板栗殼色素對(duì)錦綸的染色性能研究

曾 科，王祥榮

(蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州215021)

天然染料是從植物、動(dòng)物或礦物資源中獲取的，很少或沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)加工的染料，一般對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害，本身也具有一定的保健功能，若用于紡織品染色，符合現(xiàn)行生態(tài)紡織品的發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。板栗殼色素是從廢棄的板栗殼中提取的一種棕色天然色素，結(jié)構(gòu)分析表明板栗殼色素含有酚類、苯環(huán)，是一種多酚類化合物，類似于黃酮類色素[3-4]，而黃酮類物質(zhì)具有一定的抗氧化、抑菌的功效[5]。板栗殼色素在食品中可作為棕色著色劑，也可應(yīng)用于紡織印染。劉俊輝等[6-7]研究了板栗殼色素在真絲織物以及純棉針織物上的染色性能，陳莉等[8]研究了板栗殼色素在羊毛針織物上的染色性能，但未見(jiàn)板栗殼色素對(duì)錦綸織物染色的報(bào)道。

本文主要研究了板栗殼色素對(duì)錦綸的染色性能，探討了染色溫度、pH值、染料用量及NaCl用量對(duì)染色的影響，確定了最優(yōu)工藝條件，最后對(duì)比了直接染色和先媒后染工藝下染色織物的顏色特征值、染色牢度和防紫外線性能。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料:錦綸織物(平方米質(zhì)量65g/m2，江蘇盛虹集團(tuán)有限公司);板栗殼色素(常州美勝生物材料有限公司);七水合硫酸亞鐵、硫酸鋁、冰醋酸、三水合醋酸鈉、一水合檸檬酸、十二水合磷酸氫二鈉、氯化銨、醋酸銨(均為分析純)。

儀器:IR-12SM紅外染色機(jī)(廈門(mén)瑞比精密儀器有限公司)，低噪振蕩式染樣機(jī)(中國(guó)靖江市新旺染整設(shè)備廠)，TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用有限公司)，UltraScan PRO型分光測(cè)色儀(美國(guó)Hunter Lab公司)，Y571B型電動(dòng)摩擦色牢度儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，SW-12型A耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)(無(wú)錫紡織儀器廠)，Atlas Alpha-M型日曬牢度儀(美國(guó)Atlas公司)，Labsphere UV-1000F型紡織品紫外性能測(cè)試儀(美國(guó)Labsphere公司)。

1.2 板栗殼色素染色

1.2.1 直接染色工藝優(yōu)化

取一定量的板栗殼色素，用pH緩沖溶液調(diào)節(jié)至指定pH值，固定浴比為1︰50，室溫下投入錦綸織物，以1.5℃/min的升溫速率升至指定溫度，恒溫染色60 min，水洗，晾干。在固定其他條件不變的情況下，探討染色溫度、染浴pH值、電解質(zhì)用量對(duì)上染百分率和染色織物K/S值的影響。

1.2.2 板栗殼色素對(duì)錦綸織物的提升性

固定染浴pH3，浴比1︰50，染色溫度95℃，取色素相對(duì)織物質(zhì)量濃度為2%～12%，探討色素用量對(duì)上染百分率和染色織物K/S值的影響。

1.2.3 錦綸織物先媒后染工藝

用FeSO4·7H2O或Al2(SO4)3對(duì)錦綸織物進(jìn)行預(yù)媒染，工藝條件為:媒染劑相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，媒染液 pH4，浴比1︰50，媒染溫度 70℃，時(shí)間60min。然后進(jìn)行染色，染色條件為:染浴pH3，浴比1︰50，染色溫度95 ℃。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 上染百分率

采用殘液比色法測(cè)定，用TU-1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定染液吸光度，以λmax=425 nm處測(cè)試，上染百分率按公式(1)計(jì)算:

式中:A0為染色原液的吸光度，A1為染色殘液的吸光度。

1.3.2 顏色特征值及表觀色深值

顏色特征值(L*、a*、b*、C*)及表觀色深(K/S值)用UltraScan PRO型分光測(cè)色儀測(cè)定，采用D65光源，10°視場(chǎng)，測(cè)定4次，取平均值。

1.3.3 染色色牢度

織物的耐摩擦色牢度按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 3921.3—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐洗色牢度》測(cè)定;耐光牢度按 GB/T 8426—1998《紡織品 耐光色牢度試驗(yàn):日光》測(cè)定。

1.3.4 防紫外線性能

防紫外線性能測(cè)試參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能》來(lái)評(píng)定。用 Labsphere UV-1000F型紡織品紫外性能測(cè)試儀測(cè)定織物的紫外透過(guò)性和UPF值，測(cè)定4次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)染色性能的影響

固定色素相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，浴比1︰50，染色溫度95℃，考察不同pH值下織物染色的上染百分率和K/S值，結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH值對(duì)上染率及K/S值的影響Fig.1 Effect of pH value on dye uptake and K/S value

