朱笑吉，朱衛(wèi)明，余志成,2，宋凱利,2

(1.浙江理工大學(xué) 生態(tài)染整技術(shù)教育部工程研究中心，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

植物染料染色是指利用自然界中的花、草、樹(shù)木的莖、葉、果實(shí)、種子、皮、根提取色素對(duì)織物進(jìn)行染色的一種方法，是我國(guó)古代染色工藝的主流。19世紀(jì)中葉合成染料的出現(xiàn)，植物染料逐漸被替代。合成染料與植物染料相比，色譜齊全、工藝簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、色牢度高且成本低廉。近年來(lái)，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)及對(duì)人類身體健康的重視，天然染料又逐漸被人們重視起來(lái)[1-3]。

研究表明，多種化學(xué)染料能夠產(chǎn)生致癌物質(zhì)[4]，而天然染料無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染，具有較好的生物可降解性，與環(huán)境有較好的相容性。因此，用天然染料代替有毒或污染環(huán)境的合成染料，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)[5-6]。植物染料具有可生物降解、與環(huán)境相容性好等優(yōu)異性能，日益成為紡織品領(lǐng)域新型染料研發(fā)的重點(diǎn)[7]。天然染料中有些中草藥植物染料本身具有藥用價(jià)值，染色后的織物還具有抗菌、消炎、抗紫外線等功能，深受人們的喜愛(ài)[8-9]。

本文提取杉樹(shù)葉天然色素作為植物染料，對(duì)桑蠶絲織物、棉織物進(jìn)行染色，通過(guò)正交試驗(yàn)得出了染色的最佳工藝條件，測(cè)試了最佳工藝染色織物的各項(xiàng)色牢度及染色織物的抗紫外線性能，以期對(duì)杉樹(shù)葉色素的應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

材料：桑蠶絲織物(面密度40.305 g/m2，浙江嘉欣絲綢有限公司)；棉織物(面密度95.304 g/m2，浙江嘉欣絲綢有限公司)；杉樹(shù)葉(浙江理工大學(xué)校園杉樹(shù)落葉)。

藥品：Na2CO3(成都市科龍化工試劑廠)、皂片(上海制皂廠)、稀土(上海麥克林生化科技有限公司)、固色劑A(市售)。

儀器：MP502B型ARA520電子天平(奧豪斯公司)、pHS-3C型pH計(jì)(上海晶磁儀器有限公司)、DYE-24型紅外線染色試樣機(jī)(美國(guó)Data Color公司)、Lambda35型紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)(美國(guó)鉑金埃爾默公司)、SF600-Plus型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀(美國(guó)Data Color公司)、ATLAS-1505型日曬牢度儀(德國(guó)ATLAS有限公司)、紡織品抗紫外因子測(cè)試儀(美國(guó)Lzbsp Here公司)、DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科技有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 杉樹(shù)葉色素的提取

先將杉樹(shù)葉徹底洗凈，然后在烘箱中烘干。浴比1∶20，用10 g/L碳酸鈉做提取劑，在100 ℃條件下提取60 min。將提取得到的杉樹(shù)葉色素提取液放置15 min，然后抽濾，進(jìn)行后續(xù)的染色實(shí)驗(yàn)[10]。

1.2.2 杉樹(shù)葉色素提取液對(duì)桑蠶絲織物、棉織物的染色

采用不同染色方法(直接染色、預(yù)媒染、同浴媒染、后媒染)將杉樹(shù)葉色素提取液對(duì)桑蠶絲織物、棉織物進(jìn)行染色，得到最佳染色方法。

直接染色：浴比1∶50，在一定溫度下染色一定時(shí)間，加入一定量元明粉促染，染色結(jié)束后水洗烘干。

預(yù)媒染：用1 g/L的稀土媒染劑配制媒染染液，浴比1∶50，將織物浸入，80 ℃下媒染30 min，升溫速率2 ℃/min。然后再將織物投入浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中于90 ℃染色60 min，水洗烘干。

同浴媒染工藝：將潤(rùn)濕后的織物，浸入到浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中，將1 g/L的稀土媒染劑加入杉樹(shù)葉色素染液中，90 ℃染色60 min，升溫速率2 ℃/min,水洗烘干。

后媒染工藝：將潤(rùn)濕后的織物，浸入到浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中，90 ℃染色60 min，升溫速率2 ℃/min；再將織物取出，浸入到浴比1∶50，用1 g/L的稀土媒染劑配制媒染染液，80 ℃媒染30 min，水洗烘干。

