蒲黃對(duì)蠶絲的染色和抗紫外性能

王 妍，楊孟楠，馬志媛，曹機(jī)良

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院,河南鄭州 450007)

蒲黃對(duì)蠶絲的染色和抗紫外性能

王 妍，楊孟楠，馬志媛，曹機(jī)良

(河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院,河南鄭州 450007)

采用蒲黃色素用于蠶絲織物染色，研究pH值、染色溫度、蒲黃用量、保溫時(shí)間、對(duì)蠶絲織物染色性能的影響，并探究了蒲黃染色殘液的重復(fù)染色效果。通過(guò)測(cè)試織物的K/S和顏色特征值來(lái)探討染色織物的顏色性能，并對(duì)染色后蠶絲織物的抗紫外線性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蒲黃用量3.125g/L時(shí)，pH值為4，溫度90℃，保溫時(shí)間60min的條件較適合蒲黃對(duì)蠶絲織物的染色，染色織物的UPF值達(dá)到32.22，干摩擦和濕摩擦均為5級(jí)，耐洗牢度中蠶絲沾色為4～5級(jí)，棉沾色為5級(jí)，蠶絲褪色牢度為3級(jí)。

天然染料 蠶絲 抗紫外 染色 蒲黃

蠶絲具有柔和悅目的光澤、平滑柔軟的手感、輕盈美麗的外觀，其吸濕性好，穿著滑爽舒適，蠶絲的這些優(yōu)良性質(zhì)是任何其他紡織纖維無(wú)法相比的[1-2]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，用天然染料來(lái)染紡織品逐漸成為紡織品染整加工的熱點(diǎn)。天然染料是指從植物、動(dòng)物或礦產(chǎn)資源中獲得、沒(méi)有經(jīng)過(guò)化學(xué)加工的染料，并且天然染料具有較好的生物可降解性和減少對(duì)壞境的污染[3-7]。蒲黃中的主要化學(xué)成分為黃酮類，如香蒲新苷、柚皮素、槲皮素等，亦含有甾醇類、多糖類以及鞣質(zhì)等化學(xué)成分[8-9]。尚含烷烴類及有機(jī)酸類，如二十五烷酸、蔗糖、乙酸、丙酮酸、蘋果酸、檸檬酸、香草酸等[8]。黃酮類化合物結(jié)構(gòu)多為酮類和多酚羥基類結(jié)構(gòu)，第一位上的氧原子具堿性，能與強(qiáng)酸成鹽，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中的多個(gè)活性酚羥基，提供的氫質(zhì)子可直接參與氧化自由基反應(yīng)生成半醌式自由基，從而終止了自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制了各類過(guò)氧化反應(yīng)[10-11]。而且黃酮類和酚類，具有雙鍵、共軛雙鍵或三鍵結(jié)構(gòu)，能夠吸收紫外線的能量。因此染料蒲黃具有一定的抗紫外能力[12-13]。本文使用蒲黃色素對(duì)染蠶絲織物進(jìn)行染色，探究其染色性能。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

織物：蠶絲雙縐織物。

染料：蒲黃色素(陜西澳源生物技術(shù)有限公司)。

1.2 染色方法

蒲黃3.125g/L，pH值4，浴比1:50，在振蕩水浴鍋中染色，30℃入染，以2℃/min升溫至90℃，保溫60min，取出試樣后水洗，烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 蠶絲織物抗紫外性能的測(cè)試

依據(jù)AS/NZS4399-1996《日光防護(hù)服評(píng)定和分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)，在UV-2000F型織物紫外透過(guò)率測(cè)試儀上測(cè)試式樣的UPF值，每個(gè)試樣測(cè)8次的平均值。

1.3.2 顏色特征值的測(cè)試

顏色特征值：試樣的表觀色深K/S值和L、a、b、c、h°值在Color-Eye 7000A美國(guó)X-Rite公司測(cè)色儀上測(cè)定，采用D65光源和10°觀察角，每個(gè)試樣測(cè)量4次取平均值。染色蠶絲的顏色深度ΔE按式(1)計(jì)算：

式(1)

