茜草植物染料棉織物染色工藝

張尤芝　林偉超　汪雨　張鵬

摘 要：針對茜草植物染料棉織物染色時上染率低、得色淺、牢度欠佳的問題，采用自制陽離子改性劑Z對全棉織物進行陽離子改性，然后選用媒染劑進行媒染，探討了陽離子改性劑Z的質量濃度、上染溫度、上染時間、上染pH值、染色方法和媒染劑種類的影響。結果表明，陽離子改性質量分數為5%，上染溫度70℃，上染時間30min， pH值為6的條件下，得色較深;對比了直接染色、陽離子改性后染色、陽離子改性后預媒法和后媒法染色4種染色方法對純棉織物的染色效果以及5種不同媒染劑對全棉織物的染色效果和染色牢度等。

關鍵詞：茜草染料;棉織物;陽離子改性;媒染

中圖分類號：TS193.2? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-2346（2022）01-0009-05

植物染料源于自然，具有取材廣泛、不污染環境、工藝簡單、有一定保健作用等特點，因此受到百姓的喜愛和紡織印染行業的關注。[1]茜草是人類使用最早紅色植物染料，從茜草的根部提取，含多種羥基蒽醌衍生物，如茜素、異茜素、羥基茜素、偽羥基茜素等，它對金黃色葡萄球菌、肺炎雙球菌、流感桿菌及皮膚真菌有抑制作用。[2-3]由于茜草染料分子結構較小，對纖維的親和力較小，所以，直接染色時，特別是直接染色全棉織物時，上染率低，得色較淺，牢度欠佳。[4-6]

本實驗采用大葉茜草為原料對全棉織物染色工藝進行研究。通過采用自制的陽離子改性劑Z對全棉織物進行改性，同時采用媒染劑進行媒染處理，以期提高染料上染率，改善染色牢度。

1? ? 試驗

1.1? ? 織物、染化料與儀器

織物：全棉漂白織物 （市售）

藥品：大葉茜草根（產地：貴州）、陽離子改性劑（自制）、十二水合硫酸鋁鉀（AR）、七水合硫酸亞鐵（AR）、六水合硫酸鎳（AR）、三氯化鐵、五水硫酸銅（AR）、氫氧化鈉（AR）、無水碳酸鈉、冰醋酸。

儀器：pH計、電腦測色配色儀（DatacolorSF600）、數字恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司-HH-4）、XW-ZDR 振蕩式小樣機（靖江市新旺染整設備廠）、SW～12D型耐洗色牢度試驗機（寧波紡織儀器廠）、Y571B型摩擦色牢度儀等。

1.2? ? 試驗方法

1.2.1? ? 染液的提取

采用水提法，取茜草100g，加水2L，90℃提取1h，過濾殘渣，加水定容至1.5L，作為染液使用。

1.2.2? ? 染色

（1）陽離子改性。全棉漂白棉織物→陽離子改性劑Z 2%～6%（o.m.f）→1/2陽離子改性劑用量的純堿，浴比1：30，80℃x40min→水洗→烘干，待用。

（2）改性后直接染色法。經陽離子改性的全棉織物→潤濕后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x（20～60）min→水洗→烘干。

（3）媒染法。

①預媒染色：經陽離子改性的全棉織物→媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳） 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min→水洗→投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x（20～60）min）→水洗→烘干。

②后媒染色：經陽離子改性的全棉織物→濕潤后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x

（20～60）min）→水洗→媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳）4%（o.m.f），浴比1：50，（75℃x40min）→水洗→烘干。

1.3? ? 測試方法

1.3.1? ? K/S值及顏色特征值（L*、a*、b*、C*、H*）

采用電腦測色配色儀DatacolorSF600，D65/10光源，測4次，取平均值。

1.3.2? ? 色牢度

（1）耐摩擦色牢度。使用SW～12D型耐洗色牢度試驗機，按照 GB/T 3920―2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定。

（2）耐皂洗色牢度。使用Y571B型摩擦色牢度儀，按照 GB/T 3921―2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定。