固色方法：稀土媒染劑染色后，加入5%(owf)固色劑，在35 ℃下固色15 min，浴比1∶40，固色后直接烘干，不能沖洗。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 吸光度測(cè)試

取杉樹(shù)葉色素提取液2 mL，用蒸餾水稀釋至100 mL，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量其在350～800 nm范圍內(nèi)的吸光度。

1.3.2 染色K/S值

采用SF600X型計(jì)算機(jī)測(cè)色配色儀，分別測(cè)定不同工藝下桑蠶絲織物與棉織物的K/S值及L*、a*、b*、c*、h值。測(cè)試條件：D65光源，10°觀測(cè)角下進(jìn)行測(cè)試,試樣折疊4層，測(cè)3次，取其平均值。

1.3.3 色牢度

根據(jù)GB/T 3921—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度》測(cè)試織物的耐洗色牢度。根據(jù)GB/T 8427—1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐光色牢度：日光》測(cè)試織物的耐日曬色牢度，根據(jù)桑蠶絲織物與棉織物的變色情況進(jìn)行評(píng)級(jí)。

1.3.4 抗紫外線性能

根據(jù)GB/T 17032—1997《紡織品 織物紫外線透過(guò)率的試驗(yàn)方法》對(duì)染色織物及皂洗10次后織物進(jìn)行抗紫外線測(cè)試，計(jì)算織物洗滌10次后的抗紫外線保持率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 杉樹(shù)葉色素提取液的吸收光譜

將杉樹(shù)葉在浴比1∶20，碳酸鈉質(zhì)量濃度10 g/L，100 ℃條件下提取60 min后，過(guò)濾除去殘?jiān)玫缴紭?shù)葉色素提取液。將提取液稀釋50倍，進(jìn)行吸光度測(cè)試，結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯觯崛〉玫降纳紭?shù)葉色素最大吸收波長(zhǎng)為521 nm，說(shuō)明該染料為紅棕色。

圖1 杉樹(shù)葉色素提取液的吸收光譜

2.2 染色方法對(duì)染色效果的影響

用杉樹(shù)葉色素提取液對(duì)桑蠶絲織物、棉織物進(jìn)行染色(直接染色、預(yù)媒染、同浴媒染和后媒染)。直接染色：浴比1∶50，染料用量30%(杉樹(shù)葉色素提取液為100%，提取液稀釋3.33倍，即30%)、pH值7，在90 ℃條件下染色60 min。預(yù)媒染：用1 g/L的稀土媒染劑配制媒染染液，浴比1∶50，將織物浸入，80 ℃媒染染液下媒染30 min；然后再將織物投入浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中于90 ℃染色60 min，水洗烘干。同浴媒染：將潤(rùn)濕后的織物，浸入到浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中，將1 g/L的稀土媒染劑加入杉樹(shù)葉色素染液中，90 ℃染色60 min，水洗烘干。后媒染：將潤(rùn)濕后的織物，浸入到浴比1∶50的杉樹(shù)葉色素染液中，90 ℃染色60 min；再將織物取出，浸入到浴比1∶50，用1 g/L的稀土媒染劑配制媒染染液，80 ℃媒染30 min，水洗烘干。

比較不同染色方法下，織物的K/S值及L*、a*、b*、c*、h值，結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，杉樹(shù)葉色素提取液對(duì)桑蠶絲織物、棉織物直接染色時(shí)織物的K/S值較低，這是因?yàn)樯紭?shù)葉色素屬于黃酮類染料，對(duì)桑蠶絲、棉纖維的直接上染率較低。媒染染色后，桑蠶絲織物、棉織物的K/S值有較大幅度的提高，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)媒染劑的架橋作用，增加了杉樹(shù)葉色素與纖維之間的直接性。相比較，3種媒染方法中后媒染染色織物的K/S值最高，染色效果較佳。

表1 不同染色方法對(duì)桑蠶絲織物、棉織物顏色特征值的影響

2.3 染色工藝的優(yōu)化

2.3.1 溫度對(duì)染色效果的影響

浴比1∶50，染料用量30%，染色時(shí)間60 min、染液pH值4.5、元明粉質(zhì)量濃度15 g/L，稀土質(zhì)量濃度1 g/L，媒染溫度80 ℃，媒染時(shí)間30 min，不同的染色溫度(80、90、100 ℃)條件下，對(duì)桑蠶絲織物及棉織物進(jìn)行染色后媒染染色，染色溫度對(duì)織物顏色特征值的影響如表2所示。