L1、a1、b1是未曬蠶絲的顏色色特征值，L2、a2、b2日曬后蠶絲的顏色特征值。

1.3.3 染色牢度的測(cè)試

耐洗牢度按《GB/T 3921.1-2008紡織品耐洗色牢度試驗(yàn)方法》測(cè)定；摩擦牢度按《GB/T 3920-2008紡織品耐摩擦色牢度試驗(yàn)方法》測(cè)定；日曬牢度按《GB/T 8429-1998紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿諘窭味葘?shí)驗(yàn)方法》測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值的影響

蒲黃3.125g/L，室溫下投入纖維，以2℃/min升溫至90℃，保溫60min，pH值對(duì)蠶絲織物K/S值、UPF值的影響如圖1所示。由圖1可以看出，隨著pH的增加，染色蠶絲織物的K/S值有所下降，尤其是從pH值為7到11時(shí)下降趨勢(shì)明顯，這說(shuō)蠶絲適合在酸性條件下染色。這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下蠶絲織物帶正電荷，染料蒲黃的結(jié)構(gòu)為酮類和多酚羥基類結(jié)構(gòu)，第一位上的氧原子具堿性，因此在酸性介質(zhì)中染料帶負(fù)電荷，有利于染料和蠶絲的結(jié)合。在堿性條件是蠶絲織物帶負(fù)電荷，染料帶負(fù)電荷，兩者之間存在斥力，不利于染料上染蠶絲織物。當(dāng)酸性過(guò)強(qiáng)時(shí)，上染速率過(guò)快，造成染色不均勻，所以應(yīng)在弱酸性條件下染色。隨著pH值的增加，UPF值下降。這可能是因?yàn)槿玖掀腰S中黃酮類，黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)具有雙鍵、共軛雙鍵或三鍵的二苯酮類化合物，這類化合物存在分子內(nèi)氫鍵，具有較強(qiáng)的紫外吸收性能，且黃酮類化合物具有兩個(gè)吸收帶，發(fā)生電子躍遷吸收光能。

圖1 pH 值對(duì)蒲黃染色蠶絲K/S和UPF值的影響

由表1可以看出，pH增加，L增加，說(shuō)明織物顏色變淺，a為負(fù)值偏綠光，其變化較小，b為正值偏黃光，b值減小，黃光減弱，染色織物為黃色偏綠光。c值下降,鮮艷度下降，h°不變，說(shuō)明織物色光沒(méi)有隨染色pH改變。這可能是因?yàn)殡S著pH的變大，染料在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的吸光度降低，且最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生偏移。

表1 pH對(duì)蒲黃染色蠶絲顏色特征值的影響

2.2 溫度的影響

蒲黃3.125g/L、pH為4、室溫下，投入纖維，以2℃/min升至不同的溫度，保溫60min，染色溫度對(duì)染色蠶絲織物K/S和UPF值的影響如下頁(yè)圖2所示。由圖2可以看出，溫度升高，染色蠶絲織物的K/S值稍有下降。這是因?yàn)闇囟壬撸腰S色素對(duì)蠶絲的親和力下降，上染至蠶絲纖維的染量減少，織物的得色量降低。而隨著溫度的增加，蠶絲織物的UPF值不斷的上升，可能是因?yàn)槿玖掀腰S中有酚類、苯甲酸類等含有雙鍵、或三鍵結(jié)構(gòu)的無(wú)色化合物對(duì)紫外光有較強(qiáng)的吸收性能，所以蠶絲織物的抗紫外能力提高。由下頁(yè)表2可以看出，染色溫度升高，L稍有降低，說(shuō)明顏色變深，a為負(fù)值偏綠光，其變化較小，b為正值偏黃光，b值減小，黃光減弱，染色織物為黃色偏綠光。c值下降，鮮艷度有所降低，h°減小，說(shuō)明織物色光隨染色溫度的升高而降低。

圖2 溫度對(duì)蒲黃染色蠶絲K/S和UPF值的影響

溫度/℃Labch°6090.75-7.9625.6426.85107.247090.38-7.5626.0727.14106.188089.44-6.3125.5226.29103.879089.04-6.3822.8823.75105.5810089.19-6.2522.8823.72105.27

