草花梨木色素的提取及其對棉織物染色的方法比較

朱莉娜，龐 蕾，鄒 蒙

（德州學院紡織服裝學院，山東德州253023）

植物染料越來越受到人們的關注，重新得到重視，國內研究者日益增多，已經有許多企業將植物染料應用于紡織品、服裝、家紡等領域。［1］植物染料直接取自大自然，本身結構的形成是自然生長的結果，對人體沒有化學損害。而且植物染料所采用的原料均是經過嚴格篩選，不僅無毒無害，以中藥材作為原料的植物染料還具有醫療和保健作用。另外，植物染料的生產過程實質上就是色素的提取過程，會留下一定量的殘渣，將其經過處理可作為優質肥料。［2］

植物染料主要是提取樹皮、根、果實、莖等部分的色素進行染色。從染色工藝來看，有些天然植物色素在水中有較好的溶解性，染料可直接固著在織物上；而有些植物色素需要用媒染劑與之絡合，從而使其固著在織物上；還有一些植物色素不溶于水，須利用其對酸、堿溶液的溶解度不同而固著在纖維上。［3］由此可見，不同植物染料的性質差異較大，而同種植物染料的性質也有一定的差異。［4］

草花梨木有很高的藥用價值，木屑泡水可降血壓、血脂；用木屑填充做枕頭更有舒筋活血之功效，尤其適合老年人使用；制成的家具（如床榻、椅凳）對睡眠和養神有益，草花梨木地板特有的自然醇香對人體腦神經系統有良好的調節作用。［5］草花梨木在植物染料原料中價格居中，使得利用草花梨木色素染色織物具有了現實意義。

1 實驗

1.1 材料

棉織物，貼襯專用絲織物和棉織物；乙醇、硫酸銅、硫酸鋁鉀（均為分析純），草花梨木。

1.2 儀器

電子天平AR2130［奧豪斯國際貿易（上海）有限公司］，NB-QXJ-22.5D數控型超聲波清洗儀器，UV-2450型紫外可見分光光度計（日本島津公司），SW-8A型耐洗色牢度試驗機，Y571W紡織品摩擦色牢度儀，BZGY908標準光源箱。

1.3 色素提取

1.3.1 草花梨木預處理

取草花梨木原料，磨碎備用。

1.3.2 超聲波提取法

稱取干燥粉碎的草花梨木，在乙醇用量0%～80%，超聲功率200～400 W，溫度40～60℃、料液比1∶5～1∶25的條件下進行提取，保溫20～60 min后將提取液冷卻過濾待用。

1.4 染色方法

1.4.1 直接染色

配制草花梨木染液，調節超聲功率為200～400 W，浴比為1∶20～1∶60，在室溫下將棉織物放入染液中，染色溫度為30～60℃，保溫20～60 min后降溫、水洗、晾干。

1.4.2 媒染染色［6］

預媒染色：先將棉織物放入含有媒染劑的溶液中，在一定溫度下處理一定時間，取出布樣再放入草花梨木染液中，按照優化的直接染色工藝進行染色，降溫、水洗、晾干。

同浴媒染：將棉織物放入含有媒染劑和草花梨木的染液中，按照優化的直接染色工藝進行染色，降溫、水洗、晾干。

后媒染色：先將棉織物投入草花梨木染液中，按照優化的直接染色工藝進行染色，取出后放入含媒染劑的溶液中，在一定溫度下處理一定時間，降溫、水洗、晾干。

1.5 測試

上染率：利用紫外可見分光光度計測試吸光度，按下式計算上染率：

其中，A1為殘液吸光度；A0為原液吸光度；C1為殘液稀釋倍數；C0為原液稀釋倍數。

耐皂洗色牢度：按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗耐皂洗色牢度》測定。

耐摩擦色牢度：按GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗耐摩擦色牢度》測定。

2 結果與討論

2.1 草花梨木提取工藝優化

2.1.1 提取方法

選用兩種不同的提取方法（浸提法和超聲波提取法）提取草花梨木色素。在相同波長下，利用超聲波提取法提取的草花梨木色素染液吸光度更高。超聲波提取法克服了浸提法提取時間長、能耗大、提取效率低等問題。［7］因此，選用超聲波提取法對草花梨木色素進行提取。

2.1.2 提取劑

以乙醇作為提取劑提取草花梨木色素，提取液的最大吸收波長為269 nm；乙醇毒性低，符合綠色健康理念的要求。因此，選用乙醇作為提取劑，以269 nm處的吸光度判斷提取效果。

2.1.3 提取時間

由圖1可以看出，隨著提取時間的延長，草花梨木提取液的吸光度呈現W形狀，在40 min達到峰值。這是因為在足夠的時間下，草花梨木的色素分子充分析出，時間過長色素分子遭到破壞，所以提取時間選擇40 min。