表2 染色溫度對(duì)桑蠶絲織物、棉織物顏色特征值的影響

從表2可知，隨著染色溫度的提高，桑蠶絲織物的K/S值增大，這是因?yàn)殡S著溫度升高，染料聚集度下降，纖維溶脹程度增加，有利于染料從纖維表面擴(kuò)散到纖維內(nèi)部。當(dāng)染色溫度為100 ℃時(shí)，桑蠶絲織物的K/S值最高，染色效果最佳。隨著染色溫度提高，棉織物K/S值提高，這是因?yàn)樯邷囟葧?huì)降低染料的聚集度，且纖維的溶脹程度也會(huì)增加，更有利于染料從纖維表面擴(kuò)散到纖維內(nèi)部。染色溫度為90 ℃時(shí)，棉織物的K/S值最高，染色效果最佳。

2.3.2 pH值對(duì)染色效果的影響

浴比1∶50，用染料用量30%，在一定的染色溫度(桑蠶絲100 ℃、棉90 ℃)、染色時(shí)間 60 min、元明粉質(zhì)量濃度15 g/L，稀土質(zhì)量濃度1 g/L，媒染溫度80 ℃，媒染時(shí)間30 min條件下，不同的染色pH值(4.5、5.5、6.5)條件下采用后媒染方法染色，染色織物的顏色特征值如表3所示。

表3 pH值對(duì)桑蠶絲織物、棉織物顏色特征值的影響

從表3可知，pH值較低時(shí)，杉樹(shù)葉色素對(duì)桑蠶絲織物、棉織物染色K/S值較高，隨著染色pH值的提高，染色K/S值降低；當(dāng)染色pH值為4.5時(shí)，染色K/S值最高，染色桑蠶絲織物的a*值、b*值達(dá)到最大值，染色效果最佳。

2.3.3 元明粉質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響

浴比1∶50，染料用量30%，在一定的染色溫度(桑蠶絲100 ℃、棉90 ℃)、染色時(shí)間 60 min、pH值4.5，稀土質(zhì)量濃度1 g/L，媒染溫度80 ℃，媒染時(shí)間30 min，不同元明粉質(zhì)量濃度(0、5、10、15、20 g/L)條件下，對(duì)織物采用后媒染染色方法，考察元明粉質(zhì)量濃度對(duì)染色效果的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可知，不加元明粉時(shí)，杉樹(shù)葉色素對(duì)桑蠶絲織物染色K/S值較低；隨著元明粉質(zhì)量濃度的增加，桑蠶絲織物染色K/S值提高，元明粉質(zhì)量濃度20 g/L時(shí)，桑蠶絲織物染色K/S值最高，染色效果最佳。不加入元明粉時(shí)，杉樹(shù)葉色素對(duì)棉織物染色K/S值較低，隨著元明粉質(zhì)量濃度的提高，棉織物染色K/S值提高，元明粉質(zhì)量濃度15 g/L時(shí)，棉織物K/S值最高，a*值、b*值最大，染色效果最佳。

表4 元明粉質(zhì)量濃度對(duì)染桑蠶絲織物、棉織物顏色特征值的影響

2.3.4 媒染劑對(duì)染色效果的影響

在浴比1∶50，染料用量30%，在一定的染色溫度(桑蠶絲100 ℃、棉90 ℃)、染色時(shí)間(60 min)、染色pH值(4.5)、元明粉用量(桑蠶絲20 g/L、棉15 g/L)條件下染色。然后用媒染劑稀土1 g/L在80 ℃下處理30 min進(jìn)行后媒染。考察染色時(shí)媒染劑對(duì)染色效果的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：未用媒染劑染色的桑蠶絲、棉織物的K/S值分別為1.39、0.05，而媒染后的桑蠶絲、棉織物的K/S值分別為5.69、2.31，明顯高于未用媒染劑染色的織物的K/S值。說(shuō)明用媒染劑后染色效果更佳。

2.4 染色織物的色牢度

為了提高桑蠶絲織物、棉織物的染色牢度，選用固色劑A進(jìn)行固色。固色方法：用稀土媒染劑進(jìn)行后媒染染色后，加入5%(owf)固色劑，在35 ℃下固色15 min，浴比1∶40，固色后直接烘干，不能沖洗。固色前后織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 染色后耐皂洗、耐日曬色牢度 級(jí)

