黃連素對棉織物的染色工藝與功能整理

吳國輝

（江西服裝學院，江西南昌 330201）

化學染料也被稱為合成染料、人工染料，可以根據染色對象適當調整配比，以保證染色織物具有良好的耐皂洗、耐日曬、耐汗漬色牢度，在靈活性與制備成本上具有很大的優勢；但化學染料的制備與使用造成了大量的廢水、廢氣等，給環境帶來很大的安全隱患。在國家大力提倡可持續發展與保護環境的背景下，適宜采取污染小、環境友好的植物染料染色［1-2］。植物染料大多從含有色素植物的葉、莖、皮、根、花等部分中提取，依據染色機理，常將植物染料分為直接型、還原型、媒染型與陽離子型［3］。植物染料不僅對人體皮膚刺激性較小，還具有較強的藥用價值［4］。本實驗從黃連中提取色素對棉織物進行染色，探討黃連素對棉織物染色與抗菌整理的可行性。

1 實驗

1.1 材料與儀器

織物：平紋機織棉（實驗室自織，經緯紗線均為18.2 tex，經紗密度為360 根/10 cm，緯紗密度為320根/10 cm）；試劑：黃連（購于藥店），L（+）-酒石酸、碳酸鈉（分析純）（國藥集團化學試劑有限公司），平平加O（上海森斐化學品有限公司），氯化鈉（連云港冠蘇實業有限公司），大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎桿菌（大連醫學院）。

儀器：PTT-A+200 電子天平（1/1 000，常州市亨托電子衡器有限公司），Datacolor 600 測色配色儀（美國德塔公司），SW-24A 型耐洗色牢度試驗機（溫州際高檢測儀器有限公司），DHG-9023A 實驗室用小型烘箱（北京北方利輝試驗儀器設備有限公司），SHZ-CD全不銹鋼五抽頭循環水真空泵（上海科升儀器有限公司），UV757CRT 紫外可見分光光度計（上海精密科學儀器有限公司），WD-062B 標準光源箱（萬達科技儀器股份有限公司），UV-2000F 型紫外線透過率分析儀（美國藍菲光學有限公司），DHP-9012B 電熱恒溫培養箱（上海一恒科學儀器有限公司）。

1.2 棉織物預處理

用2 g/L 碳酸鈉與2 g/L 平平加O 溶液在60 ℃恒溫水浴中浸泡30 min，洗滌干凈，105 ℃烘干。

1.3 黃連素的提取、染色

參照文獻［5］提取黃連素：稱取黃連80 g，粉碎成末溶于800 mL 蒸餾水中，快速加熱至沸騰，并持續60 min 后過濾；抽取濾液，濾渣再次提取，反復3 次；將提取的黃連素濾液混合，真空濃縮至固體黃連素（分子結構式如下）。將固體黃連素配制成溶液，利用浸染法上染棉織物，浴比1∶35，升溫速率20 ℃/min，染色時間60 min。

1.4 測試

吸附量：利用紫外可見分光光度計分別測試棉織物染色前后染液的吸光度（A0、A1），計算上染率（α）；根據上染率、染色前染液質量濃度（ρ0）、染液體積（V）與棉織物干燥狀態下的質量（m）計算棉織物上的染料吸附量。重復5次取平均值。

K/S值：參照GB/T 8424.1—2001《紡織品 色牢度試驗表面顏色的測定通則》，利用測色配色儀在D65光源、10°觀察角下測試，測5個不同試樣，取平均值。

抗紫外線性能：參照AS/NZS 4399：1996《日光防護服評定和分級》，利用紫外線透過率分析儀測定。

抗菌性能：參照GB 18401—2003《國家紡織產品基本安全技術規范》、FZ/T 01021—1992《織物抗菌性能試驗方法》與文獻［4］測試；參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行洗滌后再次測試。

