丁 洪,吳 艷,王祥榮,3

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215123; 2.上海凱喜雅國(guó)際貿(mào)易有限公司,上海 201206;3.蘇州大學(xué) 紡織行業(yè)天然染料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 蘇州 215123)

紅花黃色素是從菊科植物紅花的花瓣中提取出的天然色素,為黃色粉末,易溶于水,在pH值2～7范圍內(nèi)的水溶液中呈黃色,不易變色[1]。紅花黃色素的主要成分為查耳酮類(lèi)化合物[2]。紅花黃色素具有色價(jià)高、色澤鮮艷、著色均勻等特點(diǎn)[3],同時(shí)還具有抗氧化、降血壓、提高血脂代謝、改善心肌缺血等多種醫(yī)用功能[4]。近年來(lái),已有研究者采用紅花黃用于紡織品的染色,但所染織物的耐光色牢度偏低[3,5],還需進(jìn)一步研究以提高其染色性能。

楊梅栲膠是由富含單寧的植物原料楊梅樹(shù)皮經(jīng)過(guò)水浸提和濃縮等步驟加工制得的多酚類(lèi)化合物[6],通常為棕黃色或棕褐色粉末。楊梅栲膠中的單寧成分含有大量的酚羥基,能夠與金屬離子進(jìn)行絡(luò)合[7],參與到天然染料與纖維的配位鍵結(jié)合過(guò)程中,同時(shí)在纖維表面形成大分子膜,提高天然染料染色織物的各項(xiàng)色牢度,因此,楊梅栲膠也被用作天然媒染劑[8]。

本文通過(guò)探討直接染色、預(yù)媒染和后媒染等不同染色工藝條件下楊梅栲膠的加入對(duì)紅花黃色素羊毛織物染色的影響,以期為開(kāi)發(fā)基于植物資源的天然媒染劑以及提高天然染料染色羊毛織物各項(xiàng)色牢度的途徑和方法提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

實(shí)驗(yàn)材料:羊毛針織汗布(面密度80 g/m2,錦柯草木染(上海)科技有限公司);楊梅栲膠(工業(yè)品,廣西靈水林化有限公司);紅花黃(食品級(jí),云南瑞寶生物科技股份有限公司);精練劑(自制),平平加O(江蘇四新界面劑科技有限公司);十八水合硫酸鋁(Al2(SO4)3·18H2O,分析純,上海展云化工有限公司);冰醋酸(CH3COOH)、無(wú)水碳酸鈉(Na2CO3)(分析純,江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司);標(biāo)準(zhǔn)皂片(上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所)。

實(shí)驗(yàn)儀器:HG-TC2008型紅外染色機(jī)(無(wú)錫亞博紡織設(shè)備有限公司);SW-12A型水洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)(寧波紡織儀器廠(chǎng));Y(B)902型汗?jié)n色牢度烘箱(溫州市大榮紡織儀器有限公司) ;Alpha型日曬牢度儀(SDL Atlas公司);UltraScan PRO型分光測(cè)色儀(Hunter Lab公司);TM-3030型臺(tái)式掃描電子顯微鏡/SwiftED3000型能譜儀(日本日立技術(shù)公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 織物預(yù)處理

將羊毛織物放入含有精練劑1 g/L,碳酸鈉1 g/L,浴比1∶40的處理液中,在80 ℃條件下,處理30 min,60 ℃水洗,冷水洗至中性。

1.2.2 直接染色實(shí)驗(yàn)

按照浴比為1∶40在不銹鋼染杯中配制含有紅花黃色素用量4%(owf)、平平加O用量1 g/L、一定量楊梅栲膠的染液,用冰醋酸調(diào)節(jié)pH值為4,預(yù)先將染液升溫到40 ℃,將經(jīng)過(guò)預(yù)處理或預(yù)媒染處理的羊毛織物投入到染杯中,并將染杯置于紅外染色機(jī)的固定夾上,設(shè)定轉(zhuǎn)速為20 r/min,以1 ℃/min的速度升溫至95 ℃,恒溫染色45 min,再以3 ℃/min速度降溫至50 ℃,取出織物。

