植物染料染制品的剝色與染料光譜特征研究

朱逸行，王樹根，馬 東，余君紅，陳曉光，吳穗生

(1.江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇 無錫214122；2.廣東廣紡檢測計量技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州510663)

0 前言

植物染料的色素對水的溶解度很好，染液可以直接吸附到纖維上[1]，工藝流程為：配制染液—染色—水洗、干燥—皂洗、烘干，同時染色過程要注意pH值的調(diào)節(jié)，用食鹽進行固色，因為需要提取色素并作分析，所以不能采用常規(guī)的氧化法或還原法對織物進行剝色，所以選取合適的有機溶劑萃取織物上的染料，這種剝色方法是一種物理作用，與棉纖維并不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[2-4]。 并要對提取的植物染料做紫外測試分析，紫外可見光譜可以對色素分子的各個光的波長選擇性的吸收，而當色素的濃度發(fā)生變化時，色素的特征吸收光譜的形狀、特征峰的形狀都不會發(fā)生改變，這也是紫外光譜定性分析色素的標準[5]。

1 試驗部分

1.1 材料、藥品和儀器

染料：葡萄籽染料、茜草染料、槐米染料、梔子果染料、葉綠素銅鈉鹽

藥品：NaCl、乙酸、甲醇均為A．R級；去離子水

儀器設(shè)備：SXT-06索氏提取器，美國Data-color公司Data-color 650反射分光光度儀，BUCHI旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，索氏提取器，紫外分光光度儀

1.2 試驗方法

1.2.1 植物染料的染色

葡萄籽染料的染色：稱取0.5g 葡萄籽提取物染料，加入100ml水，取出約20ml染液存放于25ml容量瓶中。調(diào)至pH=3，加入約1g棉織物，在 80℃恒溫水浴中染色1h，加入少量NaCl固色約30分鐘后取出，將織物放入烘箱烘干。烘干后剪下一半用于剝色。

槐米蘆丁染料的染色：稱取0.5g 槐米蘆丁染料，加入100ml水，取出約20ml染液存放于25ml容量瓶中。調(diào)至pH=3，加入約1g棉織物，在 80℃恒溫水浴中染色1h，加入少量NaCl固色約30分鐘后取出將織物放入烘箱烘干。烘干后剪下一半用于剝色。

茜草染料的染色：稱取0.5g 茜草染料，加入100ml水，取出約20ml染液存放于25ml容量瓶中。調(diào)至pH=3，加入約1g棉織物，在 80℃恒溫水浴中染色1h，加入少量NaCl固色約30分鐘后取出將織物放入烘箱烘干。烘干后剪下一半用于剝色。

石榴皮染料的染色：稱取0.5g葉綠素銅鈉鹽染料，加入150ml水，取出約20ml染液存放于25ml容量瓶中。調(diào)至pH=4，加入約2g棉織物，在 80℃恒溫水浴中染色1h，加入少量NaCl固色約30分鐘后取出將織物放入烘箱烘干。烘干后剪下一半用于剝色。

1.2.2 植物染料的染織品的剝色

剝色：量取約15ml甲醇、7ml乙酸、7ml水配成剝色液，加入染色后的織物在 80℃恒溫水浴中剝色約2h，然后將提取液進行蒸發(fā)濃縮之后，注意減壓濃縮開始時的溫度不宜過高，壓強也不要過低，防止提取液會噴濺出來，溫度應(yīng)從75℃逐漸升高至85℃左右，壓強從500PA到150PA，加入適量的乙醇或丙酮除去提取過程中提取下來的蛋白質(zhì)和糖類，生成沉淀后過濾，減壓濃縮，濃縮之后加二氯甲烷溶解后調(diào)至pH至中性或弱酸性，讓更多的有機色素溶解在二氯甲烷中，二氯甲烷會與水分層，萃取之后用無水硫酸鈉干燥，干燥完再將二氯甲烷相減壓蒸發(fā)濃縮，濃縮至1ml左右用蒸餾水溶解作為染料的待測液。

1.3 測試方法

1.3.1 K/S值的測試與剝色率的計算

K/S值的測試采用的是Data color 650分析測試，采用D65光源，在10°視角下測定剝色前后織物的表面色深，每個樣品重復(fù)4次，K/S值取染色織物最大吸收波長(λmax)處的數(shù)值，并按下列公式計算剝色率。

