3]。黑米染料是黑米殼及種皮中含有的天然紅色素，主要成分為黃酮類化合物中的花色苷類物質，主要是矢車菊素和芍藥素[4-6]。花青素是一種廣泛應用的天然色素，除著色功能外，還具有一定的抗氧化、抑菌功效[7-8]。目前，花青素作為食品、飲料天然色素已得到廣泛應用，作為紡織品的天然染料亦有研究報道，例如宋墩墩等[9]研究了紅米紅色素對錦綸及桑蠶絲的染色性能，賈艷梅[10]研究了媒染劑對黑米色素冷軋堆法染色柞蠶絲的影響。本實驗研究黑米提取液對桑蠶絲的染色性能，探討各工藝因素（溫度、時間、pH及媒染劑）對染色性能的影響，并對染色牢度及染色試樣的抗紫外線性能進行了測試。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：桑蠶絲煉白綢、黑米（市售）。

藥品：濃硫酸、冰醋酸、檸檬酸、硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵（均為分析純），中性皂粉（市售）。

儀器：HH-恒溫水浴鍋（鞏義予華儀器廠），T6紫外-可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司），HL型染色小樣機（靖江市海瀾裝備廠），Y-571B耐摩擦色牢度測試儀、SW-12A耐水洗色牢度測試儀（溫州大榮紡織儀器公司），X-rite Color-Eye 7000A電腦測色配色儀（美國X-Rite公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 提取黑米染料

黑米用清水沖洗，取50 g浸泡于1 L蒸餾水中，于60～70℃恒溫浸提2 h，提取液過濾后定容至1 L，作為染液備用。

1.2.2 染色工藝

直接染色：將桑蠶絲織物2 g浸入到100 mL染液中（浴比1∶50），40℃入染，分別在不同溫度、時間、pH條件下進行染色，染色試樣進行水洗、皂洗、水洗、晾干。

媒染染色：采用后媒染色工藝，硫酸鋁及硫酸亞鐵作為媒染劑。將直接染色試樣取出后放入含媒染劑2 g/L的媒浴中，于50℃處理30 min，然后試樣進行水洗、皂洗、水洗、晾干。

1.3 測試

紫外-可見光譜：取黑米提取液5 mL，用蒸餾水稀釋一定倍數，采用紫外-可見分光光度計在200～700 nm波長范圍內掃描，以蒸餾水作為空白樣。對提取液及添加硫酸亞鐵或硫酸鋁的染料溶液進行光譜掃描，媒染劑在溶液中的質量濃度為1 g/L。

顏色：將每塊織物折疊4層，用測色配色儀測定，記錄每個波長下的K/S值，測定3次，取平均值；L、a、b色坐標，織物折疊4層，測定3次，取平均值。

耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度：分別依據GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》及GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測定。

2 結果與討論

2.1 影響染色性能的因素

2.1.1 染浴pH及染色用酸

圖1表明，加入3種酸調節染浴pH=4.0～5.5時，染色試樣的K/S值均高于提取原液（pH≈7）染色試樣。對于不同種類的酸度調節劑，以冰醋酸染色試樣得色最深濃，濃硫酸染色試樣得色最淡，檸檬酸染色試樣介于二者之間。對于同一種染色用酸，pH=4時染色試樣的K/S值最高，pH=5.5時次之，pH=7時最低。適宜的染色用酸是冰醋酸，染浴pH=4。

圖1 染色用酸及pH對染色K/S值的影響

2.1.2 染色溫度及時間

染色溫度及時間對試樣K/S值的影響見圖2。

圖2 染色溫度及時間對試樣K/S值的影響

從圖2可以看出，當染色時間相同時，染色試樣的K/S值隨染色溫度升高而增大，以100℃染色時試樣的K/S值最高。原因可能是隨著溫度的升高，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部。在同一染色溫度下，隨染色時間延長，試樣的K/S值增大，尤其是染色初始階段，K/S值隨染色時間延長提高顯著。當染色時間達到80 min后，增幅趨緩，染色過程接近動態平衡。適宜的染色溫度為100℃，染色時間為80 min。

