綠茶染料對殼聚糖預處理羊毛織物的染色及其性能

胡 蝶

(江西服裝學院，江西 南昌 330201)

殼聚糖因具有良好的生物相容性、抗菌性及安全性而被廣泛應用在紡織染整領域[1-3]，其在不損壞織物結構的情況下不僅可有效提高面料的染色效果和功能，還可大量減少合成印染助劑的使用，從而有效降低印染過程對環(huán)境造成的污染[4-5]。因此，殼聚糖在紡織染整行業(yè)具有較為廣泛的應用[6]。近幾年，隨著綠色消費理念的不斷深入人心，植物染料因綠色環(huán)保且來源廣泛重新獲得紡織印染行業(yè)的青睞[7-8]。茶葉作為植物染料的重要來源之一，在我國印染領域中的應用具有非常久遠的歷史[9]。除此之外，茶葉染色紡織品還具有豐富的文化內涵、強烈的藝術魅力及質樸素雅的色彩[10]。但是，茶葉染色也存在染色深度較淺且染色牢度較弱的問題[11]。而采用殼聚糖進行織物預處后可以有效提高其對染料的吸收率，并賦予織物多種功能[12-13]。

本文選擇羊毛織物為試樣，將殼聚糖與綠茶提取物天然染料進行聯合染色，分析其染色效果的變化、抗菌、抗氧化及防紫外的功能處理效果，為開發(fā)綠色印染及復合功能的羊毛產品提供實踐參考。

1 試 驗

1.1 試驗材料

羊毛機織物(經紗線密度16.7 tex×2，經紗密度：300根/(10 cm)；緯紗線密度33.4 tex，緯紗密度285根/(10 cm)，面密度275 g/m2)，殼聚糖(西安優(yōu)碩生物科技有限公司)、綠茶染料(常州美勝生物材料有限公司)、醋酸、檸檬酸、無水乙醇、大豆蛋白胨和酵母浸粉(山東玉寶生物科技有限公司)。菌種：金黃色葡萄球菌和大腸桿菌(上海生物研究院有限公司)。

1.2 染色過程

染色前處理：將一定質量的殼聚糖加入到30 g/L的醋酸溶液中進行溶解制成濃度為1.0%、1.5%和2.0%(owf)殼聚糖整理液。染色前處理的浴比1∶20，羊毛織物采用兩浸兩軋工藝處理后在烘箱中烘干備用。染色工藝：羊毛織物經過殼聚糖處理后在浴比1∶40，綠茶染料用量為8.5%(owf)，染浴溫度90 ℃下染色1 h。染色實驗結束后將織物用去離子水清洗干凈室溫陰涼干燥，試樣分別編號2#、3#和4#。除此之外，取同樣質量的羊毛織物在相同染色條件下直接上染綠茶染料作為對照試驗，染色織物編號為1#。

1.3 測試內容

1.3.1 SEM分析

采用SU5000型掃描電子顯微鏡(日本日立公司)分析殼聚糖預處理前、后羊毛纖維的微觀變化。

1.3.2 染色效果的評價

采用Color-Eye 7000A型電腦測配色系統(美國X-Rite公司)測定染色指標L*、a*、b*、c*、ho和K/S值，其中L*是明度，數值越大染色越亮；a*是紅綠軸，正數表示染色偏紅色，負數表示染色偏綠色；b*是黃藍軸，正數表示染色偏黃色，負數表示染色偏藍色；c*是飽和度，數值越大則染色越純正，色澤越鮮艷；ho表示色相，主要區(qū)別顏色種類；K/S值為染色深度，該值越大表示顏色越深。耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度分別參照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》 和GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測試。

1.3.3 抗菌性分析

羊毛面料抗菌效果測試參照AATCC 100—2012 《抗菌紡織品的評價方法》進行，其參考指標為抑菌率P，具體計算見式(1)。

(1)

式中：A為“0”接觸時間抗菌處理樣的細菌數；B為接種定時培養(yǎng)之后抗菌處理樣的細菌數。

1.3.4 抗氧化性評價

采用DPPH自由基清除試驗進行羊毛織物的抗氧化性能評價[14-15]。首先用無水乙醇配制0.15 mmol/L的DPPH 醇溶液，將137.5 mg織物原樣及其經過直接染色和采用殼聚糖預處理再染色后的試樣分別放入40 mL DPPH 醇溶液中避光反應30 min，然后用Alpha1900型紫外分光度計(上海譜元儀器有限公司)在517 nm處測定織物的吸光度H樣品，及羊毛織物原樣的吸光度H空白通過式(2)計算DPPH自由基清除效率AA。

(2)

