還原型生物基染料棉織物染色工藝

中圖分類號：TS193.6 文獻標志碼：B 文章編號：1674-2346（2025）02-0019-06

Abstract：Cottonfabricwasdyedbyleucoimmersiondyeingwitholivegrenandsandbrown，thereducedbio-baseddyes，and theliftingpropertiesofthedyes werediscussed.Theeffectsoffourfactors，namelythemassconcentrationofreducingagentZ， themassconcentrationofsodiumhydroxide，dyeingtemperatureanddyeing time，onthereductionpotentialandK/Svaluewere analyzed.Thedyeingprocesswasoptimizedbyorthogonaltest.Therubbingfastnessandsoapingfastnessofdyedfabricwere tested.The results showed thatthe optimized processconditions ofthe two dyes were as follows：dyeing with 5% dye concentration （omf），reducing agent Z11g/L ，sodium hydroxide 10g/L ，dyeing temperature 75^°C ，and dyeing time 40min .The soaping and rubbing fastness of the fabric are up to 4 and above，and the fastness is excellent.

Keywords： reduced bio-based dyes；dyeing;cotton fabric

0 前言

生物基染料通常采用農業或草藥行業的天然廢料，經過微生物精密發酵技術后制成，生物基染料的結構有多種，多以類胡蘿卜素、α-萘醌、蔥醌、花色素、靛藍類色素為主，從應用類型看，多類似于酸性類染料、直接染料、分散染料和還原染料等[1-3]。還原型生物基染料從化學結構上看，與還原染料相近，其皂洗和日曬牢度明顯好于其他生物基染料，對環境無污染，色彩自然，具有可再生性，可采用隱色體浸染法或懸浮體軋染法對棉織物進行染色[2-6]。

本項目選取還原型生物基染料橄欖綠和沙棕，染色方法采用隱色體浸染法對棉織物進行染色，探究了氫氧化鈉質量濃度、還原劑Z質量濃度、染色溫度和染色時間4個因素的影響，以期確定最佳的染色工藝，為印染大生產提供借鑒。

1實驗部分

1.1織物、化學品和儀器

1.1.1織物棉織物 （市售純棉平布絲光半制品）

1.1.2 化學品

還原型生物基染料橄欖綠和沙棕、還原劑Z（研制）、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、雙氧水、中性標準皂片。

1.1.3 儀器設備

瑞比全能型試色機、Datacolor1050型測色配色儀、SX720型手持氧化還原電位計、SW＼～12D耐洗色牢度試驗機、Y517B摩擦色牢度儀等。

1.2 染色工藝

1.2.1 染色工藝處方

1.2.2 工藝曲線

1.2.3 后處理

水洗 $$ 氧化（雙氧水 2mlL ，室溫， 3～5min ） $$ 皂洗（中性標準皂片 3g/L ，碳酸鈉 2g/L ， 95^°C×3 min） $$ 烘干。

1.3 測試方法

1.3.1 染液起始氧化還原電位

將染液升溫至 45^°C ，保溫 10min 進行還原，然后迅速采用手持式氧化還原電位計測定染液起始氧化還原電位[2]。

1.3.2 K/S值

使用Datacolor1050測色配色儀，在D65光源 10^° 視角下進行測試[2]，測試4次，結果取平均值[3]。

1.3.3 色牢度

耐皂洗色牢度采用GB/T3921-2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》的方法進行測定；耐摩擦色牢度采用GB/T3920-2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》的方法進行測定[3-4]。

2 結果與討論

2.1 染料的提升性

改變染液質量濃度（omf）為 1%～8% ，根據1.2的染色工藝染色，設定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色時間 40min ，染色溫度為 65^°C ，染后測K/S值，結果見圖1。

從圖1中可以明顯看出，隨著染液質量濃度的升高，在實驗的濃度范圍內，K/S值逐漸增大，說明2種染料均具有良好的染色提升性。本課題中選取染料濃度為 5% （omf）。

2.2 還原劑Z的質量濃度的影響

改變還原劑Z的質量濃度為 5～19g/L ，根據1.2的染色工藝染色，設定氫氧化鈉 10g/L ，染色溫度 65^°C ，染色時間 40min ，測試染液起始還原電位，染后測試織物的K/S值，結果見圖2-a和 2?6 。

從圖2-a和圖2-b中可以明顯看出，2種染料染液的還原電位和染色的K/S值隨著還原劑Z質量濃度的升高而逐漸增大，當還原劑濃度Z質量濃度為 11g/L 時達到最高值，繼續增大時，還原電位和K/S 值會逐漸減小。其原因在于：與還原染料相似，還原型生物基染料的還原也是一個可逆的“氧化-還原”過程，染液的成分為染料、隱色酸、隱色體鈉鹽共存的體系。在燒堿濃度一定的情況下，隨著還原劑濃度的增大，染液還原電位絕對值不斷增加，并達到還原劑的最高還原電位絕對值，在還原劑過多時，還原電位達不到還原染料的隱色體還原電位，染料不能很好地還原為隱色體，或是引起染浴中燒堿濃度相對不足而產生分子異構，造成色淺，導致K/S值下降。故還原劑Z適宜的質量濃度分別為 9g/L 、 11g/L 、13g/L 。

2.3氫氧化鈉質量濃度的影響

改變氫氧化鈉的質量濃度為 2～12g/L ，根據1.2染色工藝染色，設定還原劑 Z11g/L ，染色溫度 65^°C ，染色時間 40min ，測試染液起始還原電位，染后測試織物的K/S值，結果見圖3-a和圖 3-6 。

