紫藍草對桑蠶絲的染色性能

2024-01-11 00:49:20路亞杰李龍春

毛紡科技 2023年12期

路亞杰,王碩,李龍春

(河北科技大學紡織服裝學院,河北石家莊 050018)

紫藍草(Peristrophe roxburghiana)屬爵床科觀音草屬植物,是一種植物型可食用染料[1],又名紅絲線、山藍、觀音草、紅藍草等[2]。紫藍草含有黃酮類、生物堿、β-谷甾醇、苯丙素、三萜類、甾體、糖苷類及揮發油等化學成分[3-4],具有清熱解毒、消腫止痛等功效[5-6],可以降血脂、抗炎、保肝、抑制血栓形成等[7-8],富含天然紫藍色素,用途廣泛。

紫藍草主要分布在中國、日本以及緬甸北部。我國主要分布在南部,如湖北宜昌、云南、四川南部、福建、廣西、廣東、江西等地,其中廣西居多。在廣西,紫藍草食用領域和醫藥領域應用較為廣泛,壯族人民傳統的食品五色糯米飯就用到紫藍草對糯米進行染色[9]。天然的紫藍色素具有無毒、無害、無環境污染等特點,部分文獻記載了紫藍草的采收加工和性味功效等內容[10-11]。隆金橋等[12]提到紫藍草紫色素的吸收光譜在可見光波長范圍內,紫藍草紫色素反射出的光是可見光。韋正等[13]詳細介紹了紅藍草中可能含有的化學成分。紫藍草中含有的化學成分與紅藍草類似,但化合物的化學結構種類多樣,所含的色素種類不同,因此不能完全確定紫藍草本身含有色素的分子結構式。植物源天然食用色素正成為世界色素發展的趨勢,紫藍草提取液呈深紫色,在食用領域有研究先例[14-15],而用于紡織服裝染色方面研究較少,本文通過對紫藍草染色的性能研究,觀察紫藍草在桑蠶絲織物上的染色性能,以期探索出新型植物染料。

1 試驗

1.1 試驗材料和儀器

儀器:MP200A電子分析天平(天津質信電子有限公司);TS7020分光色差儀(深圳市三恩時科技有限公司); pHS-25型pH測試儀(上海儀電科學儀器股份有限公司);LC-MSH-5L磁力攪拌器(上海力辰邦西儀器科技有限公司)。

材料:新鮮紫藍草葉(產地廣西百色市隆林縣);5 cm×5 cm桑蠶絲織物(面密度35 g/m2,平紋組織);冰醋酸(CH3COOH)、氫氧化鈉(NaOH,天津市光復科技發展有限公司);明礬(KAl(SO4)2·12H2O,天津市登峰化學試劑廠);硫酸鐵(Fe2(SO4)3,天津市致遠化學試劑有限公司);硫酸銅(CuSO4,安徽三元銅業科技有限公司)。

1.2 染料的提取

初步擬定提取色素料液比(g/L)為5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.0、20.0,通過改變紫藍草色素質量濃度的方法來配置不同質量濃度的染液。使用測色儀測量出每組試驗的K/S值和L*、a*、b*值等數據。

將新鮮紫藍草葉摘下清洗干凈并晾干,采用水浴法提取紫藍草染色素。清洗干凈的紫藍草葉在7種不同料液比、80℃條件下提取30min, 待提取液冷卻后過濾,過濾所得即為紫藍草染液。

1.3 染色工藝

設置染色工藝參數:pH值分別為4、7、10,染色溫度分別為30、50、70、90℃,染色時間分別為10、30、50、70min。

直接染色法:利用控制變量法,通過改變pH值、染色溫度、染色時間進行紫藍草不同條件的染色。加入桑蠶絲織物室溫入染,達到試驗研究條件后取出,流水沖洗2min,用紙巾吸干水分晾干,得到染色試樣。

媒染劑染色法:前媒染是先將桑蠶絲織物放入媒染劑中媒染后再染色,使用明礬、硫酸鐵、硫酸銅為媒染劑制備10g/L媒染劑溶液,在 80℃下媒染30min。在不同pH值、溫度、時間下染色處理,水洗、晾干,得到染色試樣。

1.4 性能測試

1.4.1K/S值和Lab值測定

使用X-Rite Color i5測色儀進行測色,將試驗所需的數據導成Excel表格然后進行整理,整理出試驗所需的L*、a*、b*值,并通過K/S值公式計算出每個染色工藝下的K/S值數值。

1.4.2 色牢度

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》進行測試。耐日曬色牢度按照GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗耐日曬色牢度》進行測試。

