水浸法提取梔子黃染料及其在亞麻棉上染色研究

馬小強(qiáng) 潘婷

摘 要：以水浸法對(duì)天然梔子黃染料進(jìn)行提取，探究浸提液pH、提取溫度、浸提時(shí)間、浴比對(duì)梔子黃染料提取的影響，分析媒染方法和媒染工藝各因素對(duì)棉麻織物的染色性能影響，通過正交實(shí)驗(yàn)得出最佳天然梔子黃最優(yōu)提取工藝和在亞麻棉上最佳媒染工藝。研究發(fā)現(xiàn)，水浸法提取工藝：浴比為1：50， pH=9，提取工藝為 85℃*60min，提取效果最佳。選用硫酸鋁鉀為媒染劑，染色方法為后媒法，媒染劑用量2g/L，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉25g/L可達(dá)較好染色效果，皂洗牢度和濕摩擦牢度能達(dá)到3級(jí)以上。

關(guān)鍵詞：天然染料;梔子黃;媒染劑;亞麻棉織物;色牢度

中圖分類號(hào)：TS193.2 ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-2346（2019）02-0008-07

合成染料以其豐富多彩的色澤和優(yōu)良染色牢度的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)占據(jù)了染料應(yīng)用領(lǐng)域，使天然染料的發(fā)展受到很大的限制。[1]近年人們又認(rèn)識(shí)到合成染料和染料中間體對(duì)人體和環(huán)境都有很大的危害，天然染料又重新被人們所重視。[2]

以梔子果實(shí)為原料提取的梔子黃染料是一種優(yōu)良的具有極高應(yīng)用價(jià)值的染料。[3]梔子黃染料的主要著色成分是西紅花苷和西紅花酸，均易溶于水、乙醇等極性溶劑。[4]在酸性條件下色素穩(wěn)定性較差，中性、堿性條件下色素穩(wěn)定性良好。與其他類胡蘿卜色素相似，梔子黃色素耐日光性較差。[5-6]

本次實(shí)驗(yàn)研究天然染料梔子的提取方法，分析媒染劑和媒染方法對(duì)棉麻織物染色性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

市售梔子、硫酸鋁鉀（西隴化工）、硫酸銅、氯化鎂、硫酸亞鐵、氯化鐵、氫氧化鈉、鹽酸（上海國(guó)藥）、棉/麻 50/50（無錫通順）。

1.2 儀器

XW-ZDR振蕩式染樣機(jī)（靖江新旺）、Y571摩擦牢度儀（溫州大榮）、Datacolor-600 測(cè)配色儀（Datacolor）、JA1003 電子天平（力辰科技）、DHG-9240 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒）、UV1800PC紫外可見分光光度計(jì)（上海菁華）、SW-24E耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州大榮）。

1.3 梔子提取工藝

采用水浸法進(jìn)行提取，稱取搗碎的梔子20 g，浴比為1：30～1：100，調(diào)節(jié)pH值約為3～11，放在電爐上加熱（60～95）℃*（50～120）min后過濾，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮染液待用。取濃縮液5mL，稀釋50倍，測(cè)定其吸光度。

1.4 染色工藝

直接染色法：棉麻布2g，取天然染料提取液100 mL，90℃*45min，水洗烘干。

媒染法：棉麻布2g，取天然染料提取液100 mL，以硫酸鋁鉀、硫酸銅、氯化鎂、硫酸亞鐵、氯化鐵為媒染劑對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)媒染、同媒染和后媒染染色，媒染劑用量2g/L，選擇最宜的媒染劑和媒染方法。

先媒法染色：預(yù)媒處理（60℃*30min）→水洗→染色（75℃*60min）→水洗、烘干。

同浴法染色：（纖維+媒染劑）染色（75℃*60min）→水洗、烘干。

后媒法染色：染色（75℃*60min）→水洗→后媒處理（60℃*30min）→水洗、烘干。

1.5 測(cè)試

1.5.1 染色織物K/S 值

采用電腦測(cè)色配色對(duì)染后織物進(jìn)行K/S 值。

1.5.2 色牢度

參照GB/T 3920-1997《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試。

參照GB/T 3921-2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測(cè)試。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?梔子染料提取工藝優(yōu)化

2.1.1 ? ?梔子染料提取pH的優(yōu)化

稱取粉狀梔子20 g，加入水浴比為1：30，調(diào)節(jié)pH約為3～11，提取工藝為 80℃*60min，取濃縮液5mL，稀釋50倍，測(cè)定其吸光度，如圖1所示。

從圖1可以看出，當(dāng)pH=3～9范圍內(nèi)，其最大吸收波長(zhǎng)445nm處吸光度有所增加，但變化不大;但在pH=10～11時(shí)，溶液最大吸收波峰明顯增加。由于梔子黃染料的主要成分為西紅花苷和西紅花酸，西紅花酸易溶于水，堿性條件下西紅花苷水溶性增強(qiáng)，長(zhǎng)分子鏈上的羧基發(fā)水解增強(qiáng)，從而使染料分子的發(fā)色基團(tuán)得以更大程度的發(fā)揮顯色作用，從而產(chǎn)生深色效應(yīng)。強(qiáng)堿下，西紅花苷水解明顯，為降低水解情況，提高染料得率，故提取pH=9。