1.2.3 媒染染色實(shí)驗(yàn)

預(yù)媒染和后媒染工藝參數(shù)相同:按照浴比1∶40、媒染劑用量6%(owf)配制媒染液,將媒染液預(yù)先在水浴中升溫到40 ℃,然后投入經(jīng)過(guò)1.2.1節(jié)工藝預(yù)處理的織物(前媒染)或按1.2.2節(jié)工藝染色后的織物(后媒染),開(kāi)始媒染,以2 ℃/min升溫速度將溫度升至60 ℃,再保溫媒染40 min,再以3 ℃/min 速度將溫度降至50 ℃,取出織物。

1.2.4 皂洗實(shí)驗(yàn)

按照浴比1∶40,中性皂片2 g/L配制皂洗液,將皂洗液加熱到80 ℃,加入完成染色的織物,皂洗20 min,然后再用80 ℃熱水洗(浴比1∶40)20 min,最后用冷水沖洗,擠干水分,晾干。

1.3 性能測(cè)試

顏色特征值的測(cè)定:將染色羊毛織物折疊成4層,在分光測(cè)色儀上進(jìn)行測(cè)試,采用D65標(biāo)準(zhǔn)光源,視場(chǎng)角為10°,光譜掃描范圍為400～700 nm,每塊樣品在不同的位置測(cè)試4次,取平均值[9-10]。

耐光色牢度:按照GB/T 8427—2019《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐人造光色牢度:氙弧》進(jìn)行測(cè)試。

耐汗?jié)n色牢度:按照GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》進(jìn)行測(cè)試。

耐皂洗色牢度:按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》中A(1)方法進(jìn)行測(cè)試。

表面元素測(cè)試:使用臺(tái)式掃描電子顯微鏡和能譜儀組合對(duì)染色織物進(jìn)行能譜掃描測(cè)試,分析織物表面的元素含量[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1 楊梅栲膠用量對(duì)羊毛直接染色的影響

按照1.2.2節(jié)染色方法,固定紅花黃色素用量 4%(owf)、平平加O 1 g/L,染色溫度95 ℃,染色時(shí)間45 min,改變楊梅栲膠的用量,對(duì)羊毛織物進(jìn)行直接染色,按照1.3節(jié)測(cè)試方法測(cè)試相關(guān)性能,楊梅栲膠用量對(duì)紅花黃色素染色羊毛織物K/S值的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 楊梅栲膠與紅花黃色素直接染色羊毛的K/S值曲線(xiàn)Fig.1 K/S value curve of directly dyed wool with Box myrtle extract and safflower yellow pigment

由圖1可知,采用直接染色工藝,楊梅栲膠的加入并沒(méi)有對(duì)紅花黃色素染色織物的K/S曲線(xiàn)有明顯影響,在波長(zhǎng)400～700 nm范圍內(nèi),不同楊梅栲膠用量的K/S值曲線(xiàn)變化趨勢(shì)基本一致。在最大吸收波長(zhǎng)400 nm處,染色羊毛織物的K/S值隨著楊梅栲膠用量的增加略增大,說(shuō)明楊梅栲膠的加入對(duì)紅花黃色素上染羊毛織物的色深值有一定的影響。

楊梅栲膠用量對(duì)羊毛織物顏色特征值和色牢度的影響分別見(jiàn)表1、2。由表1可知,楊梅栲膠用量的增加會(huì)使明度值L*降低,織物顏色變深,這是由于染色過(guò)程中,除了紅花黃色素上染羊毛織物以外,楊梅栲膠分子上的酚羥基也會(huì)通過(guò)與纖維形成氫鍵而吸附到纖維上[12],從而降低了羊毛織物的明度;同時(shí),隨著楊梅栲膠用量的增多,織物的彩度c*值也有所降低,鮮艷度下降,說(shuō)明加入楊梅栲膠后,楊梅栲膠自身的顏色會(huì)影響羊毛織物的明度和彩度;另外,從楊梅栲膠用量對(duì)色相角h的影響看,楊梅栲膠用量對(duì)色相角的影響不大。