2 結果與討論

2.1 紫藍草料液比對紫藍草染色效果的影響

為了確定紫藍草染色試驗中提取的紫藍草色素的最佳料液比,在1.2節工藝條件下擬定以2.5g/L的幅度進行料液比確認試驗,測試結果如圖1所示。

圖1 不同料液比時紫藍草提取液的K/S值曲線圖(500 nm)

由圖1可知,紫藍草色素染色織物的K/S值料液比呈上升趨勢。在5～10g/L,紫藍草色素的K/S值的上升幅度較大;在10～20g/LK/S值曲線上升幅度較小。K/S值隨著料液比增大而增大,但上升趨勢逐漸減小,說明織物吸收染料的濃度存在極限值,在一定條件下會達到吸收極限。考慮經濟方面等因素,確定最佳料液比為10g/L。

2.2 單因素工藝分析

使用單一變量法選取分析色素波長的試驗數據,文中試驗條件用pH值-染色溫度(℃)-染色時間(min)表示,如4-30-10分別代表pH值4、溫度30℃、時間10min。

2.2.1 媒染劑對紫藍草染色效果的影響

不同媒染劑條件下染色織物數據見圖2。加媒染劑的試驗效果比直接染色效果好,說明媒染劑可以起到改善作用。

圖2 不同媒染劑下染色織物波長曲線圖

2.2.2 染液pH值對紫藍草染色效果的影響

設定料液比10g/L,溫度30℃,時間10min,分別采用pH值為4、7、10的溶液直接染色法染制試樣。不同pH值條件下直接染色織物結果見圖3。pH值為4和10的曲線規律基本一致,在中性條件下的紫藍草染色效果比酸性和堿性條件下好。

圖3 不同pH值下染色織物波長曲線圖

2.2.3 染色溫度對紫藍草染色效果的影響

設定料液比10g/L,時間10min,用pH值為4的染液直接染色法進行染色,染色溫度分別為30、50、70、90℃。不同溫度條件下染色織物結果見圖4。在酸性條件下染色,試驗結果曲線較接近,曲線規律基本一致,溫度對染色影響不大。

圖4 不同溫度下染色織物波長曲線圖

2.2.4 染色時間對紫藍草染色效果的影響

設定料液比10g/L,用pH值為4的溶液在70℃直接染色法進行染制試樣,染色時間分別為10、30、50、70min。不同時間條件下染色織物結果見圖5。在酸性條件下染色,染色時間越長,染色效果越好。

圖5 不同時間下染色織物波長曲線圖

2.3 紫藍草染色織物染色性能分析

2.3.1 紫藍草染色織物K/S值測試波長分析

將染色后的桑蠶絲織物通過測色儀測色得出織物色相大部分為YR(黃紅色)、GY(黃綠色)、Y(黃色)。400和500 nm有較高吸收波長,根據可見光的色散譜和波長范圍,選擇在波長為500 nm處進行后續試驗,提取紫藍草色素的一系列試驗采用500 nm作為測定波長。

作為現代市場經濟體系的重要組成部分，期貨市場憑借其特有的價格發現和套期保值功能在國民經濟運行中扮演著不可替代的角色。而原油作為一種重要的能源和化工原料，無論是在經濟發展方面還是國家安全方面都具有舉足輕重的地位。20世紀90年代以來，國際石油期貨市場及相關衍生品市場得到迅猛發展，已成為國際金融市場的一個關鍵組成部分。期貨市場最基礎的功能是價格發現，而期貨市場能否充分發揮其價格發現功能，市場是否有效率則是前提和關鍵。

2.3.2 紫藍草前媒染染色織物染色性能分析

使用單一變量法選取分析前媒染染色織物的色彩和試驗數據。利用明礬對織物進行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設定染色溫度30℃,染色時間50min。明礬前媒染染色織物數據如表1所示。明礬前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、YR(黃紅色)、GY(黃綠色),在酸性條件下a*值最大,堿性條件下a*值和b*值均較小。V值逐漸變大,C值逐漸變小,染出的織物顏色由深到淺。

表1 明礬前媒染部分染色織物數據圖

利用硫酸鐵對織物進行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設定溫度為30℃,時間為50min。硫酸鐵前媒染部分染色織物數據如表2所示。硫酸鐵前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、Y(黃色)、Y(黃色),a*值和b*值均為正數。C值逐漸變小,染出的織物顏色由深到淺,但整體比明礬前媒染染出的織物顏色深。

表2 硫酸鐵前媒染部分染色織物數據圖

利用硫酸銅對織物進行前媒染處理,改變pH值為4、7、10,設定溫度為30℃,時間為50min。硫酸銅前媒染部分染色織物數據如表3所示。硫酸銅前媒染染色下的織物色相分別為YR(黃紅色)、Y(黃色)、GY(黃綠色),顏色豐富,堿性條件下的a*值和b*值均為負數,中性條件下C值最小,染出的織物顏色較淺。

