花生衣天然染料對亞麻織物染色性能研究

劉倩倩,田悅,邱振豪，李建紅,王梅珍,侯秀良

(1.江南大學 生態紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫 214122；2.廣東省東莞市德絨羊絨制品有限公司，廣東 東莞 523770；3.浙江紡織服裝職業技術學院，浙江 寧波 315000)

目前全球花生產量為4 229萬t[1]，花生衣作為副產物，每年在世界范圍內產生74萬t，通常被視為廢棄物[2]。花生衣主要成分是纖維素、脂肪、蛋白質、灰分和單寧及多種色素[3-5 ]，具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、抑制腫瘤及止血消腫之功效[6-7]。花生衣色素是從花生衣中提取的天然著色劑，主要成分為類黃酮物質[8]，對熱、光、金屬離子穩定，耐氧化、耐酸堿，染色性能好[9]，但其應用于染色麻織物的報道還未曾見到。本文采用60%乙醇提取花生衣色素，通過直接染色法和媒染法對亞麻織物染色，并對染色條件及染色性能進行研究，得到了較佳的染色效果。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

花生衣，購自江蘇南京養慶堂；無水乙醇、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀、氫氧化鈉、無水檸檬酸均為分析純；紡織品耐皂洗標準皂片，購自中國紡織科學研究院；純亞麻平紋織物(經、緯紗線密度28 tex×2，經密205根/10 cm，緯密228根/10 cm)。

EL602型電子天平；103B高速中藥粉碎機；HH-4數顯恒溫水浴鍋；Avanti J-E離心機；EL20型實驗室pH計；GZX-9140 MBE電熱鼓風干燥箱；Color-eye 7000A電腦測配色儀；SW-12AⅡ型耐洗色牢度實驗機；Y(B)571Ⅱ耐摩擦牢度儀；ATLAS-150S型日曬牢度儀；Nikon Ti-S熒光倒置顯微鏡；IR DYER瑞比紅外線染色機；YG020型電子強力機；YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀。

1.2 花生衣染料的提取

將花生衣在破壁機中粉碎成粉末狀，稱取花生衣粉末放入燒杯中，按料液比1∶30(質量比)加入60%乙醇溶液，在40 ℃恒溫水浴鍋中攪拌加熱提取60 min。進行離心，用中速定量濾紙抽濾，取上清液，加熱濃縮，冷卻后得到花生衣提取液。

1.3 花生衣染料對亞麻織物的染色

采用直接染色和預媒染法(鐵預媒染和鋁預媒染)對亞麻織物進行染色。直接染色pH=7，鐵預媒染pH=10，鋁預媒染pH=5。

1.3.1 直接染色法 亞麻織物1.88 g，浴比為1∶20， 染色時間為50 min，染色溫度80～120 ℃，染料用量2%～14%owf，染色后水洗、晾干。

1.3.2 預媒染色法 亞麻織物1.88 g，以3%owf硫酸亞鐵和6%owf硫酸鋁鉀為媒染劑對織物進行預媒染處理(80 ℃×30 min)，再將處理后的亞麻織物按直接染色方法進行染色。

1.4 染色亞麻織物表征

1.4.1 顏色特征值 將染色后的試樣置于標準條件[溫度(21±1) ℃，濕度(65±2)%]下平衡24 h后，采用Color Eye 7000A電腦測配色儀(光源D65，標準觀察者為10°視角。包含鏡面反射與紫外區域)測定染色棉織物L、a、b值及K/S值。測孔直徑選擇17 mm，樣品折疊4次,并隨機改變測量點,測量每個織物4次。結果取平均值。

1.4.2 色牢度 參照標準GB/T 3921—2008《紡織品色牢度實驗耐皂洗色牢度》測試。參照標準GB/T 3920—2008《紡織品色牢度實驗耐摩擦色牢度》測試。參照標準GB/T 8427—2019《紡織品 色牢度實驗耐人造光色牢度 氙弧》測試。

1.4.3 抗紫外性能 根據澳大利亞/新西蘭標準AS/NZS 4399:1996《日光防護服評定和分級標準》測試花生衣染料染色后亞麻織物的紫外防護性能。每個樣品分別測試4次，取平均值。