表1 楊梅栲膠用量對(duì)紅花黃色素直接染色羊毛織物顏色特征值的影響Tab.1 Effect of the amount of Box myrtle extract on the color characteristic value of safflower yellow pigment directly dyed wool fabric

由表2可知,紅花黃色素直接染色的羊毛織物耐汗?jié)n色牢度和耐皂洗色牢度優(yōu)良,達(dá)到4～5 級(jí),但耐光照色牢度較差,僅有1級(jí)。同時(shí),加入楊梅栲膠后羊毛織物的耐光照色牢度并未得到改善,說(shuō)明紅花黃色素在只使用楊梅栲膠的情況下無(wú)法提高其耐光照色牢度。因此,在此工藝條件的基礎(chǔ)上,選用金屬媒染劑硫酸鋁以預(yù)媒染和后媒染的方法對(duì)羊毛織物進(jìn)行媒染處理,進(jìn)一步研究媒染工藝對(duì)紅花黃色素羊毛染色性能的影響。

表2 楊梅栲膠用量對(duì)紅花黃色素直接染色羊毛織物色牢度的影響Tab.2 Effect of the amount of Box myrtle extract on the color fastness of safflower yellow pigment directly dyed wool fabric

2.2 不同工藝條件下楊梅栲膠對(duì)羊毛染色的影響

按照1.2.2節(jié)染色方法,固定紅花黃色素用量為4%(owf)、平平加O用量為1 g/L,染色溫度為95 ℃,時(shí)間為45 min;按照1.2.3節(jié)的媒染方法,固定硫酸鋁用量為6%(owf),媒染溫度為60 ℃,時(shí)間為40 min,對(duì)羊毛織物進(jìn)行媒染染色。考察不同工藝條件下,添加楊梅栲膠對(duì)紅花黃色素染色羊毛織物性能的影響。不同染色工藝條件見(jiàn)表3。

表3 染色工藝條件Tab.3 Dyeing process conditions

楊梅栲膠對(duì)采用不同工藝染色織物K/S值的影響如圖2所示,對(duì)羊毛織物顏色特征值和色牢度的影響見(jiàn)表4、5。

表4 不同染色工藝對(duì)羊毛織物顏色特征值的影響Tab.4 Effect of different dyeing processes on color characteristic value of wool fabric

圖2 不同染色工藝條件下織物的K/S值曲線(xiàn)Fig.2 K/S value curve of dyed fabric under different dyeing process

由圖2、表4可知,當(dāng)媒染劑為十八水合硫酸鋁時(shí),媒染方法對(duì)染色羊毛針織物的K/S值曲線(xiàn)有一定的影響,但整體變化不大。經(jīng)硫酸鋁媒染可提高羊毛織物的K/S值,其中,采用硫酸鋁后媒染的工藝中紅花黃色素在染色階段對(duì)羊毛充分上染[13],媒染過(guò)程染料和鋁離子通過(guò)形成配位鍵增加了染料和羊毛之間的相互作用,使染料在羊毛上的吸附量增多[14]。在沒(méi)有添加楊梅栲膠的條件下,媒染并不影響到染色織物的明度和彩度,而楊梅栲膠與紅花黃色素同浴染色再進(jìn)行媒染時(shí),染色織物的明度和彩度均有下降,說(shuō)明楊梅栲膠也參與了與鋁離子的配位并吸附在纖維上。同時(shí),不同工藝的染色織物的色相角相差不大。