2.3 染色時(shí)間的影響

蒲黃3.125g/L，pH為4，室溫下投入纖維，以2℃/min升至90℃，染色時(shí)間對(duì)染色蠶絲織物K/S值、UPF值的影響如圖3所示。由圖3可以看出，加熱過(guò)程中隨著溫度的升高，染色蠶絲織物的K/S值也明顯升高，但當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)K/S值也逐漸升高，但增加趨勢(shì)變緩，說(shuō)明染色逐漸趨于平衡。由圖3可以看出，隨著溫度的增加UPF值不斷的上升，當(dāng)溫度達(dá)到90℃時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，蠶絲織物的UPF值隨不斷的上升，但上升趨勢(shì)變緩，說(shuō)明隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，更多的蒲黃色素上染蠶絲，蠶絲織物的抗紫外輻射能力增強(qiáng)。由表3可以看出，當(dāng)溫度達(dá)未到90℃時(shí)，L值是趨于穩(wěn)定的，說(shuō)明顏色變化不明顯，a為負(fù)值偏綠光，a值增大，綠光增強(qiáng)；b為正值偏黃光，b值增加，黃光增強(qiáng)，染色織物為黃色偏綠光；c值增加, 蠶絲織物飽和度和鮮艷度有所降低。當(dāng)溫度達(dá)到90℃以后，隨著染色時(shí)間的延長(zhǎng)，L降低，蠶絲織物明亮度減弱，a為負(fù)值偏綠光；a值減小，綠光減弱，b為正值偏黃光；b值變化較小，染色織物為黃色偏綠光；c值是趨于穩(wěn)定，說(shuō)明蠶絲織物的飽和度、彩度、鮮艷度并沒(méi)有受染色時(shí)間的影響。

圖3 染色時(shí)間對(duì)蒲黃染色蠶絲K/S和UPF值的影響

時(shí)間/tLabch°1090.53-4.1513.3413.97107.261590.82-4.3814.4215.07106.902089.64-6.3620.0321.02107.612590.15-7.3123.8024.90107.083090.10-6.6721.8422.83106.994089.21-7.0124.6625.64105.865089.62-7.1725.2126.21105.886588.08-6.3324.4725.28104.508088.11-6.0024.0924.82103.9910087.51-5.8523.9524.65103.7212088.27-5.8123.9324.63103.6515087.32-5.3624.1324.71102.53

2.4 染料用量的影響

pH為4，室溫下投入纖維，以2℃/min升至90℃，保溫60min，染料用量對(duì)染色蠶絲織物K/S值、UPF值的影響下頁(yè)如圖4所示。由圖4可以看出，隨著染料用量的增加，染色蠶絲織物的K/S值有是不斷上升，并且上升趨勢(shì)明顯。是因?yàn)殡S著染料濃度的增加，上染至蠶絲纖維上的上染量增加，織物的得色量提高。隨著染料用量的增加UPF值也不斷的上升，說(shuō)明隨著染料用量的增加的蠶絲織物的抗紫外能力是增強(qiáng)的。這是因?yàn)槿玖狭康脑黾?，使得織物上染料的含量增加，抗紫外黃酮類和酚類化學(xué)物的含量增加，所以蠶絲織物的抗紫外能力增強(qiáng)。由表4可以看出，染料用量的增加，L降低，說(shuō)明織物的染色變深、亮度是減小的；b值、a值和c值都是增加的，說(shuō)明染料量的增加使蒲黃染色蠶絲織物的黃光和綠光都增強(qiáng)，織物的飽和度、鮮艷度也都升高；a為負(fù)值偏綠光，a值增加，綠光增強(qiáng)，b為正值偏黃光，b值增加，黃光增強(qiáng)，染色織物為黃色偏綠光；c值增加，鮮艷度提高，h°不變，說(shuō)明織物色光染料用量而變化。

圖4 蒲黃用量對(duì)蠶絲K/S和UPF值的影響

蒲黃/gLabch°0.3189.85-2.5310.7211.01103.280.6389.85-3.9714.6915.21105.121.2589.94-5.0918.5519.23105.331.8888.97-5.2120.3120.97104.393.7588.25-5.6323.1723.84103.665.0088.02-5.6523.8424.50103.326.2587.39-5.7224.6625.31103.07