2 結果與討論

2.1 染色工藝優化

2.1.1 染料用量

由圖1 可知，棉織物的K/S值與染料吸附量隨黃連素用量的增加而升高，當用量高于2%時增幅減緩。由此可知，黃連素的優化用量為2%。

圖1 黃連素用量對上染性能的影響

2.1.2 染色溫度

由圖2可知，隨著溫度的升高，棉織物的K/S值不斷增大，并在70 ℃達到峰值后逐漸降低；染料吸附量增加，這是由于溫度升高提高了黃連素的擴散效率與溶解度，同時纖維溶脹程度增加，染料吸附位點增多，上染率也隨之增大。觀察K/S值與染料吸附量曲線可知，兩者的變化幅度較小，尤其是染料吸附量變化幅度在0.05 g/kg 以內。由此可知，溫度對黃連素上染棉織物的影響較小，考慮到染色均勻性，黃連素對棉織物的染色溫度選擇70 ℃。

圖2 染色溫度對黃連素上染性能的影響

2.1.3 pH

由圖3 可知，隨著黃連素染液pH 的增大，棉織物的K/S值和染料吸附量均呈現上升趨勢。這是由于：（1）黃連雖含有多種生物堿，但能作為染料使用的僅有小檗堿（即黃連素），為陽離子型色素，歸屬于水溶性較好的季銨類生物堿［6］。pH 增大會使色素中的醚基電離，即羥基數量增加，色素溶解性提高，從而使色素擴散性增強，上染率提高；但色素溶解性過度增大即色素帶電性能增大，又會導致染色棉織物電位過度降低，即染料不容易吸附在基質上，所以上染率下降。（2）pH 增大促進了棉織物表面羧基等基團的電離，表面電荷增加，促進了黃色素的吸附，提高了染色棉織物的K/S值。由此可見，pH 增大有助于黃連素對棉織物的上染，但當pH 超過8 時，棉織物K/S值與染料吸附量增幅減小，而染液堿性過大會造成染色成本提高、環境污染加劇，綜合考慮，黃連素對棉織物上染pH 為8時相對最佳。

圖3 pH 對黃連素上染性能的影響

2.2 抗紫外線性能

由圖4 可知，在345、426 nm 處較為明顯的紫外與可見光吸收峰驗證了黃連素中芳香環和異喹啉環的存在，進一步確認了對棉織物起上染作用的色素為小檗堿；與此同時也證實了黃連素自身具有吸收紫外線的性能。

圖4 黃連素的吸收光譜曲線

由圖5 可知，隨著黃連素用量的增加，染色棉織物的UPF 值增大，UVA 透射率降低；當用量高于1.5%時，UPF 值與UVA 透射率變化幅度減小并趨于穩定。依據AS/NZS 4399：1996，當UPF 值高于30、UVA 透射率低于5%時，即可認為該服裝具有抗紫外線性能，由此可知，黃連素整理棉織物具有良好的抗紫外線性能。結合優化染色工藝可知，利用黃連素對棉織物進行抗紫外線整理的用量可以控制在1.5%～2.0%。

圖5 黃連素用量對棉織物抗紫外線性能的影響

2.3 抗菌性能

由圖6 可知，黃連素整理棉織物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌與肺炎桿菌均具有一定的抗菌性，未洗滌時，整理棉織物對大腸桿菌與肺炎桿菌的抗菌率高于67%，洗滌5 次后仍保持50%左右的抗菌率，在洗滌10 次后，對3 種菌的抗菌率也高于20%。黃連素的抗菌性源于生物堿，合理提高黃連素與棉織物的結合力有利于提升織物的抗菌功能。

圖6 洗滌次數對黃連素整理棉織物抗菌性能的影響

3 結論

黃連素對棉織物染色的優化工藝：pH 8，染色溫度70 ℃，染料用量2%(omf)。黃連素整理棉織物具有良好的抗紫外線與抗菌性能，黃連素對棉織物進行抗紫外線整理的用量宜控制在1.5%～2.0%，5 次洗滌后對大腸桿菌與肺炎桿菌的抗菌率仍約為50%。