婁江飛，鞏繼賢，張健飛

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387)

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明膠蛋白在滌綸茶色素染色中的應(yīng)用

婁江飛1，2，鞏繼賢1，2，張健飛1，2

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387)

仿生整理是現(xiàn)在織物整理的熱點(diǎn)課題，但對(duì)于茶多酚上染滌綸織物的研究較少，本文立足這一目標(biāo)進(jìn)行深入研究。采用將滌綸織物進(jìn)行堿減量處理，利用戊二醛交聯(lián)劑,使得明膠蛋白質(zhì)能夠附著到滌綸織物表面，并結(jié)合牢固。通過(guò)分析葉干重濃度、pH、染色溫度、染色時(shí)間四個(gè)影響因素對(duì)織物K/S值的影響，選出處理織物的最佳染色工藝，并對(duì)其做色牢度測(cè)試，結(jié)果顯示其耐磨擦色牢度提高1～1.5個(gè)等級(jí)，耐水洗牢度提高0.5～1個(gè)等級(jí)，耐曬牢度提高2個(gè)等級(jí)。

明膠蛋白 滌綸 茶色素 染色 色牢度

0 前言

滌綸具有良好的耐熱性、抗光性、化學(xué)穩(wěn)定性、良好的尺寸穩(wěn)定性[1]，是一種廣泛使用的紡織材料。但與天然纖維相比，滌綸具有吸濕性差[1]、易靜電、穿著舒適性差、易沾污、不易著色的問(wèn)題[1-3]。為了提高滌綸的應(yīng)用性能，常采用堿減量處理、親水性化學(xué)整理的方法使其在外觀和內(nèi)在質(zhì)量和天然纖維更加接近。茶色素作為一種常見的天然染料，具有良好的生物降解性，染色服裝和其他東西時(shí)，顏色自然優(yōu)雅，有天然的芳香，而且還具有一定的抗菌保健功效，并對(duì)環(huán)境更溫和，更貼切“綠色生活”[4-5]。

仿生整理是現(xiàn)在織物整理的熱點(diǎn)課題，但對(duì)于茶色素上染滌綸織物的研究較少，本課題立足這一目標(biāo)進(jìn)行深入研究。采用將滌綸織物進(jìn)行堿減量處理，用戊二醛做交聯(lián)劑，使明膠蛋白能夠牢固地附著到滌綸織物表面[2,6]。用茶天然色素對(duì)其染色，并對(duì)染色時(shí)的四種影響因素茶葉干重濃度、pH、染色溫度、染色時(shí)間,進(jìn)行染色效果K/S值分析，找出最佳的染色工藝。并對(duì)最佳染色試樣進(jìn)行耐磨擦、耐水洗和耐日曬等牢度,構(gòu)建新的滌綸茶色素染色方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

織物：經(jīng)煮練、氧漂的純棉織物(市售)。

試劑：羅布麻茶、氫氧化鈉(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究院)、戊二醛(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究院)、明膠(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究院)、皂片(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)。

儀器與設(shè)備：DHW型調(diào)溫電熱套(黃驊市中興儀器有限公司)，YP-5002型電子天平(上海佑科儀器儀表有限公司)，GZX-GF101-1-S型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，XW-HWR型旋轉(zhuǎn)式紅外小樣機(jī)(靖江市新旺染整設(shè)備廠)，Datacolor-600型分光測(cè)色儀(美國(guó)Datacolor公司)，Y-571-B型耐摩擦牢度儀(溫州方圓儀器有限公司)，SW-12型耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)(江蘇省無(wú)錫縣紡織儀器廠)，ACR-2型150+日曬牢度試驗(yàn)機(jī)(西儀電子有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 明膠蛋白處理

堿減量處理:按照浴比1：50配好質(zhì)量濃度為20g/L的氫氧化鈉溶液，將10cm×10cm的滌綸織物放入燒杯中，在80℃ 恒溫水浴鍋中處理90 min，取出，水洗烘干。

明膠-戊二醛處理：將堿減量后的滌綸織物放到80℃的4g/L明膠溶液中，處理30min，取出，水洗，再放置到3g/L的戊二醛溶液中，恒溫80℃處理40min，水洗，烘干，以備染色。

1.2.2 茶色素溶液的制取

準(zhǔn)確稱取一定量的羅布麻茶末，按照干重30 g/L的濃度配好水溶液，在電熱套上加熱至煮沸，浸提60 min，隨后過(guò)濾并去除濾渣，提取液存入錐形瓶并密封待用。

1.2.3 整理工藝

圖1 染色工藝曲線

1.3 測(cè)試

1.3.1 K/S值及色光測(cè)定

用Datacolor-600型分光測(cè)色儀在織物上均勻的取8個(gè)點(diǎn)測(cè)定各織物的L*、a*、b*和K/S值。采用D65光源，10 °視場(chǎng)，試樣測(cè)定4次取平均值。