2.5 蒲黃重復(fù)染色的研究

蒲黃3.125g/L，室溫下投入纖維，以2℃/min升溫至90℃，保溫60min，對(duì)染液重復(fù)利用，圖5是蒲黃重復(fù)利用次數(shù)對(duì)染色蠶絲織物K/S值、UPF值的影響。由圖5可以看出，隨著染色次數(shù)的增加，染色蠶絲織物的K/S值有是不斷的下降，并且非常明顯，是因?yàn)殡S著染色次數(shù)的增加，染液中色素含量降低，染料上染纖維的量減少，織物的得色量降低。隨著染色次數(shù)的增加，UPF值降低，是因?yàn)殡S著染色次數(shù)的增加，織物的得色量降低，黃酮類和酚類化合物的含量降低，從而使得織物的抗紫外能力減弱。實(shí)際應(yīng)用中，可考慮在染色體系中追加適當(dāng)?shù)纳?，從而達(dá)到續(xù)缸染色的目的。

圖5 蒲黃染液循環(huán)染色次數(shù)對(duì)蠶絲K/S和UPF值的影響

2.6 染色牢度

蠶絲織物在蒲黃3.125g/L、pH值為4、室溫下投入纖維，以2℃/min升至90℃，保溫60min的條件下染色，測(cè)試了耐洗、摩擦、日曬等性能。

2.6.1 耐洗牢度和摩擦牢度

表5為蠶絲織物耐洗牢度和摩擦牢度，由表可知，蒲黃染色織物的耐摩擦牢度很好，且不易沾色，但染色蠶絲織物較容易褪色。

表5 染色蠶絲織物的牢度性能

2.6.2 日曬牢度

表6為蠶絲織物經(jīng)不同時(shí)間日曬后織物的顏色特征值和色差，從表可以看出，日曬時(shí)間的增加，L值減小，說(shuō)明蠶絲織物明亮度提高；a為負(fù)值偏綠光，a值減小，綠光減弱，b為正值偏黃光；b值減小，黃光減弱，染色織物為黃色偏綠光；c值減小，鮮艷度降低；h°減小，說(shuō)明織物色光隨日曬時(shí)間的增加而減小。

表6 染色蠶絲織物的日曬牢度性能

2.6.3 耐洗性能的測(cè)試

下頁(yè)圖6為蠶絲織物的耐洗性能，從圖可以看出其K/S和UPF值隨洗滌次數(shù)的增加而不斷下降，說(shuō)明其染色深度和抗紫外性能水洗后變差。

圖6 洗滌次數(shù)對(duì)蒲黃染色蠶絲UPF和K/S值的影響

3 結(jié)論

(1)溶液的酸堿性，染色溫度，染色時(shí)間都對(duì)蠶絲織物的性能有很大的影響，其中溶液的酸堿度對(duì)其影響較大，在酸性條件下蠶絲織物帶正電荷，而染料帶負(fù)電荷，有利于染料和蠶絲的結(jié)合。

(2)蒲黃用量3.125g/L時(shí)，蠶絲蒲黃染色的最佳工藝為pH值為4、90℃保溫、染色60min，染色織物的水洗和摩擦牢度較好，但褪色牢度和日曬牢度相對(duì)較差，染色殘液可以續(xù)缸染色。

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Dyeing and Anti-UV Performance of Cattail Pollen Pigment on Silk Fabric

WANGYan,YANGMeng-nan,MAZhi-yuan,CAOJi-liang

(School of Materials and Chemical Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007)

Cattail pollen pigment was used to dye silk fabric, the influence of pH value, dyeing temperature, cattail pollen dosage and temperature-holding time on the dyeing performance of silk fabric was studied and the repeated dyeing effect of cattail pollen dye solution residue was explored. The K/S value and color characteristic values of the fabric were tested to explore the color properties of the dyed fabric and the anti-UV performance was tested. The experiment results showed that the right conditions for cattail pollen dyeing silk fabric were that the dosage of cattail pollen was 3.125g/L, pH value 4, dyeing at 90℃ for 60min, and UPF value of the dyed fabric was 32.22, the dry and wet friction fastness were level 5, the staining of washing fastness was level 4-5, the cotton staining was level 5 and the color fading fastness was level 3.

natural dye silk anti-UV dyeing cattail pollen

2017-05-05

2016年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201611517046),河南工程學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(gcxy2017006)。

王妍(1994-)，女，本科，研究方向：紡織品染整工藝。

曹機(jī)良(1982-)，男，博士研究生，講師。

TS193

A

1008-5580(2017)03-0105-05