表3 硫酸銅前媒染部分染色織物數據圖

2.4 紫藍草染色趨勢分析

2.4.1 直接染色

在不加媒染劑的情況下,酸性溶液用冰醋酸調節,堿性溶液用氫氧化鈉調節,染液pH值分別為4、7、10,染色時間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍草染色趨勢圖如圖6所示。pH值為4時,織物K/S值整體發展情況呈上升趨勢;pH值為7和10時,織物K/S值整體發展情況呈下降趨勢;pH值為10時的K/S值較低,說明在不加媒染劑的情況下直接染色,酸性條件下效果較好。

圖6 直接染色不同pH值紫藍草染色織物K/S值(500 nm)

2.4.2 明礬前媒染染色

利用明礬進行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調節,堿性溶液用氫氧化鈉調節,染液pH值分別為4、7、10,染色時間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍草染色趨勢圖如圖7所示。

圖7 明礬前媒染織物不同pH值紫藍草染色K/S值(500 nm)

由圖7可知,用明礬進行前媒染染色與直接染色相比發展趨勢相似。進行明礬前媒染染色,酸性條件下效果較好,且相對于直接染色而言染色織物的亮度和彩度增高。

2.4.3 硫酸鐵前媒染染色

利用硫酸鐵進行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調節,堿性溶液用氫氧化鈉調節,染液pH值分別為4、7、10,染色時間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍草染色趨勢圖如圖8所示。

圖8 硫酸鐵前媒染織物不同pH值紫藍草染色K/S值(500 nm)

由圖8可知,硫酸鐵前媒染染色織物的K/S值高于硫酸銅和明礬前媒染染色織物的K/S值。在酸性條件下,硫酸鐵媒染的效果更好,在堿性及中性的條件下硫酸鐵染色的K/S值更高。

2.4.4 硫酸銅前媒染染色

利用硫酸銅進行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸調節,堿性溶液用氫氧化鈉調節,染液pH值分別為4、7、10,染色時間分別為10、30、50、70min,染色溫度分別為30、50、70、90℃,得到的紫藍草染色趨勢圖如圖9所示。

圖9 硫酸銅前媒染織物不同pH值紫藍草染色K/S值(500 nm)

由圖9可知,硫酸銅前媒染染色比其他3種染色效果都好,在酸性條件下發展呈上升趨勢且K/S值最大值接近2,中性和堿性條件下都呈下降趨勢。

不同染色條件下均是pH值為10時K/S值最低。從總體情況來看,隨著溫度和時間的增長,K/S值均為增大,說明紫藍草色素對于絲織物的染色能力在變大,但是K/S值達到最大值后有下降的趨勢,說明絲織物與紫藍草色素的結合能力是有限的,并不是溫度越高、時間越長,上染百分率越大,要根據織物與染料色素的結合程度判斷。不同媒染劑媒染時織物的K/S值發展趨勢也不同,觀察得出在pH值為4和7時,整體發展趨勢呈上升狀態,pH值為10時,整體發展趨勢呈下降狀態。pH值的變化影響了織物與染料結合的能力,染色溫度和時間的不同也影響了色素在織物中的擴散能力。

2.5 染色試驗條件優化分析

分別選取10個在4種染色試驗條件下測出的K/S值進行高低排序,如圖10所示。從呈現的規律來看,不同媒染條件下均為酸性或中性染色條件的K/S值較高;從溫度條件來看,在70～90℃期間K/S值較高,染色時間基本需要60min左右。

圖10 不同染色條件K/S值排序圖

2.6 染色牢度分析

紫藍草染料染色桑蠶絲織物的耐皂洗色牢度及耐日曬色牢度測試結果如表4所示。紫藍草色素染色絲織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度大部分都能達到服用要求,硫酸鐵和硫酸銅媒染劑的加入整體提升了色牢度值。在酸性條件下,染色織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度均較低,這主要是因為皂洗條件下,洗滌液體呈堿性,引起變色;在堿性條件下染色的織物耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度均較高。酸性條件下,3種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度大小均為硫酸銅>硫酸鐵>明礬;中性條件下,3 種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度大小為硫酸鐵 >硫酸銅>明礬,耐日曬色牢度大小為硫酸銅>硫酸鐵=明礬;堿性條件下,3種媒染劑前媒染工藝織物耐皂洗色牢度大小為明礬>硫酸銅=硫酸鐵,耐日曬色牢度大小為明礬=硫酸銅>硫酸鐵。紫藍草染色產品洗滌時建議使用堿性洗滌劑。