由表5可知,紅花黃色素對(duì)羊毛織物進(jìn)行染色時(shí),采用硫酸鋁進(jìn)行預(yù)媒染或后媒染均可使紅花黃色素染色織物的耐光色牢度提高到2級(jí);但如果染色時(shí)添加楊梅栲膠,再加上預(yù)媒染或后媒染(3#和5#),可進(jìn)一步提升染色織物的耐光色牢度。其中,紅花黃色素與楊梅栲膠同浴染色再經(jīng)硫酸鋁后媒染的織物耐光色牢度可提高至4級(jí),并且,耐皂洗色牢度和耐汗?jié)n色牢度不受影響,均達(dá)到4～5級(jí)。這可能是由于在楊梅栲膠的存在下,楊梅栲膠中含有的酚羥基能夠參與到染料和纖維與鋁離子之間的配位鍵結(jié)合[15],從而使染料更好地固著在纖維上,達(dá)到提高色牢度的目的。

表5 不同染色工藝對(duì)羊毛織物色牢度的影響Tab.5 Effect of different dyeing processes on color fastness of wool fabric 級(jí)

為了進(jìn)一步證明預(yù)媒染和后媒染2種工藝條件下,鋁離子與染料和纖維之間的作用情況,對(duì)按照3#和5#工藝染色的織物進(jìn)行能譜(EDS)掃描測(cè)試,能譜圖如圖3所示,測(cè)得的織物表面元素含量見(jiàn)表6。

表6 不同染色工藝下織物表面元素含量Tab.6 Content of elements on the surface of the fabric under different dyeing processes %

圖3 不同工藝染色羊毛織物的能譜圖Fig.3 Energy spectrum of dyed wool fabric under different dyeing processes

由圖3、表6可知,采用栲膠與紅花黃同浴染色,硫酸鋁后媒染的織物表面鋁元素含量高于預(yù)媒染的織物,說(shuō)明在后媒染工藝條件下有更多的鋁離子參與到與纖維、紅花黃色素和栲膠形成配位鍵結(jié)合,使天然色素的穩(wěn)定性和耐光色牢度得到提高。

綜上可知,采用紅花黃色素與楊梅栲膠同浴染色,然后再采用硫酸鋁后媒染的工藝可以得到各項(xiàng)色牢度較好的染色織物(5#)。進(jìn)一步探討采用該工藝,固定其他條件,改變楊梅栲膠用量對(duì)紅花黃色素染色羊毛織物耐光色牢度的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 楊梅栲膠用量對(duì)5#染色織物耐光色牢度的影響Tab.7 Effect of the dosage of Box myrtle extract on the light fastness of dyed fabric under process 5#

由表7可知,采用紅花黃色素與楊梅栲膠同浴染色,再用硫酸鋁進(jìn)行后媒染時(shí),隨著楊梅栲膠加入量的增加,染色織物的耐光色牢度顯著提高,當(dāng)楊梅栲膠用量為3%(owf),耐光色牢度提升至4級(jí),再增加用量,耐光色牢度不再提高,為了減少楊梅栲膠加入對(duì)染色織物明度和彩度的影響,建議楊梅栲膠的用量為3%～4%(owf)。

3 結(jié) 論

通過(guò)探討直接染色、預(yù)媒染和后媒染等不同染色工藝條件下楊梅栲膠的加入對(duì)紅花黃色素羊毛織物染色的影響,得到最佳工藝為:紅花黃色素與楊梅栲膠同浴染色,然后再采用硫酸鋁后媒染,在此基礎(chǔ)上得到以下結(jié)論:

①紅花黃色素對(duì)羊毛織物染色時(shí),加入楊梅栲膠在pH值為4、溫度95 ℃的條件下同浴染色45 min,然后在60 ℃條件下,用6%(owf)硫酸鋁媒染,能顯著提升羊毛織物的耐光色牢度,使染色織物的各項(xiàng)色牢度均達(dá)到4級(jí)及以上。能譜測(cè)試表明,該工藝條件下,有更多的鋁離子參與了配位鍵的形成。

②楊梅栲膠的加入會(huì)降低染色羊毛織物的明度和彩度,楊梅栲膠最佳用量為3%～4%(owf)。