1.3.5 防紫外分析

利用YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)參照GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》進行織物防紫外效果評價，其中規(guī)定當樣品的防護指數UPF>40且透光率T(UVA和UVB)<5% 時可被稱為防紫外線產品[16-17]，其中UVA和UVB分別為長波紫外區(qū)和中波紫外區(qū)。

2 試驗結果與分析

2.1 染色效果分析

表1 羊毛織物上染綠茶染料的特征值

圖1 羊毛經殼聚糖預處理前、后的SEM照片

圖2 羊毛織物試樣的上染百分率

2.2 抗菌效果分析

羊毛織物采用1.2節(jié)工藝染色后的抗菌效果見圖3。可以看出織物經過直接染色后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為85.4%和83.7%，具有一定的抑菌效果。羊毛織物經過殼聚糖預處理后再進行染色，其抑菌效果得到了明顯提升，尤其是預處理液中殼聚糖用量為2%(owf)時，染色織物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別上達到了99.2%和97.7%。這是因為綠茶中有一定含量的兒茶素，該物質大分子上具有的鄰位酚羥基很容易分別與細菌細胞壁上的肽聚糖和細胞膜上的蛋白質分子中的肽基、氨基或羧基等通過氫鍵結合，然后，兒茶素利用苯環(huán)結構進一步與蛋白質分子發(fā)生疏水結合導致肽聚糖和蛋白質變性而實現抑菌的效果。羊毛織物因殼聚糖預處理后可以上染更多的綠茶染料，所以出現了更好的抑菌殺菌作用。與此同時，殼聚糖本身也具有一定的抑菌作用，其與綠茶染料結合可以實現協同抑菌的效果。

圖3 羊毛織物染色后的抑菌率

2.3 抗氧化效果分析

用DPPH法測定羊毛織物原樣(對照樣)、直接上染綠茶染料羊毛織物和殼聚糖預處理后再染色羊毛織物的抗氧化活性，其中對照試樣編號為0#，測試結果見圖4。

圖4 羊毛織物染色后的自由基清除效率

由圖4可知：羊毛織物原樣對于自由基DPPH的清除效率僅為28.3%，基本不具有抗氧化性。羊毛織物采用直接上染綠茶染料后，其抗氧化性得到了明顯提升。這是因為綠茶染料中的兒茶素大分子結構中含有的部分酚羥基可以作為供電基用于捕獲 DPPH 自由基而起到抗氧化作用。而羊毛織物經過不同濃度的殼聚糖處理后，其對綠茶染料的上染百分率得到了一定程度的提高，這樣織物可以提供更多的兒茶素用于捕獲 DPPH。所以，羊毛染色織物的抗氧化性能隨著預處理液中殼聚糖濃度的增加而不斷增強。

2.4 防紫外效果分析

羊毛織物直接染色和殼聚糖預處理后采用綠茶染料染色，其防紫外線性能見表2。

表2 羊毛織物直接上染石榴皮色素后的防紫外性能

由表2可知：羊毛織物原樣基本不具有防紫外效果，其經過直接上染綠茶染料后防紫外效果明顯提升，這是因為綠茶染料中含有包括兒茶素在內的多種黃烷醇類化合物，這些物質在紫外線光區(qū)范圍內都有特征吸收峰出現，所以可以吸收紫外線中的能量而體現出一定程度的防紫外能力。羊毛織物經過殼聚糖預處理后因可以吸附更多的色素而呈現出了更好的防紫外效果。所以，當羊毛織物選用2%(owf)的殼聚糖處理后再上染綠茶染料，其平均透過率T(UVA)、T(UVB)和紫外線防護指數UPF值分別為2.16%、1.01%和84.52，織物的防紫外能力得到了大幅提升。

3 結束語

羊毛織物利用殼聚糖溶液進行預處理后，通過SEM可以看到纖維表面具有不同程度的殼聚糖附著。預處理后的羊毛織物利用殼聚糖在染液中呈現正電荷而通過靜電吸附作用上染更多的綠茶染料，所以，染色深度及染色牢度隨著預處理液中殼聚糖濃度的增加而不斷增強。與此同時，預處理后的羊毛染色織物在抗菌、抗氧化及防紫外方面也體現出更好的效果。這說明殼聚糖預處理可以有效提升羊毛織物上染綠茶染料及功能整理的效果，但是功能化后的羊毛織物在使用過程中需要進行洗滌，而天然殼聚糖與羊毛織物表面的相互作用較弱會影響其功能整理效果的耐久性，因此，針對殼聚糖進行改性或開發(fā)交聯劑用于提高織物—殼聚糖—色素的耐久性將是未來研究的重要內容之一。