1.3.2 牢度測(cè)試

耐摩擦色牢度按GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)定。

耐洗色牢度按GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味龋涸囼?yàn)1》測(cè)定。

耐曬色牢度按GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　窚y(cè)定。

1.3.3 抗紫外性能測(cè)試

參照美國(guó)AATCC 183-2004測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，使用Camspec-M350型紫外可見分光光度計(jì)，測(cè)定染色后棉織物在波長(zhǎng)280nm～400nm范圍內(nèi)的UPF值。

1.3.4 抗菌性測(cè)試

參照美國(guó)AATCC100-2004測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),對(duì)織物的抗菌性能進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸染色工藝優(yōu)化

2.1.1 茶葉干重濃度對(duì)染色效果的影響

茶葉干重不同，會(huì)影響茶提取液中的茶色素類物質(zhì)的含量，也會(huì)影響染色時(shí)色素上染量。對(duì)不同茶葉干重下染色織物測(cè)試其K/S值，結(jié)果如圖2，染色圖片見圖3。

圖2 茶葉干重濃度對(duì)染色效果的影響

圖3 不同茶葉干重濃度下染色織物的顏色

由圖2和圖3可知，相同茶葉干重濃度下，處理棉織物的染色效果優(yōu)于未處理棉織物。隨著茶葉用量的增加，改性棉織物的K/S值先增大后趨于平緩，用量為14g/L時(shí)，K /S 值變化趨勢(shì)變緩，繼續(xù)增加用量，K/S 值上升趨勢(shì)不明顯。這可能是因?yàn)槊髂z蛋白處理后棉織物上結(jié)合了一定量的明膠蛋白，染色時(shí)，蛋白質(zhì)分子中的氨基酸上的氨基會(huì)優(yōu)先于茶色素中的酚羥基結(jié)合，使其與茶色素類分子之間的靜電引力增大，但由于織物上的蛋白質(zhì)的量恒定，茶提取液濃度達(dá)到一定程度后，與棉織物上的氨基酸分子完全結(jié)合，染色達(dá)到飽和[7]。故選擇用量為16g/L。

2.1.2 pH值對(duì)染色效果的影響

茶多酚在不同pH條件下，會(huì)發(fā)生分子異構(gòu)化，使染液顏色由棕紅色變成綠色?？疾靝H對(duì)羅布麻提取液茶上染明膠-戊二醛處理前后的滌綸織物的影響，染色后K/S值見下頁(yè)圖4，染色圖片見下頁(yè)圖5。

圖4 pH對(duì)染色效果的影響

圖5 不同pH下染色織物的顏色

由圖4和圖 5可知，明膠-戊二醛處理后，織物的染色效果有了明顯的提升，K/S值有了顯著地增加。當(dāng)pH過(guò)小時(shí)，K/S值增加較快，織物的顏色也比較深，但是在pH=3～4時(shí)，得到的顏色與預(yù)期顏色差別較大，織物顏色發(fā)綠光，不符合茶色素染色織物的要求，不宜采用。pH=7時(shí)，K/S值達(dá)到最大值，織物的顏色為紅棕色。當(dāng)pH大于7之后，K/S值有些許下降，pH=9時(shí)織物的顏色較淺，這可能是由于茶色素在偏堿性條件下穩(wěn)定性比較弱，發(fā)色基團(tuán)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，顏色也隨之變化。故選擇pH=6～7，作為最適pH。

2.1.3 染色溫度對(duì)染色效果的影響

染色溫度不同，會(huì)影響天然染料的活性，對(duì)織物的染色效果產(chǎn)生不同的影響?？疾烊旧珳囟葘?duì)茶多酚上染明膠-戊二醛處理前后的滌綸織物的影響，染色后K/S值見圖6，染色圖片見圖7。

圖6 染色溫度對(duì)染色效果的影響

由圖6和圖7可知，隨著染色溫度的升高，染色后織物的K/S值和顏色越來(lái)越深，處理織物的染色效果明顯高于未處理織物。這說(shuō)明在染浴溫度小于 100℃時(shí)，溫度的上升使纖維的膨脹程度上升，增加了茶多酚分子在染液中的動(dòng)能，使纖維上吸附的明膠分子中的氨基基團(tuán)與茶多酚染料中酚羥基團(tuán)的反應(yīng)速率加快。當(dāng)溫度大于120℃時(shí)，這種影響逐漸趨于飽和，因此 K/S 值有了輕微的下降，故選擇120℃為最適染色溫度。