圖1 提取時間對草花梨木提取液吸光度的影響

2.1.4 提取溫度

由圖2可知，隨著提取溫度的升高，草花梨木提取液的吸光度先降低后升高，在40℃達到峰值。這是因為溫度升高在一定程度上降低了分子的附著率，溫度過高又重新附著；但由于草花梨木色素在高溫下提取對所含成分有一定的影響。所以，溫度選用40℃較為合適。

圖2 提取溫度對草花梨木提取液吸光度的影響

2.1.5 超聲功率

由圖3可知，隨著超聲波提取功率（超聲功率）的增大，草花梨木提取液吸光度呈波浪形狀逐漸減小，在200 W達到最大值。由于超聲波的空化作用，吸光度大體呈下降趨勢，但不同超聲功率對色素分子及其附著率的影響也不同。

圖3 超聲功率對草花梨木提取液吸光度的影響

2.1.6 乙醇用量

乙醇用量對草花梨木提取液吸光度的影響如圖4所示。

圖4 乙醇用量對草花梨木提取液吸光度的影響

從圖4中可以看出，隨著乙醇用量的升高，草花梨木提取液的吸光度呈現先上升后下降的趨勢，在乙醇用量為40%時達到峰值。這是由于過高的乙醇用量會在一定程度上抑制細胞液的流出和對細胞壁的破壞，不利于吸光度的提高。因此，乙醇用量選擇40%比較合適。

2.1.7 料液比

由圖5可知，隨著料液比的減小，吸光度逐漸下降。由于料液比1∶5的提取液已經很少，若再減小料液比，會出現提取液不能浸沒材料的現象，因此，料液比選用1∶5。

圖5 料液比對草花梨木提取液吸光度的影響

2.2 棉織物超聲波直接染色工藝優化

2.2.1 染色溫度

由圖6可以看出，隨著染色溫度的升高，染色棉織物的上染率先下降后升高再下降，最優染色溫度為30℃。在最優數值后下降是因為超聲波染色屬于低溫染色，當溫度過高時，染料分子在超聲波與高溫的雙重作用下加速水解，導致上染率降低。因此，染色溫度選擇30℃比較合適。

圖6 染色溫度對染色效果的影響

2.2.2 染色時間

由圖7可知，隨著染色時間的延長，染色棉織物的上染率先上升再下降再上升，呈波浪形，在40 min時達到峰值。因為適當延長染色時間會使色素分子分解，降低了對棉織物的附著率；時間過長又使大量色素分子重新附著。從提高上染率與節約能源角度考慮，選用40 min比較合適。

圖7 染色時間對染色效果的影響

2.2.3 浴比

由圖8可知，隨著浴比的減小，染色棉織物的上染率先下降后上升再下降，在1∶20時上染率最高。因此浴比選擇1∶20比較合適。

圖8 浴比對染色效果的影響

2.2.4 超聲功率

由圖9可知，隨著超聲功率的增大，染色棉織物的上染率先下降后上升再下降，在350 W時上染率最高。這是由于超聲功率過大，較強的空化作用破壞了色素成分。因此，超聲功率選擇350 W。

圖9 超聲功率對染色效果的影響

2.2.5 正交實驗

由表1可以看出，對草花梨木染液直接染色棉織物的上染率影響由大到小依次為：染色溫度、超聲功率、染色時間、浴比。綜合分析正交實驗和單因素實驗結果得到草花梨木染料直接染色棉織物的優化工藝條件為：染色溫度35℃、染色時間40 min、超聲功率350 W、浴比1∶20。

表1 染色工藝L9（34）正交實驗表

2.3 染色效果

由表2可知，媒染劑媒染后棉織物的上染率都有所提高。硫酸銅和硫酸鋁鉀的預媒染效果好于后媒染和同浴媒染；硫酸銅預媒染對上染率的提高效果最大。優化的媒染工藝為硫酸銅預媒染。

表2 草花梨木色素對棉織物的染色效果

在洗衣粉的洗滌作用下，硫酸銅媒染棉織物的穩定性比硫酸鋁鉀媒染棉織物差，容易褪色。不同媒染劑和媒染方式對染色棉織物耐摩擦、耐皂洗色牢度的影響效果不同，或改善或降低。

3 結論

（1）草花梨木色素優化提取工藝：提取溫度40℃，提取時間40 min，料液比1∶5，乙醇用量40%，超聲功率200 W。

（2）草花梨木染料對棉織物直接染色的優化工藝：染色溫度30℃，染色時間40 min，超聲功率350 W，浴比1∶20。

（3）不同媒染劑和媒染方式得到的染色棉織物效果差異很大；媒染優化工藝為硫酸銅預媒染。