式中R指的是棉織物的反射率； K為有色物質(zhì)的吸收系數(shù)；S為散射系數(shù)。一般情況下，不單獨計算K值和S值，而是用K/S的比值來表示，因此通常稱K/S值。(K/S)0指的是剝色前棉織物的表面色深值；(K/S)1指的是剝色后棉織物的表面色深值。

1.3.2 紫外光譜測試

日本島津 UV-1800型紫外可見分光光度計分別測試萃取液與染液的紫外光譜曲線。以染料提取試劑作為空白，掃描波長范圍 200nm～800nm。該儀器檢測靈敏度較高，定性分析萃取樣與標準樣的譜圖是否一致。

1.3.3 紫外光譜積分面積計算

對染料的近紫外區(qū)(200nm～400 nm)與可見光區(qū)(400nm～800 nm)的光譜曲線進行積分并計算近紫外區(qū)與可見光區(qū)的積分面積比值。具體可以是：用origin分析軟件，繪制好光譜圖之后依次按照選擇Analysis→Mathematics→Integrate→Open Dialog→input→Rows→ByX，在ByX中輸入波長范圍200nm～400nm，點擊ok得到近紫外區(qū)積分面積；重復(fù)上述操作，波長范圍改為400nm～800nm得到可見光區(qū)的積分面積；最后計算出近紫外區(qū)與可見光區(qū)的積分面積比值。

2 結(jié)果與討論

2.1 剝色率的分析討論

表1 四種植物染料染色織物的剝色率對比

由表1可以看出，四種植物染料染色織物的K/S值明顯下降，槐米蘆丁染料的染色織物的剝色率達到了87.94%，經(jīng)過剝色處理后的植物染料染色織物的顏色深度明顯變淺，K/S值變小。在水中加入酸之后會破壞色素與棉纖維間的作用，由于乙酸和甲醇的極性都很大，離子化作用強，酚羥基會在極性較大的溶劑中會離子化形成-O-，而植物染料中一般含有多酚結(jié)構(gòu)，甲醇、乙酸能提供質(zhì)子氫與酚羥基和芳環(huán)上的氧原子結(jié)合形成氫鍵，所以親水性變得更好，溶劑更容易帶著色素分子擴散到溶液中。色素一般在酸性條件下穩(wěn)定，提取加酸也是起到保護顏色不會改變的作用，所以乙酸/甲醇/水的體系對織物剝色具有良好的效果。

2.3 紫外譜圖分析

(a)茜草染液與提取液的紫外—可見吸光光譜對比

(b)葡萄籽剝色液與染液的紫外—可見吸光光譜對比

(c)槐米蘆丁染液與剝色液的紫外—可見吸光光譜對比

(d)石榴皮染液與提取液的紫外—可見吸光光譜對比

圖2 植物染料的紫外光譜積分面積比值

從圖1和圖2中可以看出，植物染料的紫外光譜在近紫外區(qū)有著明顯的強吸收峰，而在可見光區(qū)的吸收峰很弱，甚至沒有特征吸收峰，通過植物染料提取液與植物染料原液的紫外光譜圖可以看出，特征峰的峰形基本沒有遭到破壞，且其他位置的峰形也很相似，所以乙酸/甲醇/水(體積比為1∶2∶1，下同)對織物具有較好的剝色效果。通過分析計算得到四種植物染料近紫外區(qū)與可見光區(qū)的積分面積比值要大于5，而實驗測得一些常見的合成染料的紫外光譜近紫外區(qū)與可見光區(qū)的積分面積要小于5，并且是在可見光區(qū)有明顯的特征峰，而在近紫外區(qū)的峰很弱，甚至沒有特征峰。

3 結(jié)論

(1)采用直接染色法對棉織物進行染色，且染得的織物經(jīng)水洗后仍具有較好的色牢度，所以又用乙酸/甲醇/水的溶劑體系對染色棉織物進行剝色，葡萄籽染料染色織物、茜草染料染色織物、槐米染料染色織物、石榴皮染料染色織物都有較好的剝色效果。

(2)通過紫外光譜圖可以萃取下來的植物染料與染料原液的光譜圖出峰位置和峰形基本一致，說明用乙酸/甲醇/水的溶劑體系提取下來的染料的主要結(jié)構(gòu)沒有被破壞。

(3)葡萄籽染料、茜草染料、槐米蘆丁染料、石榴皮染料在近紫外區(qū)有著明顯的特征吸收峰，而在可見光區(qū)的吸收峰很弱，近紫外區(qū)的積分面積與可見光區(qū)的積分面積比值大于5。

參考文獻

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