2.1.2 ? ?梔子染料提取溫度的優(yōu)化

稱取粉狀梔子20g，加入水浴比為1：30，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為（50～ 80）℃*60min，對(duì)比室溫下提取工藝。取濃縮液5mL，稀釋50倍，測(cè)定其吸光度，如圖2所示。

梔子黃溶液在室溫下提取效果不佳，在50℃～80℃范圍內(nèi)，其最大吸收波長(zhǎng)處吸光度隨溫度增加而增大。但90℃～100℃時(shí)譜型變化較大，吸光度急劇增高。由此推斷，梔子黃在50℃～80℃提取效果穩(wěn)定，成份基本穩(wěn)定不變。在90℃以上成份發(fā)生較大變化，穩(wěn)定性較差。故選擇提取溫度為80℃。

2.1.3 梔子染料提取時(shí)間的優(yōu)化

稱取粉狀梔子20g，浴比為1：30，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為80℃*（45～135）min。取濃縮液5mL，稀釋50倍，測(cè)定其吸光度，如圖3所示。

在一定溫度下，隨著時(shí)間的增加，吸光度有所下降，在45～90min內(nèi)下降不明顯，但超過90min后吸光度明顯降低。445nm 處為梔子黃主要成份藏花酸的特征峰，藏花酸為多烯共軛結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間增加，染料分子吸收光能量后，分子由基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的分子容易發(fā)生電子躍遷，共軛體系下降，易產(chǎn)生淺色效應(yīng)。故提取時(shí)間選為60min。

2.1.4 ? ?梔子染料提取浴比的優(yōu)化

稱取粉狀梔子20g，浴比為1：30～1：100，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為 80℃*60min。取濃縮液5mL，稀釋50倍，測(cè)定其吸光度，如圖4所示。

從圖4可以看出，當(dāng)浴比在1：30～1：50，隨著浴比的增加吸光度增加明顯;當(dāng)浴比到1：60～1：100，吸光度下降。這是由于浴比增加，梔子黃中藏花酸和藏花苷增多，在浴比1：50達(dá)到最大。增加浴比會(huì)使?jié)舛冉档停舛纫合陆?。故選擇浴比為1：50。

2.1.5 ? ?梔子染料提取工藝正交實(shí)驗(yàn)

從上述單因素實(shí)驗(yàn)中選擇最佳條件為：浴比為1：50，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為 80℃*60min。根據(jù)上述的4個(gè)單因素中選取3個(gè)水平參數(shù)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)L9（34），以此來確定最佳工藝。見表1、表2、表3。

極差值是反應(yīng)各因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)影響的大小，極差值越大表明該因素對(duì)指標(biāo)影響越大，對(duì)表2分析可知，極差A(yù)>C>B>D，表明pH對(duì)梔子黃天然染料提取影響最大，溫度次之，而時(shí)間影響不大，在合適范圍內(nèi)浴比對(duì)提取影響最小;通過正交試驗(yàn)得到梔子黃提取最優(yōu)工藝組合為：A2B2C2D1，即浴比為1：50，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為 80℃*60min。

2.2 ? ?梔子染料對(duì)亞麻棉染色工藝的優(yōu)化

2.2.1 ? ?媒染方法和媒染劑對(duì)K/S及摩擦皂洗牢度影響

取梔子濃縮液20mL，加水80mL，取亞麻棉布2g。用Al3+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+ ?5種金屬離子分別使用先媒法、同媒法和后媒法3種染色工藝進(jìn)行染色，媒染劑濃度為2g/L，并與直接染色法進(jìn)行對(duì)比。染色后，測(cè)得織物K/S值、耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度如表4所示：

梔子直接染色法K/S值低，色牢度差。梔子黃染料在Al3+、Mg2+ ?2種媒染劑作用下均能使布面顏色均勻，且色牢度提高明顯，布面色光未發(fā)生改變，其中布面深度依此為Al3+>Mg2;在相同的媒染劑下，后媒法>同媒法>先媒法，染色后布樣能獲得較為均勻的色澤。Cu2+、Fe2+、Fe3+ 處理的布樣色光發(fā)生變化，后媒法染色效果最佳。媒染后織物的耐摩擦色牢度較好，特別是耐干摩擦色牢度均能達(dá)到4 級(jí)，這是因?yàn)樵诿饺緞┑淖饔孟?，染料與纖維以較強(qiáng)的配位鍵結(jié)合在一起，提高了染色后的色牢度。根據(jù)布面色光和色牢度綜合來看，選用硫酸鋁鉀作為媒染劑，染色方法為后媒法。

2.2.2 ? ?硫酸鋁鉀同媒法染亞麻棉工藝研究

1）媒染劑用量

稱取棉麻布2g，取梔子染料濃縮液20mL，加水80mL，進(jìn)行直接染色。后媒法媒染參考工藝為：媒染劑用量0～5g/L，媒染溫度60℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉10g/L，ph為6，水洗皂洗后測(cè)定K/S值如表5所示。

