皮婷婷，黃啟帆，馬 輝，張煥俠，吳 雯，曹建達(dá)

(嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興 314000)

紅曲黃素對蠶絲的染色性能研究

皮婷婷，黃啟帆，馬 輝，張煥俠，吳 雯，曹建達(dá)

(嘉興學(xué)院材料與紡織工程學(xué)院，浙江嘉興 314000)

將紅曲黃素作為染料上染蠶絲織物，研究紅曲黃素的染色特性，確定其染色蠶絲的最佳工藝，以及探究紅曲黃素染色后蠶絲織物力學(xué)性能上的變化，以期將天然的真菌色素應(yīng)用至蠶絲織物。結(jié)果表明：在較低的溫度如85℃就可以實現(xiàn)蠶絲織物的染色，從而可降低染色時的能耗；隨著染色濃度變化，蠶絲的K/S值會隨之增大，在15%(o.w.f)之后，增加速度變緩，即在15%(o.w.f)時就可以達(dá)到較高的上染率。

紅曲黃 染色 蠶絲 染色性能

蠶絲有“纖維皇后”的美譽(yù)，由于手感柔軟、吸濕透氣性好、穿著舒適等一系列優(yōu)異的服用性能而深受人們喜愛。[1]目前蠶絲的工業(yè)化染色一般使用酸性染料，雖具有色譜齊全，色澤鮮艷等優(yōu)點，但染料中含有一些具有致癌芳香胺物質(zhì)的品種，且應(yīng)用時或多或少會對人體產(chǎn)生一些傷害，在合成過程中也會造成環(huán)境的污染。隨著經(jīng)濟(jì)的日益增長以及生活水平的逐漸提高，人們對日用紡織品及服裝的綠色環(huán)保要求也隨之提高，更多地關(guān)注于服裝對身體健康和環(huán)境保護(hù)的影響。尋求天然的染料上染蠶絲已成為一種必然趨勢[2，3]。

水溶性紅曲黃素是一種天然真菌色素，其通過水解使其分子內(nèi)的酯鍵斷裂，形成羧基和羥基，從而提高其水溶性，即在該色素上含有可與蠶絲纖維反應(yīng)的基團(tuán)，故能夠滿足在較低溫度下就能上染蠶絲纖維，而不損傷纖維本身。因此，嘗試?yán)盟苄约t曲黃素上染蠶絲纖維，以期研究其最佳染色條件，降低蠶絲染色溫度，達(dá)到較好的染色效果[4]。

1 試驗

1.1 材料和儀器

蠶絲織物：標(biāo)準(zhǔn)白色桑蠶絲紡織品

染料及助劑：紅曲黃素(廣東天益生物科技有限公司)；冰醋酸(分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司)

儀器：JA203型電子分析天平；721型可見分光光度計；FE20型酸度計；HH-6型恒溫水浴鍋；DHG-9140A型鼓風(fēng)干燥箱；Cobori7光度儀；Judge-Ⅱ-S型標(biāo)準(zhǔn)光源箱；Perkin Elmex FT-IR紅外光譜儀；YG(B)026H-250型織物強(qiáng)力機(jī)儀；Y571D型色牢度摩擦儀

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

準(zhǔn)確稱取0.02g紅曲黃素，配制于250mL容量瓶中作為標(biāo)準(zhǔn)染液。搖勻靜置后，配制成8個不同濃度的染液。分別測定各濃度染液在最大吸收波長λmax時的吸光度值，以濃度為橫坐標(biāo)，測定的吸光度值為縱坐標(biāo)作圖，制得該染料的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線[5]。

1.2.2 染色最佳工藝的確定

(1) 最佳濃度的確定

分別配制染色濃度(o.w.f)為0.2%、1%、3%、5%、7%、9%、11%、13%、15%、17%、19%、21%、25%、30%、35%、40%、45%、50%的紅曲黃素染液，用冰醋酸調(diào)節(jié)染浴的pH值為4.0左右，室溫入染，逐漸升溫至85℃，而后保溫60min，溫水(45℃)洗，冷水洗，50℃烘干。根據(jù)上染百分率及織物K/S值選擇染色最佳濃度，后續(xù)染色工藝在此選定的染色濃度下進(jìn)行。