圖7 不同染色溫度下染色織物的顏色

2.1.4 染色時(shí)間對(duì)染色效果的影響

在染色過(guò)程中，達(dá)到設(shè)定的溫度后，保溫時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響茶多酚與纖維的結(jié)合，從而使染料上染率有所不同，為了選擇合適的保溫時(shí)間，染色后K/S值見下頁(yè)圖8，染色圖片見下頁(yè)圖9。

圖8 染色時(shí)間對(duì)染色效果的影響

由圖8和圖9可知，對(duì)于茶多酚染色，隨著染色時(shí)間的增加，染色織物的顏色越來(lái)越深，明膠處理織物在60min以后K/S值趨于穩(wěn)定，整體來(lái)說(shuō)，處理織物的染色效果優(yōu)于未處理織物。說(shuō)明染色時(shí)間越久，茶多酚上染率越大。但是，纖維上結(jié)合的明膠的量是一定的，這就類似于分散染料染色一樣，纖維上“染座”的數(shù)量是一定的，時(shí)間的延長(zhǎng)并不能使更多的茶多酚上染到織物，故而選擇60min為最優(yōu)染色時(shí)間。

圖9 不同染色溫度下染色織物的顏色

2.2 最佳工藝色牢度分析

由2.1可知，最佳的工藝條件為：茶葉干重濃度16g/L，染液pH=6～7，染色溫度為120 ℃，染色時(shí)間為60 min。測(cè)試最優(yōu)工藝下未改性織物和改性織物的耐磨擦、耐洗和耐曬牢度，結(jié)果如表 1。

由表1可知，與未改性的棉織物相比，改性棉織物染色后其耐磨擦色牢度提高1～1.5個(gè)等級(jí)，耐水洗牢度提高0.5～1個(gè)等級(jí)，耐曬牢度提高2個(gè)等級(jí)。這可能是由于蛋白質(zhì)中含有氨基和羧基，不僅具有較強(qiáng)的絡(luò)合能力，而且具有兩性性質(zhì)，在接近等電點(diǎn)的條件下，蛋白質(zhì)上的部分氨基帶正電荷，使帶陰電荷的天然染料易于吸附和上染[8-10]，進(jìn)而發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，提高了染料的上染率，并且使染色織物的色澤穩(wěn)定、浮色較少、固色性能良好且摩擦牢度較高。

表1 未改性織物和改性織物的各項(xiàng)牢度值

3 結(jié)論

(1)通過(guò)研究明膠蛋白處理棉織物染色時(shí)的四個(gè)影響因素——茶葉干重濃度、染液pH、染色溫度和染色時(shí)間，得到改性織物最優(yōu)的染色工藝，茶葉干重濃度16g/L，染液pH=6～7，染色溫度為120℃，染色時(shí)間為60 min。

(2)明膠蛋白處理棉織物染色后其耐磨擦色牢度提高1～1.5個(gè)等級(jí)，耐水洗牢度提高0.5～1個(gè)等級(jí)，耐曬牢度提高2個(gè)等級(jí)。說(shuō)明戊二醛交聯(lián)劑可以牢固的將蛋白質(zhì)固著在纖維表面，染色時(shí)，色素與蛋白質(zhì)結(jié)合，不僅能達(dá)到染色的目的，還能起到固色的目的。

(3)明膠蛋白經(jīng)過(guò)戊二醛交聯(lián)劑處理,沉積在纖維表面,能夠促進(jìn)滌綸常壓染色，使本來(lái)無(wú)法對(duì)滌綸染色的茶色素,能夠著色,并且顯著提高茶色素的吸附上染速率， 明顯增大染料的上染量和織物的染色深度，縮短染色時(shí)間，降低染色溫度。

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Application of Gelatin Protein in Polyester Tea Pigment Dyeing

LOUJiang-fei1,2,GONGJi-xian1,2,ZHANGJian-fei1,2

(1. College of Textile,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387; 2.Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Ministry of Education, Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387)

Bionic finishing is a hot research subject of fabric finishing while little research has been conducted in tea polyphenol dyed fabric,which is the foundation for this research. The polyester fabric was conducted alkali deweighting treatment and glutaraldehyde was used as cross-linking agent to make gelatin protein adhere to the surface of polyester fabric and fix firm. The influence of four elements including tea dry weight concentration,pH value,dyeing temperature and time on K/S value of fabric was analyzed,the optimal dyeing process of the fabric was selected and color fastness test was done. The results showed that the color fastness to rubbing was improved 1-1.5 grade,washing fastness increased 0.5-1 grade and light fastness was raised 2 grades.

gelatin protein polyester tea pigment dyeing color fastness

2017-02-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31200719,51403152,51473122),國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0400503-02)。

婁江飛(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：天然染料的染色應(yīng)用。

鞏繼賢(1975-)，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

TS193

A

1008-5580(2017)02-0081-05