從圖1可以看出，隨著染浴pH值的升高，板栗殼色素對(duì)錦綸織物的上染百分率及織物的K/S值下降明顯。當(dāng)染液pH值比較低時(shí)，錦綸纖維上的末端氨基因質(zhì)子化而帶有正電荷，板栗殼色素分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基帶有弱陰離子性，可以通過(guò)離子鍵結(jié)合而染著于纖維上;隨著pH值的增大，錦綸纖維上末端氨基的正電性下降而羧基的負(fù)電性增加，當(dāng)pH值大于7時(shí)，纖維也帶有負(fù)電性，同時(shí)，板栗殼色素分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基電離成酚氧負(fù)離子，負(fù)電性增加，色素分子必須克服較大的靜電斥力才能上染纖維，故得色明顯下降[9]。因此，板栗殼色素染錦綸的最佳pH值在3～3.6。

2.2 溫度對(duì)染色性能的影響

固定色素相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.5%，浴比1︰50，pH3，考察不同溫度下染色織物的上染百分率和K/S值，結(jié)果如圖2所示。

圖2 染色溫度對(duì)上染百分率及K/S值的影響Fig.2 Effect of dyeing temperature on dye uptake and K/S value

由圖2可知，隨著染色溫度的升高，板栗殼色素對(duì)錦綸織物的上染百分率逐漸提高，同時(shí)織物的K/S值也逐步增加，與上染率的變化趨勢(shì)一致。這是因?yàn)殡S著染色溫度的升高，纖維的膨化程度增大，染料分子的聚集度降低，能更好地?cái)U(kuò)散到纖維內(nèi)部，從而達(dá)到更好的染色效果。但考慮到天然色素的成分復(fù)雜，溫度過(guò)高易使天然染料分解[10]。所以，染色溫度為95℃左右較為合理。

2.3 NaCl對(duì)染色性能的影響

固定pH3，色素相對(duì)織物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，浴比1︰50，染色溫度95℃，考察不同NaCl質(zhì)量濃度下染色織物的上染百分率和K/S值，結(jié)果如圖3所示。

圖3 NaCl質(zhì)量濃度對(duì)上染率及K/S值的影響Fig.3 Effect of NaCl mass concentration on dye uptake and K/S value

由圖3可知，在酸性條件下，NaCl的加入明顯降低了板栗殼色素對(duì)錦綸的上染百分率以及K/S值，并隨著染液中電解質(zhì)濃度的提高而逐漸下降。進(jìn)一步說(shuō)明了在酸性條件下板栗殼色素是以離子鍵的形式上染錦綸的，NaCl可與色素陰離子一起對(duì)纖維發(fā)生競(jìng)?cè)?，從而減緩了色素的上染速率，提高色素染色的均勻性，但將降低天然色素的上染率，使其利用率下降。因此，在保證染色均勻性的條件下，盡量不加中性電解質(zhì)。

2.4 染色提升性

固定pH3，浴比1︰50，染色溫度95℃，對(duì)板栗殼色素的染色提升性進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)上染率及K/S值的影響Fig.4 Effect of mass concentration of pigment on dye uptake and K/S value

由圖4可知，隨著板栗殼色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，染后織物的K/S值不斷提高，說(shuō)明板栗殼色素對(duì)錦綸的染色具有較好的提升性能，但大于8%后，得色量的提高趨于平緩;另外，隨著色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，上染百分率呈明顯的下降趨勢(shì)，即染料的利用率下降。

2.5 預(yù)媒染對(duì)板栗殼色素染色效果的影響

按1.2.3的方法對(duì)錦綸織物進(jìn)行預(yù)媒染，然后在最優(yōu)染色工藝條件下對(duì)其進(jìn)行染色，測(cè)定經(jīng)媒染及未經(jīng)媒染的染色織物的K/S值、顏色特征值及染色色牢度，結(jié)果如表1和表2所示。

由表1可知，經(jīng)硫酸亞鐵預(yù)媒染后，染色織物的K/S值基本不變，而L*、a*、b*、C*值均下降。說(shuō)明織物的明度和鮮艷度下降，色光偏綠、偏藍(lán);而經(jīng)硫酸鋁預(yù)媒染后，染色織物的色光偏紅，明度稍微下降。綜上所述，媒染對(duì)板栗殼色素染錦綸的影響較小。

由表2可知，板栗殼色素對(duì)錦綸具有優(yōu)良的染色牢度，染后織物的摩擦、變色、沾色牢度均在4～5級(jí)以上，摩擦和皂洗過(guò)程中對(duì)錦綸、粘膠基本不沾色，日曬色牢度3～4級(jí)。經(jīng)硫酸亞鐵、硫酸鋁預(yù)媒染后，染色織物的各項(xiàng)色牢度基本保持不變。

表1 媒染劑對(duì)K/S值及顏色特征值的影響Tab.1 Effect of mordant on K/S value and color characteristic value

表2 板栗殼色素上染錦綸的各項(xiàng)色牢度指標(biāo)Tab.2 Various color fastness indicators of nylon dyed with chestnutshell pigment

2.6 防紫外線性能

采用直接染色和先媒后染工藝對(duì)錦綸織物進(jìn)行染色，測(cè)試了染色織物的防紫外線性能，結(jié)果如圖5和表3所示。

圖5 染色前后錦綸織物的紫外透過(guò)率Fig.5 UV transmission of nylon fabrics before and after dyeing