(2)最佳溫度的確定

在上述工藝條件確定的染料濃度下，在不同溫度梯度下進(jìn)行染色。配制染液，用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值，室溫入染，逐漸升溫至指定溫度，溫度梯度為：95℃、90℃、85℃、80℃、75℃、70℃。而后保溫60min，水洗，烘干。根據(jù)上染百分率及織物K/S值選擇染色最佳染色溫度。

通過上述實驗步驟即可確定染色最佳濃度和溫度。

1.3 結(jié)構(gòu)分析與測試

1.3.1 上染百分率測定

利用721型可見分光光度計，測定染色殘液的吸光度，并通過公式(1)計算上染百分率

1.3.2 K/S值測定

利用Cobor i7光度儀測試染色織物的K/S值

1.3.3 紅外光譜分析

利用Perkin Elmex FT-IR紅外光譜儀對紅曲黃素、蠶絲織物以及染色蠶絲織物進(jìn)行紅外光譜分析

1.3.4 摩擦牢度測試

根據(jù)GB/T3920— 2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y定。利用Y571D型色牢度摩擦儀分別對不同染料濃度、不同溫度下的染色織物進(jìn)行干、濕摩擦牢度測試，探討不同工藝條件對摩擦牢度的影響

1.3.5 織物強(qiáng)力測試

根據(jù)GB/T3923.1《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，利用YG(B)026H-250型織物強(qiáng)力機(jī)儀分別對不同染料濃度、不同溫度下的染色織物進(jìn)行拉伸強(qiáng)力測試，探討不同工藝條件對織物拉伸強(qiáng)力的影響

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

對紅曲黃素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。測得該色素的最大吸收波長為468nm，以濃度為橫坐標(biāo)，波長為468nm下對濃度的吸光度為縱坐標(biāo)，做出標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖1所示。

圖1 紅曲黃素染色標(biāo)準(zhǔn)曲線

以標(biāo)準(zhǔn)染液的濃度為x，其相應(yīng)吸光度值為y，由圖1可得出紅曲黃素的標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=18.578x，其中R2=0.99727，線性擬合較好，直線斜率為18.578，即隨著紅曲黃素濃度的增加，其吸光度值也會隨之增加，且增加速度較快。利用該標(biāo)準(zhǔn)曲線方程可以由相應(yīng)的吸光度得到其上染率。

2.2 染料及織物的紅外光譜分析

紅曲黃素、蠶絲織物原布及染色蠶絲織物(染料濃度為15%(o.w.f)，染色溫度為85℃)的紅外光譜圖如圖2所示。

圖2 紅曲黃素、蠶絲織物紅外光譜圖

圖2中分別為紅曲黃色素、蠶絲織物原布及染色蠶絲織物(染料濃度為15%(o.w.f)，1698cm-1和3276cm-1處雙峰為酰胺鍵吸收峰[6]，從圖中可以看出，與蠶絲原布相比，染色后蠶絲織物酰胺鍵吸收峰面積增大，這是由于紅曲黃素堿解形成的羧基和羥基與蠶絲織物上的氨基發(fā)生反應(yīng)，形成酰胺鍵，使得染色后蠶絲織物上的酰胺鍵數(shù)量增加，即紅曲黃素與蠶絲織物發(fā)生反應(yīng)，結(jié)合到蠶絲織物上。

2.3 不同工藝條件對上染性能及染深性的影響

2.3.1 染色濃度對上染性能的影響

(1)染色濃度對上染百分率的影響

用不同染色濃度對蠶絲進(jìn)行染色，得到各染色殘液的吸光度值，代入標(biāo)準(zhǔn)曲線公式中得出殘液的濃度，再利用公式：

上染率=(1-C2/C1)×100% 公式(2)