從圖3-a和圖3-b中可以明顯看出，當染液氫氧化鈉質量濃度為 2g/L 時，K/S值很低，染料幾乎沒有上染到棉布上，隨著氫氧化鈉質量濃度的增加，2種染料染液的還原電位和染色的K/S值都逐漸增加，當氫氧化鈉質量濃度為 10g/L 時K/S值達到最高，繼續增大時，染液的還原電位趨于平衡，K/S值保持穩定（橄欖綠）或逐漸減小（沙棕）。其原因在于氫氧化鈉質量濃度過低會導致染浴的堿性不足，懸浮體染料不能充分還原成可溶的隱色體鈉鹽狀態，難于上染棉織物2；而氫氧化鈉質量濃度過高時，染浴的堿性太強，可能會造成過度還原，使染料隱色體直接性降低，染色后難氧化；而且還可能會導致染料沙棕隱色體聚集甚至析出，使得染料幾乎喪失對纖維的親和力，影響上染，導致K/S值下降。故氫氧化鈉適宜的質量濃度為 8g/L 、 10g/L 和 12g/L 。

2.4染色溫度的影響

改變染色溫度為 45～85^°C ，根據1.2的染色工藝染色，設定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色時間 40min ，染后測試織物的K/S值，結果見圖4。

從圖4可以明顯看出，2種染料織物的K/S值均隨著染色溫度的升高，先增大后減小，其原因在于：溫度升高有利于氧化還原反應的進行，同時，有利于棉纖維的溶脹和無定形區增加，以及染料分子動能增大和聚集度下降，這將促進染料的上染，但溫度較高時，空氣中的氧氣會消耗一定的還原劑和氫氧化鈉，染液的還原體系的穩定性下降，造成還原電位絕對值下降，影響染料隱色體的上染；還會造成染料分子對纖維的親和力會降低，導致上染率會有所下降。故染色適宜的溫度為 55^°C 、 65^°C 和 75^°C 。

2.5 染色時間的影響

改變染色時間為 20～60min ，根據1.2的染色工藝染色，設定氫氧化鈉 10g/L ，還原劑 Z11g/L ，染色溫度 65^°C ，染后測試織物的K/S值，結果見圖5。

從圖5可以明顯看出，2種染料織物的K/S值隨著染色時間的延長，逐漸增大，超過 40min 后，逐漸有所減小。其原因在于：還原染料隱色體帶負電，通過范氏力和氫鍵首先被吸附于纖維表面，然后才逐漸向纖維內部擴散，達到染色平衡需要一定的時間，但時間過長可能使空氣中的氧氣會消耗一定的還原劑和氫氧化鈉②，染液的還原體系的穩定性下降，造成還原電位絕對值下降，影響染料隱色體的上染和擴散。故適宜的染色時間為 30min 、 40min 和 50min 。

2.6 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，選擇還原劑Z質量濃度、氫氧化鈉質量濃度、染色溫度、染色時間4個主要因素進行正交試驗。正交試驗因子水平表和正交試驗結果分析表分別見表2和表3。

由表3直觀分析可知，在橄欖綠工藝中，4個因子影響大小依次為：C染色溫度 gt; A還原劑Z質量濃度 gt;B 氫氧化鈉質量 gt; D染色時間，優化的染色工藝條件是：還原劑Z質量濃度為 11g/L ，氫氧化鈉質量濃度為 10g/L ，染色溫度為 75°C ，染色時間為 40min 。

在沙棕染色工藝中，4個因子影響大小依次為：C染色溫度 gt;B 氫氧化鈉質量濃度 gt; A還原劑Z質量濃度 gt; D染色時間，優化的改性工藝條件是：還原劑Z的質量濃度 11g/L ，氫氧化鈉濃度 10g/L ，染色溫度 75^°C ，染色時間 40min 。

2.7 染色牢度

采用2.6正交試驗所得優化工藝染色，色牢度測試結果如表4所示。

由表4可知，棉織物經還原型生物基染料橄欖綠和沙棕染色后耐摩擦和皂洗牢度較好，均大于4級，其牢度水平高于多數植物染料，能較好滿足大生產和日常服用的要求。

3結論

（1）還原型生物基染料橄欖綠和沙棕（omf） 5% ，優化后的染色工藝均為：還原劑 Z11g/L ，氫氧化鈉 10g/L ，染色溫度 75°C ，染色時間 40min 。

（2）還原型生物基染料橄欖綠和沙棕采用優化工藝染色后，其耐摩擦牢度和耐皂洗牢度均達到4級以上，牢度水平高于多數植物染料，能較好滿足大生產和服用的需求。

參考文獻

[1]賀曉亞.天然植物染料的開發與應用[J].印染助劑，2020，37（6）：6-9.

[2]葛化博，萬明，馮杰，等.還原型植物基染料在羅布麻纖維和織物染色中的應用[J].印染，2021，47（10）：30-34

[3]張曉芳，葛化博，馮杰，等.羅布麻與棉混紡針織物植物基染料染色研究[J].針織工業，2023（04）：29-32

[4]魏炳舉，李瑞卿，周長文，等.生物基橄欖綠染料對棉紗線的染色及抗菌性[J].印染，2021，47（09）：38-41

[5]李繼往，李瑞卿，魏炳舉.還原染料隱色體浸染法在散棉染色中的應用[J].染整技術，2021，43（01）：20-22.

[6]魏炳舉，李瑞卿，周長文，等.錦綸的高耐光色牢度還原染料染色[J].印染，2020，46（11）：31-34.