2.1.3 媒染劑

媒染劑及pH對染色織物色度值的影響見表1。

表1 媒染劑及pH對染色織物色度值的影響

由表1可以看出，在所有染色條件下，硫酸亞鐵和硫酸鋁媒染試樣的K/S值均較直接染色試樣提高，其中，硫酸亞鐵媒染試樣K/S值提高顯著，而硫酸鋁媒染試樣提高幅度不大。與直接染色試樣相比較，硫酸亞鐵媒染試樣的明度值均顯著降低，紅綠值a由正值變為負值，黃藍值b數值降低（或為負值），明度值L和艷度值C明顯降低，表明試樣色光由直接染色時的偏紅光、偏黃光變為偏綠光、偏藍光，色澤變暗，顏色由直接染色的紅棕色變為濃淡不一的灰色。與硫酸亞鐵媒染試樣類似，經硫酸鋁媒染后，試樣的明度值L下降，艷度值C減小，紅綠值a降低，黃藍值b變為負值，試樣色調為葡萄灰色。媒染劑對試樣色澤的影響是因為黑米花青素具有與金屬離子絡合的性質，媒染劑分子與黑米染料以及蠶絲分子之間形成了配位鍵，染料-金屬離子配合物的色澤不同于黑米色素自身的顏色，致使媒染試樣的色調與直接染色試樣不同。圖3為添加媒染劑前后黑米提取液的紫外-可見吸收光譜，可以看出媒染劑對黑米染料光譜形態的顯著影響以及可能引起的色素顏色變化。

圖3 不同條件下黑米提取液的紫外-可見光譜

pH對媒染試樣K/S值的影響與直接染色類似，以pH=4.0時色深值最高，黑米提取原液（pH≈7）色深值最低。經媒染處理后，染色用酸的種類影響不大，不同pH下媒染試樣的K/S值較為接近。綜上分析，pH=4.0、硫酸亞鐵作為媒染劑時，織物的K/S值最高。

2.2 染色牢度及抗紫外線性能

由表2可以看出，直接染色試樣的色牢度不高，體現在耐皂洗變色牢度低和耐濕摩擦色牢度較低，還不能完全滿足服飾用品牢度需求。經媒染處理后，試樣的耐皂洗褪色、沾色及耐摩擦色牢度均明顯提高，各項色牢度達3級以上。媒染劑在花青素分子和蠶絲纖維之間形成配位鍵，改善了染料與纖維的結合牢度，使耐皂洗色牢度和耐濕摩擦色牢度得到提高。染色桑蠶絲織物的耐日曬色牢度均較差，媒染試樣較直接染色試樣有所提高，但幅度不大。

由表2可知，黑米染料染色的桑蠶絲織物具有一定的紫外線防護性能，染色前試樣的紫外線透射率分別為13.56%（TUVA）和9.65%（TUVB），UPF值為6.87，經黑米染料染色后，其UPF指數提高，尤其以硫酸亞鐵媒染試樣最高（為37）。染色試樣具有紫外線防護性能，是因為黑米花青素具有紫外線吸收性能，媒染試樣借助媒染劑在染料及蠶絲纖維分子間形成了配位鍵，使得蠶絲纖維上固著的染料量增多，因而媒染試樣較直接染色試樣有更好的抗紫外線性能。

表2 染色牢度及抗紫外性能測試結果

3 結論

（1）黑米提取液直接上染桑蠶絲織物適宜的染色條件：冰醋酸調節pH=4，溫度100℃，時間80 min。

（2）硫酸亞鐵及硫酸鋁媒染均可以獲得較直接染色更高的染色深度，以硫酸亞鐵媒染得色量最高。媒染工藝中，酸性條件染色時各染色用酸及pH對染色K/S值的影響不顯著。

（3）媒染試樣的耐皂洗及耐摩擦色牢度達到3級以上，但耐日曬色牢度不佳。媒染試樣顯示出一定的紫外線防護性能。