式中：C1為染液的原始濃度(g/L)；C2為染色殘液的濃度(g/L)。

得到不同染料濃度下的上染百分率如圖3所示。

圖3 紅曲黃染色蠶絲不同濃度下的上染百分率

從圖3中可以看出，染色濃度變化對上染率影響并不明顯，起先隨著染色濃度的增加，上染率基本不變，當(dāng)染色濃度達(dá)到15%(o.w.f)之后上染率逐漸下降。這表明紅曲黃素上染蠶絲的上染率較高，在染料濃度到達(dá)15%(o.w.f)之后，紅曲黃素在蠶絲上解吸要大于吸附，上染趨于飽和，故濃度在15%(o.w.f)之后，其上染率逐漸下降。

(2)濃度對織物染深性的影響

染色織物的染深性用織物的K/S值來表示，測定不同染料濃度的K/S值，來確定織物的最佳染色濃度。結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同染色濃度下染色織物K/S值的變化

由圖4可以得出：染料濃度在0%～15%(o.w.f)之間時，隨染料濃度的增加，染色織物的K/S值基本呈直線增加，在15%(o.w.f)之后，織物K/S值的增加速度逐漸減低，隨著染色濃度的進(jìn)一步增加，織物的K/S值趨于平衡，最終平衡在37左右。這是由于在染料濃度達(dá)到15%(o.w.f)后，染色達(dá)到飽和狀態(tài)，蠶絲吸附紅曲黃素的能力下降，所以表現(xiàn)在織物上為染色深度增加速度開始降低。

綜合不同濃度下的上染率和織物的K/S值，可得出在濃度超過15%(o.w.f)后，上染率下降，染深性增加速度下降，故確定最佳染色濃度為15%(o.w.f)。

2.3.2 染色溫度對上染性能的影響

(1)染色溫度對上染百分率的影響

在不同溫度下對蠶絲織物進(jìn)行染色，得到結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同溫度下的上染百分率

從圖5可以看出，隨溫度的增加，染色過程上染百分率會有所增加，在70oC～85℃范圍內(nèi)，上染百分率增加并不明顯，溫度達(dá)到85℃以上，上染百分率增加速度有所上升，到95℃趨于平衡。隨著溫度的升高纖維的結(jié)晶度降低，纖維間隙也有所增大，染料分子運(yùn)動劇烈，其擴(kuò)散速率隨之增加，內(nèi)部的反應(yīng)性基團(tuán)暴露出來，所以上染率逐漸增大。

(2)染色溫度對織物染深性的影響

染色織物的染深性用織物的K/S值來表示，測定不同染料濃度的K/S值，來確定織物的最佳染色濃度。測定結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同溫度下織物的K/S值

由圖6可以得出：隨溫度的增大，織物的K/S值逐漸增大，增大趨勢最明顯的是在80oC～85℃之間，曲線的走向趨勢也與其上染百分率隨溫度值變化基本一致。染色溫度增加，蠶絲織物中結(jié)晶區(qū)減少，暴露出來的反應(yīng)性基團(tuán)增多，進(jìn)而染色深度增加，然而染色溫度從85℃增加至90℃，織物K/S值增大并不明顯，從節(jié)約能源和保護(hù)織物角度出發(fā)，將染色溫度定在85℃[7]。

2.3.3 染色條件對織物摩擦牢度的影響

表1 不同濃度下織物的干濕摩擦牢度

表2 不同溫度下織物的干濕摩擦牢度

由表1、表2可以得出：紅曲黃素染色蠶絲織物的耐摩擦牢度都較高，其中干摩均高于濕摩。染色濃度對其耐摩擦牢度有一定的影響，隨著染色濃度的增加，織物的干濕摩擦牢度都有一定的下降。因為染料濃度較高時，超過了蠶絲織物的染色飽和值，過量的染料附著在纖維上形成浮色從而導(dǎo)致其耐摩擦牢度下降。

染色溫度的提高也可增加其耐摩擦牢度。提高染色溫度可以使纖維上的反應(yīng)基團(tuán)充分暴露，增加染料與纖維結(jié)合的可能性，其結(jié)合也更為緊密，故摩擦牢度增加。

2.3.4 染色條件對織物強(qiáng)力的影響

分別對不同染料濃度、不同溫度下的蠶絲織物進(jìn)行拉伸強(qiáng)力測試，得到各染色織物的強(qiáng)力損失率，結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 不同染料濃度下織物的強(qiáng)力下降率