1.4.4 熒光性能 采用倒置熒光顯微鏡直接觀察經花生衣染料染色后亞麻織物的熒光性能，在顯微鏡暗場下用FITC(綠色)熒光激發塊汞燈激發，觀察曝光時間為120 ms，氙燈作為激發光源，狹縫寬度為5 nm。

1.4.5 染色織物中紗線強力測定 從不同溫度染色織物上各取20根紗線進行力學性能測試，測試條件為：夾持距離50 mm，拉伸速度50 mm/min，實驗溫度為21 ℃，相對濕度為65%。

2 結果與討論

2.1 染色溫度對亞麻織物顏色特征值的影響

在染色溫度為80～120 ℃，染色時間為50 min，染料用量為6%owf，浴比為1∶20，pH=7(直接染色)pH=10(鐵預媒染)pH=5(鋁預媒染)條件下，花生衣染料染色亞麻織物特征值見表1。

表1 不同溫度染色亞麻織物的顏色特征值(λ=400 nm)Table 1 Color characteristic values of linen fabrics dyed at different temperatures(λ=400 nm)

由表1可知，直接染色和Al3+預媒染，染色溫度從80 ℃上升到120 ℃，染色深度隨之增加，120 ℃ 時K/S值均達到最大值；Fe2+預媒染，染色溫度從80 ℃上升到100 ℃，K/S值變化不大，110 ℃ 時達到最大，色深達到飽和,再升高溫度K/S稍有降低，可能是因為繼續升高溫度,Fe2+媒染劑、纖維和染料之間形成的配位鍵被破壞，織物顏色變淺。溫度對染色亞麻織物L、a、b值的影響如Al3+預媒染隨溫度的升高，L值逐漸降低，亮度減弱，a、b值隨溫度的增加而增加，色光變紅黃。

不同染色方法下升高溫度對K/S值的影響，見圖1。

在相同溫度下Fe2+預媒染得到的K/S值明顯較大，說明其顯色效果佳。Fe2+預媒染K/S在110 ℃ 時快速增加，Al3+預媒染和直接染色溫度在80～90 ℃時K/S值增長速率緩慢，繼續升高溫度K/S值快速增加。3種方法在所選范圍內升高染色溫度都提高花生衣染料上染率，這是由于溫度升高，纖維中空隙增加，染料分子染色動能增大，更容易擴散到纖維內部。根據文獻[10-11]花生衣染料中含有43%的原花色素，其分子結構復雜，二、三聚體的相對分子量為576～866，更高聚體的相對分子質量可達上千。高于傳統合成染料，在亞麻織物常用染色溫度80～90 ℃的低溫條件下難以上染，而在高溫條件下，亞麻纖維結構打開，更加有利于花生衣染料分子進入纖維中，從而提高染色深度。表2為高溫染色后亞麻織物中紗線力學性能的變化。

表2 高溫染色對亞麻織物中紗線力學性能的影響Table 2 The effect of high temperature dyeing on the mechanical properties of yarn in linen fabric

亞麻織物經過120 ℃染色條件，強度稍有下降，斷裂伸長較原樣有明顯增加。

結合染色深度，最佳染色溫度確定為：直接染色和Al3+預媒染染色溫度為120 ℃；Fe2+預媒染染色溫度為110 ℃。

2.2 染料用量對亞麻織物顏色特征值的影響

在染色溫度為120 ℃(直接染色和鋁預媒染)110 ℃(鐵預媒染)，染色時間為50 min，染料用量為2%～14%owf，浴比為1∶20，pH=7(直接染色)pH=10(鐵預媒染)pH=5(鋁預媒染)條件下，花生衣染料染色亞麻織物特征值見表3。

表3 不同染料用量染色亞麻織物的顏色特征值(λ=400 nm)Table 3 Color characteristic values of linen fabrics dyed with different amounts of dyes(λ=400 nm)

