殼聚糖改性棉麻織物的茜草染色工藝研究

嚴曉慧(遼東學院 化工與機械學院，遼寧 丹東 118003)

0 引言

1 實驗方法

棉麻纖維是應用最廣泛的纖維素纖維之一，在一般情況下對堿是穩定的，在堿中只發生膨化，不產生水解，常溫下不會對強力造成影響。

但是，如果暴漏在沒有陽光照射的空氣中時，堿將會對于纖維素的氧化產生催化作用，從而加快其內纖維素的氧化和降解。棉麻混紡的纖維不僅價格便宜，并且保留了棉麻各自的特性，如環保，透氣，懸垂性好，穿著舒適。棉和亞麻的生產過程綠色自然且環保健康，棉麻織物是比較適宜于人體的一種貼身性紡織品[1]。

殼聚糖是僅次于纖維素的第二大自然資源[2]，它的分子結構與纖維素相似，并且與大多數纖維素纖維具有良好的親和力。它可以通過氫鍵或共價鍵與纖維上的活性基團結合。殼聚糖在溶液中帶正電荷，易于吸附在織物表面，這可以減少織物表面的負電荷，同時減少染色過程中纖維對染料的庫侖排斥力[3]。

茜草是一種歷史悠久的植物染料，它是一種媒染染料。茜草的色素屬于蒽醌結構，它不是一種單一的化合物，而是一系列的同系物或同分異構體。這些色素的結構與其他現代的分散染料結構類同，但又比其他分散染料多了一個羧基，因此，水溶性比其他分散型染料稍高，但仍然不易直接溶于乙醇和水，只能在高溫狀態下分散與水中[4-5]。

一般在使用天然植物染料染色時需要用媒染劑來提高染色性能，豐富色相，使用較多的是金屬媒染劑，能夠提高其染色牢度且成本較低，缺點是對人體健康存在潛在的影響，染色所剩的廢水若處理不妥當還會造成嚴重的環境污染。茜草染料對于纖維素纖維的附著率較低，染色時需要借助媒染劑來幫助染料上染，文章主要探究殼聚糖改性棉麻織物的茜草染色工藝。

1.1 茜草染料提取方法

(1)配備2 g/L的碳酸鈉溶液500 mL備用；

(2)取10 g茜草粉(經過粉碎機粉碎的茜草根)加入500 mL燒杯之中；

(3)向燒杯中加入250 mL的碳酸鈉溶液；

(4) 將燒杯放入水浴鍋中加熱至95℃，并保溫45 min；

(5) 采集溶出液，抽濾并定容至250 mL，重復兩次。

1.2 殼聚糖改性方法

配制5%濃度的乙酸溶液，用5%的乙酸溶解殼聚糖，殼聚糖改性液的質量濃度為15 g/L，然后將棉麻織物浸漬在該溶液中，用水浴鍋加熱，改性溫度為80℃，改性時間60 min，浴比1:50，然后取出烘干，得到殼聚糖改性的棉麻織物。

1.3 茜草染色實驗

采用單因素實驗法探索茜草染料染色的最佳工藝。浴比設定為1:50，通過改變茜草染料染液的濃度、振蕩染樣機溫度、染色時間和媒染劑的用量來確定茜草染色的最優工藝條件。對改性前后的棉麻織物進行對比染色，染色完成后，測試染色色深值、最大K/S值、摩擦及水洗牢度，根據測試結果確定茜草染料染色的最佳工藝。

2 結果與討論

2.1 染液濃度的影響

分別配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%濃度的茜草染液，對殼聚糖改性后的棉麻織物進行染色，浴比1:50、染色溫度65℃，時間90 min。通過對比染色的色深值，可以發現隨著茜草染液濃度的上升，棉麻織物對于茜草染料的上染率有不同程度的提升，因此，改性棉麻織物對茜草染料的上染率隨著染液濃度的增加是呈上升趨勢的。

2.2 染色溫度的影響

配制0.6%濃度的茜草染液五份，浴比1:50，將染色溫度分別設定為45℃、55℃、65℃、75℃、85℃，染色時間90 min。通過對比不同溫度下的棉麻織物染色后的色深值和最大K/S值可以發現，隨著溫度的不斷升高，棉麻織物的色深呈現先下降后上升再下降的一個趨勢，如圖1所示。可以看出茜草染料染色的最佳溫度為75 ℃，染色溫度繼續上升會使上染率下降。

圖1 染色溫度對K/S值的影響

2.3 染色時間的影響

配制0.6%濃度的茜草染液五份，浴比1:50，將染色時間分別設定為40 min、50 min、60 min、70 min、80 min，染色溫度60 ℃。通過對比不同染色時間后的棉麻織物的K/S值，可以得出結論：隨著染色時間的增加，茜草染料對于棉麻織物的附著率也在不斷的增加，但是增加的程度也越來越緩慢，最后趨于平穩，染色達到平衡狀態。從實驗結果中可以看出，如圖2所示。茜草染料染色在60 min時的K/S值最大為1.399。

圖2 染色時間對K/S值的影響

2.4 媒染劑用量的影響

配制0.6%濃度的茜草染液五份，浴比1:50，染色時間60 min，染色溫度60℃。結束后調整媒染溫度為30℃，染色時間30 min，加入不同劑量的媒染劑0 g/L、0.1 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L。通過添加不同劑量的媒染劑，從實驗結果中可以得出，如圖3所示。隨著媒染劑用量的增加，茜草染料對于棉麻纖維的上染率增加，整體呈上升趨勢。在無媒染劑的條件下，茜草染料對于棉麻纖維的上染率較低。

圖3 媒染劑用量對K/S值的影響

2.5 染色牢度測試

染色牢度是指染色后的織物在使用或進一步加工的時候，對抗外部因素的抵抗力，其中的檢驗項目有耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐干洗色牢度、日曬色牢度等，通常進行色牢度試驗時，是染色物的變色程度和對貼襯物的沾色程度，對色牢度評級，除耐光色牢度為八級外，其余均為五級。級數越高，表示色牢度越好。文章主要測試茜草染色棉麻織物的耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。

經上述測試結果得出：改性前，棉麻織物的耐摩擦牢度為2級，耐洗色牢度為2級，加入媒染劑之后，牢度提升為3級，而改性后，棉麻織物的耐摩擦牢度為3級，耐洗色牢度也為3級，加入媒染劑之后，色牢度可以提升至4級，通過對比改性前后的色牢度可以發現，改性后的棉麻織物的色牢度普遍強于改性之前。

3 結語

殼聚糖改性之后的棉麻織物和改性之前的棉麻織物做對比，改性之后的茜草染料的上染率優于殼聚糖改性之前，色牢度方面較之改性之前也有不同程度的提升。改性之后的織物染色和未改性加媒染劑的織物作對比，提升不是特別明顯。在茜草染色的單因素實驗中可以看出，茜草染液的濃度和棉麻織物的上染率成正比，濃度越高，染色效果越好。探討溫度對染色效果的影響時，發現在75 ℃時，茜草染液染棉麻織物的色深值最高，最佳工藝為：染色溫度為75 ℃、染色時間為60 min、媒染劑檸檬酸0.4 g/L。改性后媒染的棉麻織物對于茜草染料的吸附最好。

未改性的棉麻織物的耐摩擦牢度和耐皂洗牢度為2級，棉麻織物經過殼聚糖改性后，其耐摩擦牢度為3級，耐皂洗牢度為3級，棉麻織物經過殼聚糖改性后，其染色的色牢度會提高1～2級。