圖8 不同溫度下織物的強(qiáng)力下降率

由圖7、圖8可以得出：染色過程都會對織物的強(qiáng)力有所損傷。

增加染色濃度，織物的強(qiáng)力會有細(xì)微的下降。造成這一現(xiàn)象的原因可能是染料濃度增加，多余的染料以氫鍵和范德華力吸附到蠶絲纖維表面，破壞了原來纖維間的分子間作用力，使纖維更容易發(fā)生相對滑移，所以織物的強(qiáng)力會有一定的下降。

溫度對染色織物拉伸強(qiáng)力的影響較大，隨著溫度的增加，織物的拉伸強(qiáng)力下降。增加溫度會導(dǎo)致織物內(nèi)纖維微觀結(jié)構(gòu)的變化，分子鏈段運(yùn)動，纖維聚集狀態(tài)發(fā)生改變，無定型區(qū)增多，從而導(dǎo)致拉伸強(qiáng)力下降。

3 結(jié)論

(1)通過不同濃度下上染率和織物K/S值的測定，發(fā)現(xiàn)染料濃度增大可一定程度上提高織物的上染率和染深性，但增加到一定程度時，上染率下降，染深性增加速度也下降，可確定此時的染料濃度即15%(o.w.f)為最佳染色濃度。

(2)通過不同溫度下上染率和織物K/S值的測定，發(fā)現(xiàn)隨著染色溫度的升高，織物的上染率和染深性都會進(jìn)一步增加，在85℃下染色可獲得較好的染深性。

(3)拉伸強(qiáng)力測試、色牢度性能測試結(jié)果，升高染色溫度會使力學(xué)性能發(fā)生變化，而織物的摩擦色牢度都比較高。

[1] 洪劍寒，李文亮，等.導(dǎo)電蠶絲的制備與性能研究[J].成都紡織高等專科學(xué)校學(xué)報，2016(3)：36-39.

[2] 趙學(xué)恒,于伯齡. 絲綢的天然染料染色[J]. 北京服裝學(xué)院學(xué)報, 1998, 18(2): 6-11.

[3] Y Wan, A Wan,R Rahim, et al. The Application of GlutaAptera Wood (Rengas) as Natural Dye on Silk and Cotton Fabrics[J]. Universal Journal of Environmental Research & Technology, 2011, 1(4): 545-551.

[4] 余建平. 紅曲的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 科技信息, 2010(32): 126-127.

[5] 陳英. 染整工藝實驗教程[M]. 中國紡織出版社, 2004.

[6] 羅曦蕓, 馬雯婷, 武敬青，等. 利用紅外光譜評價文物微環(huán)境中有機(jī)酸對蠶絲纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)影響[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2012, 32(4):921-924.

[7] 孫浪濤,張一心,張鵬飛. 溫度對蠶絲結(jié)構(gòu)及性能的影響[J]. 毛紡科技, 2013, 41(3):61-63.

Dyeing Property of Ankaflavin on Silk

PITing-ting,HUANGQi-fan,MAHui,ZHANGHuan-xia,WUWen,CAOJian-da

(Material and Textile Engineering College, Jiaxing University, Jiaxing 314001)

By taking ankaflavin as a kind of dye to dyeing silk fabric, the dyeing property of ankaflavin was studied, the optimal process of dyeing silk was determined and the changes of mechanical properties of dyed silk fabric were explored in order to apply natural fungal pigment to silk fabric. The results showed that dyeing silk fabric could be realized in a relative low temperature such as 85℃ to reduce the dyeing energy cost, K/S value of silk would increase with changes of dyeing concentration and the increase rate would slow down after 15%(o.w.f), that was, relatively high dyeing rate would be obtained at 15%(o.w.f).

ankaflavin dyeing silk dyeing property

2016-09-20

浙江省紗線材料成形與復(fù)合加工技術(shù)研究重點實驗室開放課題(MTC2014-002)

皮婷婷(1995-)，女，學(xué)士，研究方向：紡織品的染色及后整理。

TS193

A

1008-5580(2017)01-0160-05