蝶豆花染液的提取及其對棉織物的染色

鄒 蒙，朱莉娜

（德州學院紡織服裝學院，山東德州 253023）

植物染料是指利用自然界的花、草，樹木的莖、葉、果實、種子、皮、根提取有效色素作為染料［1-2］。其工藝應用無毒無害，具有特殊的保健抗菌作用，是古代染料的主流［3］。隨著人類文明程度日益提高，越來越多人追求簡單自然、綠色環保的生活方式，對于印染行業來說，植物染料的開發應用具有很大的潛力。蝶豆花又稱藍蝴蝶，含有天然花青素，屬于類黃酮類染料［4］，晾干后泡水，水呈藍色，加入檸檬汁會變成紫色，常作為食用色素使用，少見紡織品染色。本研究以蝶豆花為染色原料，探究蝶豆花的提取工藝以及作為天然染料對棉織物的染色工藝條件，媒染可以提高染色棉織物的色牢度。對擴充植物染色色系、實現生態染色具有一定的理論價值與實踐意義［5］。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：純棉織物、絲襯、棉襯、蝶豆花（市售），無水乙醇、硫酸鋁鉀、磷酸二氫鈉二水合物、磷酸氫二鈉十二水合物（分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司），紡織品實驗專用皂片（上海市紡織工業技術監督所），氯化鈉（天津市致遠化學試劑有限公司），L-組氨酸鹽酸鹽（上海米恩檢測儀器有限公司），氫氧化鈉［國藥集團化學試劑（上海）有限公司］。

儀器：AR2130 電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司），PHS-3D 實驗室酸度計（金壇市恒豐儀器制造有限公司），恒溫水浴鍋（上海樹立儀器儀表有限公司），Datacolor AHIBA IR 染色機、Datacolor 200LAV測色配色儀［德塔顏色商貿（上海）有限公司］，紫外-可見分光光度計［島津儀器（蘇州）有限公司］，SW-8A 型耐洗試驗機（青島山紡儀器有限公司），Y571L型染色摩擦牢度儀、YG（B）631 型汗漬色牢度儀（溫州大榮紡織標準儀器廠），BZGY908 標準光源箱（南通三思機電科技有限公司）。

1.2 蝶豆花色素的提取

浸提法提取：稱取一定量的干燥蝶豆花，探究影響單因素料液比1∶10～1∶60、乙醇用量5%～80%、提取時間45～120 min、提取溫度40～90 ℃，測試最大吸收波長（268 nm）處的吸光度，獲取優化提取工藝。

1.3 蝶豆花提取液直接染色工藝

1.3.1 浸提法染色

按照優化提取工藝大量提取蝶豆花染液，測試在染色時間45～120 min、浴比1∶15～1∶65、染色溫度40～90 ℃條件下棉織物染色的K/S 值，獲取優化浸提法染色工藝。

1.3.2 紅外線法染色

按照優化提取工藝大量提取蝶豆花染液，測試在浴比1∶25～1∶65、轉速10～50 r/min、染色溫度90～110 ℃、染色時間30～70 min 條件下棉織物染色的K/S值，獲取優化紅外線法染色工藝。

1.4 蝶豆花提取液媒染工藝

1.4.1 預媒染

將純棉織物放入3 g/L 媒染劑溶液中，處理完后冷卻至室溫，拿出織物水沖（去除織物表面多余的媒染劑）、晾干（保證后續染色時固液比不變），再將織物放入蝶豆花提取液中，在最優條件下染色、冷卻、水洗、晾干備用。

1.4.2 同浴媒染

將3 g/L 媒染劑放入蝶豆花提取液內充分溶解，然后加入純棉織物，在最優條件下染色、冷卻、水洗、晾干備用。

1.4.3 后媒染

將純棉織物放入蝶豆花提取液內染色，再加入3 g/L 媒染劑，待媒染劑充分溶解后進行媒染、冷卻、水洗、晾干備用。

1.5 測試

K/S 值：考慮到植物染料上染率比較低，染液雜質比較多，用殘液吸光度評估上染百分率不夠準確，故采用表面得色深度（K/S 值）評估染料的上染性能［6］。耐皂洗色牢度：根據GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行測試。耐摩擦色牢度：根據GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測試。耐汗漬色牢度：根據GB/T 3922—2013《紡織品色牢度試驗耐汗漬色牢度》進行測試。

2 結果與討論

2.1 蝶豆花色素提取工藝優化

2.1.1 料液比

由圖1 可以看出，隨著料液比增大，吸光度呈下降趨勢。原因是隨著料液比增大，助提劑對色素的稀釋作用增強，色素濃度降低。同時，根據菲克第一定律，在單位時間內濃度變化梯度越大，擴散通量越大［7］。考慮到實際操作中助提劑加入量過少，可能在提取過程中被蒸發掉，得到的提取液過少，不易操作。因此料液比選取1∶10。

圖1 料液比對提取液吸光度的影響

2.1.2 乙醇用量

由圖2 可知，吸光度隨著乙醇用量的增加先升高后降低，在35%處達到峰值。乙醇是提取植物色素常用的親水性有機溶劑，能夠有效加快植物色素的析出與溶解，但乙醇用量過高會破壞色素的分子結構，影響提取效果。因此乙醇用量選取35%。