2? ? 結果與討論

2.1? ? 陽離子改性劑Z質量濃度對K/S值的影響

按照1.2.2（1）、（2）的染色方法，采用不同質量濃度的改性劑Z（2%～6%）（o.m.f），改性后，設定染色溫度80℃，染色時間40min，pH值為5，進行染色。由圖1可知，在陽離子改性劑Z的質量濃度為1%～5%時，隨著改性劑Z質量濃度增加，K/S值不斷提高，在陽離子改性劑Z濃度為5%時K/S值最大，大于5%以后，K/S值有所下降。這是由于茜草染料在水溶液中帶負電荷，與纖維素纖維上的負電荷相互排斥，所以，茜草染料對棉織物直接染色時，即陽離子改性劑濃度為0時，吸附上染能力較差，色深較淺;陽離子改性后，棉織物上的陽離子基團數量增加，促進了棉纖維對茜草染料陰離子的吸附上染，上染率也隨著陽離子改性劑Z質量濃度的提高而提高。但陽離子改性劑質量濃度超過5%后，過多的陽離子改性劑吸附在棉纖維表面，在后續的染色過程中，未反應的陽離子改性劑容易從棉纖維上解析下來，并吸附部分茜草染料脫落，導致棉織物得色量降低。故改性陽離子改性劑Z的質量濃度以5%為宜。

2.2? ? 茜草染料提取液的染色提升性

按照1.2.2（3）①的染色方法，設定染色溫度80℃，染色時間40min，pH值5，預媒法采用硫酸鋁鉀進行媒染，選擇不同的茜草染料濃度（提取液比例）進行染色。由圖2可知，隨著茜草染料提取液濃度的提高，K/S值不斷提高，在提取液濃度為90%以后，K/S值開始提升緩慢。故此，棉織物陽離子改性后，采用硫酸鋁鉀進行預媒法染色，在90%茜草染料提取液濃度范圍內有較好的提升性。

2.3? ? 染色時間對K/S值的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設定染色溫度80℃，pH值5，預媒法采用硫酸鋁鉀進行媒染，選擇不同的染色時間（20～60min），進行染色。 由圖3可知，不同染色時間，K/S值變化不大，染色時間在30min時K/S值最高，超過30min后K/S值趨于平衡，說明在實驗的染色時間范圍內，染色時間對K/S值的影響不明顯。這可能是因為棉纖維經過陽離子改性后呈現陽離子性，從而會與溶液中茜草染料陰離子發生定位吸附，但纖維上陽離子染座有限，因此定位吸附過程相對較快，當陽離子改性棉織物吸附茜草染料很快接近飽和值后，再繼續延長吸附時間，上染率增加不明顯，此時基本達到上染的平衡。綜合考慮，染色時間以30min為宜。

2.4? ? 染色溫度對K/S值的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設定染色時間30min，pH值5，預媒法采用硫酸鋁鉀進行媒染，選擇不同的染色溫度（60～100℃）進行染色。由圖4可知，隨著染色溫度的提高，K/S值升高，染色溫度在80℃的時候K/S值最高，超過80℃后的K/S值呈下降趨勢。這說明隨著染色溫度的提高，茜草溶液中染料的擴散速率提高，棉織物對茜草染料的上染率也不斷提高，染色溫度80℃時，上染率達到最大值。當吸附溫度大于80℃，上染率有所降低。這可能是因為溫度過高，破壞了染料和陽離子纖維素纖維間的離子鍵結合，使部分染料從纖維上解吸下來，導致上染率下降。故染色溫度以80℃為宜。

2.5? ? pH值對染色效果的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設定染色時間30min，染色溫度80℃，預媒法采用硫酸鋁鉀進行媒染，選擇不同的染色pH值（2～6）進行染色，烘干后測試染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），然后在pH值=7的緩沖液（碳酸鈉+醋酸）中浸泡10min后烘干，再測試染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值）。由圖5a可知，在實驗范圍內，隨著pH值的升高，K/S值逐漸升高。綜合表1、圖5a、5b和5c，可知pH值對茜草的染色效果影響較大，當織物未浸入pH=7的緩沖液時，a值隨著pH值的增加而升高，紅光增加;b值隨著pH值的增加而降低，黃光減弱;當織物浸入pH=7的緩沖液后，a值發生的變化不明顯，但紅光依舊增加;b值隨著pH值的增加而降低幅度更大，黃光持續減弱。在pH值=7的緩沖液中浸泡時，肉眼可以明顯觀察到織物開始呈現紅色。隨著pH值的升高，織物上的紅光逐漸增多，黃光逐漸減少。因此，在實驗范圍內，pH值以6為宜。

2.6? ? 不同染色方法對茜草染色效果的影響

按照1.2.2（2）和（3）①②的染色方法，以硫酸鋁鉀做媒染劑，采取不同的染色方法（陽離子改性法，改性+預媒法，改性+后媒法），在pH=6，染色溫度80℃，染色時間30min的條件下染色，然后測試其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），結果見表1和圖6。