從表5可看出，加入媒染劑后，布面顏色增加明顯，這是因?yàn)槊饺緞┖蜅d子黃中水楊酸結(jié)構(gòu)絡(luò)合后，能提高染料在織物上結(jié)合。但由于金屬絡(luò)合離子增加，易產(chǎn)生過度絡(luò)合現(xiàn)象，造成染料與纖維絡(luò)合結(jié)構(gòu)分子量增大，染料脫落，布面顏色有所下降。故選媒染劑濃度為2g/L。

2）媒染溫度

稱取棉麻布2g，取梔子染料濃縮液20mL，加水80mL，進(jìn)行直接染色。后媒法媒染參考工藝為：媒染劑用量2g/L，媒染溫度50～90℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉10g/L，水洗皂洗后測(cè)定K/S值如表6所示。

從表6可看出，升高溫度，布面顏色先升后降。這是因?yàn)殡S著溫度升高，亞麻棉纖維溶脹增加，媒染劑熱運(yùn)動(dòng)提高，使得媒染劑與纖維、染料分子之間絡(luò)合能力增強(qiáng)，提高了其分子結(jié)合力，從而使得顏色加深。而溫度超過80℃時(shí)，梔子黃中花色苷和花色酸水解加劇，造成減色效應(yīng)。故媒染溫度為80℃。

3）媒染時(shí)間

稱取棉麻布2g，取梔子染料濃縮液20mL，加水80mL，進(jìn)行直接染色。后媒法媒染參考工藝為：媒染劑用量2g/L，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間30～100min，硫酸鈉10g/L，水洗皂洗后測(cè)定K/S值如表7所示。

從表7可看出，隨著時(shí)間增加，布面K/S值也增加。但超過60min后，K/S值穩(wěn)定在一定的范圍，波動(dòng)不大。這是因?yàn)槔w維上能與染料和Al3+形成穩(wěn)定絡(luò)合結(jié)構(gòu)的染座已飽和，繼續(xù)延長(zhǎng)媒染時(shí)間效果不大。故媒染時(shí)間為60min。

4）硫酸鈉用量

稱取棉麻布2g，取梔子染料濃縮液20mL，加水80mL，進(jìn)行直接染色。后媒法媒染參考工藝為：媒染劑用量2g/L，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉0～60g/L，水洗皂洗后測(cè)定K/S值如表8所示。

從表8可以看出，在硫酸鈉0～25g/L時(shí)，隨著用量增加，布面K/S增加;超過25g/L略有下降。這是因?yàn)槔w維素纖維表面的羥基在溶液中電離形成大量的負(fù)電荷聚集在纖維表面，從而形成雙電位層;在一定濃度范圍內(nèi)，硫酸鈉能降低電位層，起到一定促染作用。而進(jìn)一步提高硫酸鈉濃度，效果不明顯。故選擇硫酸鈉的用量為25g/L。

5）正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)上述的4個(gè)單因素中選取3個(gè)水平參數(shù)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)L9（34），以此來確定最佳工藝。見表9、表10、表11。

從上表中極差分析可知，極差C>A>B>D，表明硫酸鋁鉀后媒染色工藝中溫度對(duì)染色影響最大，媒染劑濃度次之，而媒染時(shí)間影響不大，硫酸鈉濃度對(duì)提取影響最小。通過正交試驗(yàn)得到梔子黃硫酸鋁鉀后媒染色工藝為：媒染劑用量2g/L，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉20g/L。

3 ? ?結(jié)論

1）梔子黃水浸法提取工藝：正交試驗(yàn)得到梔子黃提取最優(yōu)工藝為：浴比為1：50，調(diào)節(jié)pH為9，提取工藝為 80℃*60min。

2）硫酸鋁鉀后媒染色效果最佳，布面顏色均勻，且干濕摩擦牢度和皂洗牢度提高明顯高的。通過正交實(shí)驗(yàn)，最佳后媒工藝為：媒染劑用量2g/L，媒染溫度80℃，媒染時(shí)間60min，硫酸鈉20g/L。

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Abstract： This paper explores the effect of leaching liquor pH，extraction temperature，extraction time and bath ratio on gardenia dyestuff by extracting with immersion method，and analyzes the effects of mordant dyeing method and process on the dyeing properties of cotton and linen fabrics.The optimum extraction process of natural gardenia yellow and the best mordant dyeing process on linen cotton are obtained by orthogonal experiment.The research shows that the extraction effect is the best when the process with immersion method is as follows：the bath ratio was 1：50，pH=9，and the extraction process is 85 ℃ *60 min.When potassium aluminum sulfate is used as mordant，the dyeing method is post-mordant.When the dosage of mordant is 2g/L，the mordant dyeing temperature is 80 ℃，the mordant dyeing time is 60 min，and the sodium sulfate 25g/L，the better dyeing effect can be achieved，and the soaping and wet rubbing fastness can reach over grade 3.

Key words： nature dyestuff;gardenia;dye mordant;linen fabrics;color fastness