從表5可以看出，經(jīng)稀土媒染劑媒染后，杉樹(shù)葉天然染料染色織物的耐皂洗色牢度在固色前后差別不大，耐皂洗色牢度均能達(dá)到3級(jí)。經(jīng)稀土媒染劑媒染后杉樹(shù)葉提取天然染料染色的耐日曬色牢度中未固色的棉、桑蠶絲織物的耐日曬色牢度都較差；而經(jīng)過(guò)固色后的杉樹(shù)葉提取液染色織物的耐日曬色牢度均有提高，均能達(dá)到3級(jí)。

2.5 染色織物的抗紫外線性能

將在上述試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)杉樹(shù)葉提取液在浴比1∶50，染料用量30%，在100 ℃的條件下染色60 min，染色pH值4.5，元明粉用量20 g/L的條件下染桑蠶絲織物效果最佳；其他條件相同，染色溫度90 ℃，元明粉用量15 g/L染棉織物效果最佳。因此以最佳工藝為基礎(chǔ)，探討杉樹(shù)葉色素染色桑蠶絲、棉織物的抗紫外線性能。測(cè)定稀土媒染劑通過(guò)后媒染染色后桑蠶絲織物、棉織物的紫外線防護(hù)系數(shù)(UPF值)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 后媒染染色后桑蠶絲、棉織物抗紫外線效果

從表6可以看出，桑蠶絲織物使用媒染劑進(jìn)行后媒染染色，所得UPF值達(dá)到308.38；未媒染染色桑蠶絲織物的UPF值僅為7.06，所以杉樹(shù)葉色素提取液染色對(duì)桑蠶絲織物的抗紫外線性能有較大的提高，皂洗10次后UPF值仍然較高，達(dá)259.94。棉織物用稀土媒染后的UPF值可以達(dá)到678，而未媒染染色棉織物的UPF值僅為40.26，皂洗10次后UPF值仍然很高，達(dá)630.49。由此可以看出杉樹(shù)葉色素提取液染色織物的抗紫外線性能優(yōu)異。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文以10 g/L碳酸鈉對(duì)杉樹(shù)葉進(jìn)行提取得到杉樹(shù)葉天然色素，并用于桑蠶絲、棉織物的染色。通過(guò)紫外光譜分析確定了提取液最大吸收波長(zhǎng)。探討了杉樹(shù)葉色素對(duì)桑蠶絲織物、棉織物染色的最佳染色工藝，研究了染色溫度、pH值、元明粉用量以及媒染劑對(duì)染色效果的影響，優(yōu)化了染色工藝，測(cè)試了染色織物的抗紫外線效果，同時(shí)對(duì)染色織物的耐皂洗色牢度和耐日曬色牢度進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出了以下結(jié)論。

①杉樹(shù)葉提取的天然染料最大吸收波長(zhǎng)是521 nm，顏色為紅棕色。

②杉樹(shù)葉提取液對(duì)桑蠶絲織物的最佳染色工藝為：浴比1∶50，染料用量30%，在100 ℃條件下染色60 min，染色pH值4.5，元明粉質(zhì)量濃度20 g/L的條件下染色。對(duì)棉織物的最佳染色工藝為：浴比1∶50，染料用量30%，在90 ℃條件下染色60 min，染色pH值4.5，元明粉用量15 g/L的條件下染色。然后用媒染劑稀土1 g/L在80 ℃下處理30 min進(jìn)行后媒染。

③固色劑A對(duì)織物進(jìn)行固色處理，可提高耐日曬色牢度1～2級(jí)，耐皂洗色牢度提高0.5～1.0級(jí)。經(jīng)過(guò)固色后，杉樹(shù)葉色素提取液染色的桑蠶絲織物、棉織物耐皂洗色牢度與耐日曬色牢度均能達(dá)到3級(jí)；杉樹(shù)葉色素提取液對(duì)桑蠶絲織物及棉織物染色可達(dá)到較好的耐皂洗色牢度，均在3級(jí)以上，耐日曬色牢度有待提高。

④杉樹(shù)葉色素提取液可賦予桑蠶絲織物及棉織物優(yōu)異的抗紫外線效果，經(jīng)過(guò)10次洗滌后其UPF值未發(fā)生明顯降低。桑蠶絲織物、棉織物經(jīng)稀土媒染所得的UPF值較高，桑蠶絲織物的UPF值為308.38，皂洗10次后UPF值仍較高，為259.94；棉織物的UPF值為678.00，皂洗10次后UPF值仍很高，為630.49。因此杉樹(shù)葉色素提取液可作為抗紫外線功能性染料用于紡織行業(yè)。