圖2 乙醇用量對提取液吸光度的影響

2.1.3 提取時間

由圖3 可知，105 min 時吸光度最大，隨著時間的繼續延長，吸光度有所下降。根據菲克第二定律預測，物質擴散導致濃度隨時間變化是一個拋物型偏微分方程。當物質擴散達到平衡狀態時，繼續長時間的作用會對提取液濃度的提高形成反作用，破壞色素已形成的飽和狀態。因此提取時間選取105 min。

圖3 提取時間對提取液吸光度的影響

2.1.4 提取溫度

由圖4 可知，吸光度隨著溫度的升高先升高后降低，80 ℃時達到峰值。在植物染色中，不同的植物對熱穩定性要求不同，蝶豆花含有天然花青素，不能夠在高溫條件下存活，因此提取溫度選擇80 ℃。

圖4 提取溫度對提取液吸光度的影響

2.2 浸提法染色工藝優化

2.2.1 染色浴比

由圖5 可知，K/S 值隨著浴比增加先增大后減小，在1∶25 處達到峰值，因為此時色素與織物的結合已達到平衡狀態，繼續增大染色浴比會影響色素在織物上的附著。因此染色浴比選取1∶25。

圖5 染色浴比對純棉織物K/S 值的影響

2.2.2 染色時間

由圖6 可以看出，K/S 值隨著染色時間的延長先增大后減小，在105 min 達到最大，此時色素在織物表面的擴散附著已達到飽和，繼續延長染色時間會破壞色素在織物表面的平衡，使色素進入織物內部或對色素結構造成破壞，從而降低K/S 值。因此染色時間選取105 min。

圖6 染色時間對純棉織物K/S 值的影響

2.2.3 染色溫度

由圖7 可以看出，80 ℃時K/S 值最大。一定加熱量能夠刺激色素分子的活性，單位時間內會有效附著于織物表面，持續高溫則會使色素分子慢慢喪失活性，蝶豆花中的天然花青素對溫度較為敏感，不適宜高溫染色。

圖7 染色溫度對純棉織物K/S 值的影響

2.3 紅外線法染色工藝優化

2.3.1 染色浴比

由圖8 可知，隨著染色浴比的增加，K/S 值先增大后減小，1∶55 時K/S 最大，此時色素分子與織物結合達到飽和狀態，繼續增加提取液用量會影響色素分子的活動范圍。因此染色浴比選取1∶55。

圖8 染色浴比對純棉織物K/S 值的影響

2.3.2 染色轉速

由圖9 可知，隨著轉速的加快，K/S 值呈先上升后下降的趨勢，在40 r/min 達到最大。攪拌有助于色素與織物的均勻結合，提高上染率，但轉速過快，在高溫下會破壞色素分子結構，不利于色素與織物的結合。因此染色轉速選取40 r/min。

圖9 染色轉速對純棉織物K/S 值的影響

2.3.3 染色溫度

染色溫度對純棉織物K/S值的影響見圖10。

圖10 染色溫度對純棉織物K/S 值的影響

由圖10 可知，K/S 值隨著染色溫度的升高逐漸下降，蝶豆花中的花青素不適宜在高溫條件下染色，高溫會破壞色素分子活性。因此染色溫度選取90 ℃。

2.3.4 染色時間

由圖11 可知，40 min 時K/S 值最大，繼續延長染色時間，K/S 值呈下降趨勢，這是因為在高溫和紅外線條件下，過長的染色時間對色素分子具有殺傷力，不利于色素與織物結合，故染色時間選取40 min。

2.4 紅外線法與浸提法直接染色對比

由表1 可知，紅外線法染色時間明顯縮短，但溫度難以控制，部分植物在高溫條件下不利于染色；浸提法是植物染色中較為傳統且常見的方法，染色耗時較長，控制變量少。蝶豆花含有花青素，對溫度較為敏感，所以不適合高溫。因此，以蝶豆花為原料進行染色，選用浸提法直接染色雖然控制時間較長，但控制變量少且操作簡便，染色后棉織物K/S值可觀。

表1 紅外線法與浸提法直接染色對比

2.5 染色效果

蝶豆花提取液對純棉織物的染色效果見表2。

表2 蝶豆花提取液對純棉織物的染色效果

由表2 可知，以明礬作為媒染劑對蝶豆花提取液染色純棉織物有一定的促染作用，后媒染的K/S 值最大，成色效果最好；染色純棉織物的耐摩擦色牢度最好，達到國家優級紡織品標準；耐皂洗、耐汗漬色牢度有待提高；蝶豆花染色對酸堿性較為敏感，耐酸不耐堿，在酸性條件下色牢度較穩定，在堿性條件下不穩定，仍需進一步改進染液在酸堿條件下的穩定性。

3 結論

（1）蝶豆花優化提取工藝：料液比1∶10，乙醇用量35%，80 ℃，105 min。

（2）隨著現代科技的進步，植物染色方法日益進步，蝶豆花可以作為天然植物染料對紡織品進行染色，浸提法更適合蝶豆花提取液染色純棉織物，優化染色工藝：浴比1∶25，80 ℃，105 min。

（3）以明礬為媒染劑對蝶豆花染色有一定的促染作用，后媒染效果最佳。

（4）蝶豆花提取液染色純棉織物的耐摩擦色牢度最好，符合國家優級品標準，耐皂洗、耐汗漬色牢度有待提高，在酸堿條件下的穩定性還需進一步實驗探究。