由表3可知，直接染色，a、b值增加色光變紅黃；Fe2+預媒染，a逐漸增加變紅，b降低變藍；Al3+預媒染，a、b逐漸增加色光變紅黃。見圖2，隨著染料用量的增加不同染色方法下染色的亞麻織物K/S值都逐漸增大，L值亮度逐漸降低。對比3種染色方法可得，在相同染料用量下，Fe2+預媒染得色最深，在6%染料用量之前K/S值快速增加，之后增加速率減緩，14%染料用量時基本達到飽和。直接染色和Al3+預媒染K/S增長速率呈階段性變化，在14%染料用量時，Al3+預媒染K/S值仍有較快增長，而直接染色趨近平衡。麻織物表面呈負電，導致天然染料上染率低，天然染料直接染色以分子間作用力的形式附著在織物上，結合力較弱，媒染劑的使用增加纖維-金屬離子-染料這種配位鍵的形式，提高了上染率。增加花生衣染料用量，使染料更好的上染纖維的表面，織物顏色逐漸變深，在高濃度染液下K/S值仍有較大提升空間，說明花生衣染料對亞麻織物的上染潛力大，然而過大的染料用量不僅會造成染色不勻，還會提高生產成本。染料用量可根據染色需求和成本擇優選擇。

2.3 花生衣染料染色亞麻織物的色牢度

在直接染色和預媒染色得到的最佳染色溫度及染料用量為6%owf下,花生衣染料染色亞麻織物的各項色牢度見表4。

表4 花生衣染料染色亞麻織物的色牢度Table 4 Color fastness of linen fabric dyed with peanut skin dye

由表4可知，經過染色后的亞麻織物耐干摩擦色牢度均達到5級，耐濕摩擦色牢度也均達到4級。Al3+預媒染的耐日曬色牢度最好，可達4～5級，直接染色和Al3+預媒染的耐日曬色牢度均為3～4級，說明亞麻織物和花生衣染料分子的結合力較好。對比不同染色方法，直接染色耐洗色牢度原樣變化最大，Fe2+預媒染無明顯變化。麻、毛沾色均可達4級。可得，經過花生衣染色的亞麻織物具有良好的色牢度，且經過媒染處理后染色的亞麻織物各項色牢度性能較直接染色好，說明媒染劑使染料與織物間的結合更加緊密牢固。

2.4 花生衣染料染色亞麻織物的抗紫外性能

對比原樣和經過不同染色方法最佳染色溫度及染料用量為6%owf下亞麻織物的抗紫外性能，見表5。

表5 花生衣染料染色亞麻織物的紫外防護性能Table 5 UV protection performance of peanut skin dyed linen fabric

由表5可知，紫外防護值與纖維性能和染料與纖維的相互作用密切相關，經過花生衣染色的亞麻織物UPF均有提高，特別是Fe2+預媒染是原樣的11.8倍，采用Fe2+預媒染作為媒染劑的抗紫外效果更好。這主要是受硫酸亞鐵較強絡合能力的影響，絡合能力越強可以吸附更多的花生衣染料[12]，Al3+預媒染作為媒染劑紫外防護效果少量提高，可能因為在各種染色方法的最優條件選擇下，其吸收染料較少。染色后亞麻織物UVA和UVB透過率比原樣時降低，這表明花生衣染料染色后亞麻織物具有較好的紫外防護性能，這種紫外防護性能主要是由花生衣染料的特殊化學成分及特殊結構所引起的。根據文獻[13]花生皮提取物中的皂甙、單寧和多酚類物質起著主要作用，這些成分具有清除自由基的能力。

2.5 花生衣染料染色亞麻織物的熒光性能

原樣和經過不同染色方法最佳染色溫度及染料用量為6%owf下亞麻織物的熒光性能見圖3。

3 結論

(1)花生衣染料染色亞麻織物染色溫度為：直接染色120 ℃,Fe2+預媒染110 ℃,Al3+預媒染120 ℃。 媒染劑的使用豐富了花生衣染色亞麻織物的顏色。在同樣染料用量下，Fe2+預媒染K/S值最大，Al3+預媒染和直接染色較為接近。花生衣染色亞麻織物的潛力大，增加染料用量，K/S可達6以上。

(2)花生衣染料染色亞麻織物各項色牢度性能優良，均在3級以上，Al3+預媒染可使耐日曬色牢度、耐干濕摩擦色牢度及耐皂洗色牢度均達4級以上。

(3)直接染色對染色后織物的抗紫外性能影響最顯著，為原樣的11.8倍。直接染色和Al3+預媒染染色織物熒光性能也得到較大提升，而Fe2+預媒染處理熒光效果不明顯。