根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能》的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，樣品的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF＞40，且日光紫外線UVA的透過(guò)率TUVA＜5%時(shí)，可稱為“防紫外線產(chǎn)品”。由圖5和表3可知，經(jīng)板栗殼色素染色后，織物的 UVA(315～400 nm)及 UVB(280～315 nm)的透過(guò)率明顯下降;UPF值由35.28增加到132.44(＞40)，且隨著染料用量的增加，染色織物的UPF值不斷增大，UVA及UVB的透過(guò)率逐漸減小。經(jīng)預(yù)媒染處理后，板栗殼色素對(duì)錦綸織物的UPF值、TUVA、TUVB進(jìn)一步提高，說(shuō)明經(jīng)板栗殼色素染色后織物具有優(yōu)良的防紫外線性能。

表3 媒染劑對(duì)錦綸織物UPF的影響Tab.3 Effect of mordant on UPF of nylon fabrics

3 結(jié)論

1)板栗殼色素上染錦綸的最佳工藝條件為pH3～3.6，95℃;加入中性電解質(zhì)將降低色素的上染百分率，在保證勻染的條件下，可以不加電解質(zhì);板栗殼色素對(duì)錦綸具有較好的提升性能，但隨著色素用量的提高，上染百分率下降。

2)板栗殼色素染色錦綸織物具有良好的耐摩擦、皂洗、日曬色牢度，等級(jí)基本都在4級(jí)左右，媒染后染色織物的色光有一定的變化。

3)經(jīng)板栗殼色素染色后的錦綸織物具有優(yōu)良的防紫外線性能，媒染后染色織物的防紫外線性能更佳。

[1]李輝芹，鞏繼賢.天然染料的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究新進(jìn)展[J].染料與染色，2003，40(1):36-38.LIHuiqin，GONG Jixian.The current applicationsituation and developments of natural dyes[J]. Dyestuffs and Coloration，2003，40(1):36-38.

[2]程萬(wàn)里.天然染料蘇木在真絲綢上的應(yīng)用[J].絲綢，2000(10):21-23.CHENG Wanli.Natural dye logwood applied to realsilk fabric[J].Journal of Silk，2000(10):21-23.

[3]趙德義，高文海，花成文，等.板栗殼化學(xué)成分的初步研究[J].陜西林業(yè)科技，2003(2):1-3，47.ZHAO Deyi， GAO Wenhai， HUA Chengwen， etal.Chemical components of castanea mollissimashell[J].Shanxi Forest Science and Technology，2003(2):1-3，47.

[4]賈陸，席芳，王娜，等.板栗殼化學(xué)成分研究[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，2010，41(2):98-102.JIA Lu，XIFang，WANG Na，etal.Chemical constituents of castanea mollissima blumeshell[J].Chinese Journal of Pharmaceuticals，2010，41(2):98-102.

[5]曹緯國(guó)，劉志勤，邵云，等.黃酮類化合物藥理作用的研究進(jìn)展[J].西北植物學(xué)報(bào)，2003，23(12):2241-2247.CAOWeiguo，LIU Zhiqin，SHAO Yun，etal.A progress in pharmacological research of flavonoids[J].Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2003，23(12):2241-2247.

[6]劉俊輝，孫衛(wèi)國(guó)，陳莉，等.板栗殼天然染料對(duì)真絲織物染色性能的影響[J].印染助劑，2009，26(10):27-29.LIU Junhui，SUN Weiguo，CHEN Li，etal.Study on the dyeing behaviour ofsilk fabric with natural dyestuff from chestnutshell[J].Textile Auxiliaries，2009，26(10):27-29.

[7]劉俊輝，孫衛(wèi)國(guó)，陳莉，等.板栗殼天然染料對(duì)純棉針織物染色性能的研究[J].針織工業(yè)，2012(2):43-46.LIU Junhui，SUNWeiguo，CHEN Li，etal.A research on the dyeing property of the chestnutshell natural dye on the pure cotton knitted fabric[J].Knitting Industries，2012(2):43-46.

[8]陳莉，劉玉森.板栗殼天然染料對(duì)羊毛針織物的染色性能研究[J].針織工業(yè)，2009(12):48-50.CHEN Li，LIU Yusen.A research on the dyeing properties of the chestnutshell natural dye on wool knitted fabric[J].Knitting Industries，2009(12):48-50.

[9]趙濤.染整工藝原理:下冊(cè)[M].北京:中國(guó)紡織出版社，2009:131-132.ZHAO Tao.Technological Principle of Dyeing and Finishing:Volume 2[M].Beijing:China Textile ＆ Apparel Press，2009:131-132.

[10]盂憲昌，王孟歌，康永勝.板栗殼色素的提取及其穩(wěn)定性研究[J].河北化工，2002(1):25-27.MENG Xianchang，WANG Mengge，KANG Yongsheng.Extraction andstabilitystudy of chestnutshell pigment[J].Hebei Chemical Engineering and Industry，2002(1):25-27.