柞葉染料對(duì)改性黏膠織物的染色研究

鄭 昊，金 瑩，單曉宇，李 剛，賈艷梅,2

(1.遼東學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，遼寧丹東 118003；2.遼寧省功能紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧丹東 118003)

柞樹屬殼斗科植物，在我國(guó)有著廣泛的種植，資源品種豐富，以黑龍江、遼寧、吉林、內(nèi)蒙等地為多。柞樹為落葉喬木，柞樹落葉一般作為燒材或廢棄物，至今未被有效的利用。柞葉中含有豐富的植物多酚類物質(zhì)，其中主要含有各類可水解單寧(五倍子單寧及鞣花單寧)及黃酮類化合物，這些多酚物質(zhì)呈棕色，可以作為紡織品天然染料應(yīng)用[1-3]。黏膠織物屬于再生纖維素織物，對(duì)植物染料沒(méi)有或只有極小的親和力[4-6]，這在很大程度上影響了天然染料在纖維素纖維上的廣泛應(yīng)用。以殼聚糖季銨鹽(HACC)對(duì)黏膠纖維進(jìn)行改性預(yù)處理，賦予纖維表面以正電荷，可以提高其對(duì)天然染料的吸附性能及結(jié)合力，從而改善天然染料可染性[7,8]。本研究從廢棄物柞葉中提取天然染料，研究該染料的提取工藝及其在改性黏膠織物上的染色性能,為柞葉天然染料在再生纖維素織物上的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料: 黏膠織物(市售)，柞葉(采摘于遼東學(xué)院)

藥品: 硫酸亞鐵(分析純)，殼聚糖季銨鹽(取代度≥90%，南通綠神生物工程有限公司)，中性皂粉(市購(gòu))。

儀器:LE2002E型電子天平(METTLER TOLEDO公司)，LLY-29型染樣小軋車(萊州元茂儀器有限公司)，HH-恒溫水浴鍋( 鞏義予華儀器廠) ，T6 紫外-可見光分光光度計(jì)( 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，HL 型染色小樣機(jī)(靖江市海瀾裝備廠)，UV-2000F 紡織品抗紫外線測(cè)試儀(美國(guó)Labsphere公司)，Y-571B 耐摩擦牢度測(cè)試儀( 溫州大榮紡織儀器公司)，SW-12A 耐水洗牢度測(cè)試儀( 溫州大榮紡織儀器公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 柞葉染料的提取

稱取4 g干柞葉若干份，分別加入到100 mL蒸餾水中，即固定料液比為1∶25，分別在不同的提取溫度下，恒溫提取2h，提取液過(guò)濾后以蒸餾水定容至100 mL，測(cè)定不同提取溫度下提取液的紫外-可見光譜，以最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定最佳的提取溫度。在最佳提取溫度條件下，按每40 g 柞葉提取染料原液定容至1L 的料液比，制備染料原液并作為黏膠織物的染液。

1.2.2 黏膠織物的HACC改性預(yù)處理

工藝流程：

兩浸兩軋HACC工作液 (HACC 質(zhì)量濃度5g/L，室溫，軋余率100 %)→烘干(80℃～90℃，3min～5min)→焙烘(120 ℃，4 min)。

1.2.3 黏膠織物柞葉染料染色工藝

分別在不同的染色溫度及染色時(shí)間條件下，進(jìn)行柞葉染料的改性黏膠織物染色試驗(yàn)，以染色試樣與未染色試樣間的色差值ΔE作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定最佳直接染色條件。ΔE值越大，織物得色越深。

直接染色：將2 g經(jīng)HACC改性的黏膠織物在40 ℃下，投入浴比為1∶60的柞樹提取液中，以1.5 ℃ /min速率緩慢升溫至工藝溫度, 染色一定時(shí)間, 取出織物, 水洗, 烘干。

預(yù)媒染色：按浴比為1∶60，將HACC改性黏膠織物投入室溫的媒染浴中，其中含有硫酸亞鐵質(zhì)量濃度為2.5 g /L, 緩慢升溫至50 ℃，振蕩處理30 min, 取出試樣，按浴比為1∶60投入到40 ℃的柞葉染料溶液中，在最佳直接染色溫度下染色, 之后取出織物, 水洗, 烘干。

同媒染色：浴比為1∶60，將改性黏膠織物在室溫下投入柞葉染料染浴中，其中含有媒染劑硫酸亞鐵的質(zhì)量濃度為2.5 g/L, 以1.5 ℃/min 速率升溫至工藝溫度, 染色一定時(shí)間, 之后取出織物, 水洗, 烘干。

后媒染色：按浴比1∶60，將改性黏膠織物于40℃下投入柞葉染料中，以1.5 ℃/min升溫至一定溫度, 染色一定時(shí)間, 取出織物，然后投入至含硫酸亞鐵2.5 g/L的媒處理液中，浴比1∶60，在50℃下恒溫處理30 min, 取出織物, 水洗, 烘干。

1.2.4 測(cè)試方法

提取液紫外-可見光譜：采用紫外-可見分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，以蒸餾水進(jìn)行基線掃描。

染色試樣顏色測(cè)定：總色差ΔE及色坐標(biāo)L、a、b值，采用電腦測(cè)色配色儀進(jìn)行測(cè)定。將試樣折疊2層,每個(gè)樣品不同部位測(cè)定4次，取其平均值。

染色牢度測(cè)定：耐洗色牢度按GB/T 3921-2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》在耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定；耐摩擦色牢度按GB/T 3920-2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》在摩擦色牢度試驗(yàn)儀上測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取溫度對(duì)柞葉提取液紫外-可見光譜的影響

為了解提取溫度對(duì)柞葉染料提取效果的影響，固定提取時(shí)間為2 h，分別在70℃～100℃條件下進(jìn)行染料提取實(shí)驗(yàn)，測(cè)試提取液的紫外-可見光譜，溫度對(duì)提取液的紫外-可見吸收光譜的影響見圖1.