從圖表中可以看出，與陽離子改性直接法工藝相比，采用改性+預媒法工藝后，K/S值有了明顯提高，a*值從18.47上升到了26.77，紅光增加;而采用后媒法工藝的K/S值有所降低，但a*值有所增加，紅光更多。故采用改性+預媒法為宜。

2.7? ? 不同媒染劑對茜草染色效果的影響

按照1.2.2（3）①預媒法的染色方法，采用不同媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳）進行預媒處理，再在相同較佳工藝（pH=6，染色溫度80℃，染色時間30min ）下染色，然后測試其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），結果見表2和圖7。

由表2和圖7可以看出采用不同的媒染劑，色相和K/S值都發生了一定的變化。其中，硫酸亞鐵和氯化高鐵媒染所得的K/S值較高，但C*值較低，說明其色深較深，但鮮艷度不高，布面呈現暗棕色。硫酸銅媒染所得的K/S值較低，C*值居中，說明其色深較淺，鮮艷度居中，但色相發生較大變化，黃光較重;硫酸鋁鉀和硫酸鎳媒染所得的a*值最高，K/S值和C*值較高，說明其色相紅光突出，色深和鮮艷度較高。結合環保和成本綜合考慮，硫酸鋁鉀更適合作為茜草染料的媒染劑。

2.8? ? 染色牢度

分別采用直接染色、陽離子改性后染色、陽離子改性后預媒法和后媒法染色，染色后進行摩擦牢度和皂洗牢度測試。由表3可以看出，①經過陽離子改性劑Z改性后染色，染色牢度與未改性前的耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。這是因為，一方面陽離子改性后，棉織物帶正電，可與茜素陰離子以離子鍵結合，從而使棉織物染色牢度有所提高;但另一方面，由于色深增加，表面染料濃度增加，染色牢度會有所下降。綜合起來，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。②經過改性劑Z改性后用預媒法染色，與直接染色相比，除硫酸亞鐵和氯化高鐵皂濕磨牢度略降半級外，其他方法皂洗和摩擦牢度持平或略有提高，其中硫酸鋁鉀預媒法相對較好，皂洗和摩擦牢度均提高半級;硫酸鋁鉀預媒法好于后媒法。這是因為，一方面在媒染劑的作用下，染料、纖維與金屬離子形成較強的配位鍵結合，皂洗牢度和摩擦牢度有所提高，但另一方面，由于表面染料濃度增加，色深增加，染色牢度會有所下降。綜合起來，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。

3? ? 結論

（1）茜草染料提取液采用陽離子改性+硫酸鋁鉀預媒法染色明顯提高染色色深，耐皂洗和摩擦牢度。

（2）茜草染料提取液棉織物陽離子改性+硫酸鋁鉀預媒法染色的工藝為：

棉織物→陽離子改性預處理{陽離子改性劑Z 5%（o.m.f），1/2陽離子改性劑用量的純堿，浴比1：30，80℃40min→水洗→烘干}→硫酸鋁鉀預媒染{硫酸鋁鉀 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min →水洗→烘干}→染色（染色溫度80℃，染色時間30min，染色pH值6，浴比1：50）。

參考文獻

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[6]范麗，宋湲.茜草染料在棉織物預媒染色中的應用[J].上海紡織科技，2019（8）：4.

Dyeing Process of Cotton Fabrics with Madder Plant Dye

ZHANG You-zhi? ?LIN Wei-chao? ?WANG Yu? ?ZHANG Peng

（Dyeing and Finishing Technology Institute，Zhejiang Fashion Institute of Technology，

Ningbo，Zhejiang 315211， China）

Abstract： In view of the low dyeing rate of the cotton fabrics dyed with madder plant dye，the shallow color， and the poor fastness problems，the self-made cationic modifier Z is used on the cationic modification of cotton fabrics，then the mordant is used to dye.This paper discusses the mass concentration of cationic modifier Z， dyeing temperature，dyeing time and dyeing pH value，dyeing methods and the influence of the mordant types. The results show that the color is darker when the mass fraction of cationic modification is 5%，dyeing temperature is 70℃，dyeing time is 30min and the pH value is 6.The dyeing effects of direct dyeing，cationic modified dyeing，cationic modified pre-mordant dyeing and post-mordant dyeing on pure cotton fabrics and the dyeing effect and color fastness of five different mordants on cotton fabrics are compared.

Key words： madder dye;cotton fabrics;cationic modification;mordant dyeing