圖1 不同提取溫度下柞葉染料的紫外-可見光譜

圖1可以看出，柞葉染料溶液在可見光波段沒(méi)有最大吸收峰，最大吸收波長(zhǎng)(λmax)為400 nm，色素的外觀為棕色。提取液在紫外波段的最大吸收波長(zhǎng)在212nm～230nm之間(隨提取溫度而異)，該處吸收峰屬于多酚類色素分子中發(fā)色基團(tuán)苯環(huán)的π→π*躍遷。

圖1還可以看出，隨著提取溫度由70 ℃逐漸升高至100 ℃，提取液的吸光度值明顯提高，且100 ℃下提取效果最佳。這是因?yàn)闇囟壬呒铀倭藛螌庮惾玖系娜艹鏊俾剩乙恍?fù)雜的多酚類成分在水中的溶解度隨溫度升高而升高。單寧類物質(zhì)具有良好耐高溫性，因此，確定最佳提取溫度為100 ℃。

2.2 工藝條件對(duì)染色性能的影響

2.2.1 溫度對(duì)染色性能的影響

采用柞葉染料對(duì)HACC改性的黏膠織物進(jìn)行染色，固定染色時(shí)間60 min, 浴比1∶60，調(diào)節(jié)染色溫度分別為60℃～100 ℃，溫度對(duì)色差值ΔE的影響見圖2。

圖2 表明，隨著染色溫度升高，ΔE值提高。說(shuō)明高溫對(duì)染色有利，溫度升高，染料分子動(dòng)能增加，對(duì)纖維的吸附速率提高，對(duì)染色起到推進(jìn)作用。所試的溫度范圍內(nèi)，以100 ℃染色為最佳。

圖2 溫度對(duì)染色試樣ΔE的影響

2.2.2 時(shí)間對(duì)染色性能的影響

以柞葉染料對(duì)改性黏膠織物進(jìn)行染色，固定染色溫度為100 ℃，浴比1∶60，染色時(shí)間對(duì)試樣色差值ΔE的影響見圖3。

圖3 時(shí)間對(duì)染色試樣ΔE的影響

圖3表明, 殼聚糖季銨鹽改性黏膠織物的ΔE值隨染色時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大。當(dāng)染色時(shí)間達(dá)到80 min時(shí), 柞葉染料在改性黏膠織物上的吸附達(dá)到平衡, 再繼續(xù)延長(zhǎng)染色時(shí)間, 色差值增加不明顯。據(jù)此確定適宜的染色時(shí)間為80 min。

2.2.3 媒染劑對(duì)染色性能的影響

采用硫酸亞鐵作為媒染劑，以柞葉提取液進(jìn)行改性黏膠織物的媒染試樣，不同染色條件下試樣的色度值見表1。

表1 不同條件下染色黏膠織物的色度值

2.2.4 染色黏膠織物的抗紫外線性能

柞樹葉染料的主要成分為單寧類物質(zhì)，其在紫外光波段具有良好的吸收特性(圖1)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了不同條件下染色黏膠織物的紫外線防護(hù)性能(以UPF值和紫外線透射率TUVA%及TUVB%表示)，結(jié)果如表2所示。

表2 染色黏膠織物的UPF值及紫外線透射率

表2表明，未處理黏膠織物的紫外線透過(guò)率高，UPF指數(shù)較低，紫外線防護(hù)性能差。經(jīng)HACC預(yù)處理并染色后，織物的紫外線透過(guò)率降低，UPF值提高。特別是硫酸亞鐵媒染試樣，其UPF值提高到未處理空白樣的3倍以上，顯示出一定的紫外線防護(hù)性能。這是因?yàn)樽跞~中單寧類染料分子結(jié)構(gòu)中含有較多的共軛雙鍵，具有較強(qiáng)的紫外線吸收特性，改性黏膠織物在染色過(guò)程中吸附了柞葉染料，因而體現(xiàn)出紫外線防護(hù)性能。

2.2.5 染色牢度

對(duì)柞葉染料染色改性黏膠織物的色牢度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表3。

表3 改性黏膠織物的色牢度

表3可以看出，染色試樣的皂洗牢度和摩擦牢度都不低于3級(jí)。這一方面是因?yàn)樽跞~染料主要為單寧類物質(zhì)，其自身的顏色穩(wěn)定性較好，另一方面，改性后的黏膠纖維與染料之間以離子鍵結(jié)合，加之媒染時(shí)形成的配位鍵，柞葉染料與黏膠纖維間的結(jié)合力強(qiáng)大，不容易脫落。

3 結(jié)論

(1)柞葉染料對(duì)HACC改性的黏膠織物具有良好的上染性能，適宜的染色工藝參數(shù)為：在浴比 1∶60條件下，染色溫度100 ℃，時(shí)間80 min。

(2)硫酸亞鐵媒染對(duì)提高改性黏膠織物柞葉染料的染色深度效果顯著，且媒染試樣具有一定的紫外線防護(hù)性能。所有染色試樣的皂洗牢度及干、濕摩擦牢度均到達(dá)3級(jí)以上。

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