艾絨提取物對蠶絲織物的染色和抗紫外性能研究

曹機良 冷國強 王甜夢 宋延玲 喬陽陽 許譯元

摘要： 文章采用超聲水浴提取法提取艾絨色素，研究了染色pH值、溫度、時間、艾絨色素質(zhì)量分數(shù)對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響，測量了染色織物的顏色特征值、紫外線防護因子（UPF值）及紫外線A（UVA）和紫外線B（UVB）的透過率，測定了染色蠶絲織物的耐洗、摩擦和日曬色牢度。研究結(jié)果表明：蠶絲織物艾絨色素的較佳染色工藝為染色pH3，染色溫度100℃，保溫染色時間60min，當艾絨色素相對蠶絲織物質(zhì)量4%時，染色蠶絲織物具有較強的抗紫外線能力，其UPF值達到40以上，且艾絨色素直接染色蠶絲織物的耐洗、摩擦和日曬色牢度均在4級以上，滿足日常服用要求。

關(guān)鍵詞： 艾絨;抗紫外;蠶絲;染色;天然色素

中圖分類號： TS193.62

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2019）01-0008-05

引用頁碼： 011102

近年來，隨著人們生活水平的日漸提高，人們對綠色、環(huán)保、健康的生活方式愈加重視，而部分合成染料因其在生產(chǎn)過程中造成環(huán)境污染，含有致癌物質(zhì)等因素，引起了人們的普遍擔憂[1-2]。天然染料憑借著無毒無害，具有可降解性、保健功能等優(yōu)良性能越來越受到人們的喜愛[3-5]。目前天然植物染料在紡織品當中的運用愈加豐富，如研究人員用Babool皮染尼龍[5]，用天然染料進行染色的北京“銅牛牌”系列服裝[6]，日本形染公司的“靛藍印花”[6]等。在當今人們崇尚綠色消費、健康消費的思想下，天然染料必將越來越受到人們重視，具有廣闊的前景[7]。

蠶絲憑借著柔軟的手感，柔和的色澤，良好的懸垂性等特點作為高檔紡織纖維，一直深受國內(nèi)外人士的喜愛，被譽為“纖維皇后”[8-11]。艾絨是中國古老的中草藥，由艾葉搗碎而成，常用于針灸治病、枕套等床上用品，在染色方面鮮有報道，因此本文選用艾絨色素作為染料，對蠶絲織物進行染色，探究了艾絨色素在蠶絲織物上的染色和抗紫外性能。

1?材料與方法

1.1?材?料

織物：蠶絲雙縐平方米質(zhì)量40g/m2（市售）。

色素：艾絨（市售）。

儀器：SW-12A耐洗色牢度試驗機（溫州方圓儀器有限公司），高溫高壓紅外線染色機（上海一派印染技術(shù)有限公司），Q-100E超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司），JA2003N電子天平（上海精密科學儀器有限公司），UV-2000F紫外線透反射率分析儀（美國藍菲光學儀器有限公司），風冷式日曬色牢度儀（寧波紡織儀器廠），CE 7000A電腦測色配色儀（美國X-Rite愛色麗有限公司），M571B耐摩擦牢度試驗機（青島山紡儀器有限公司）。

1.2?方?法

1.2.1?提取艾絨色素

將40g艾絨放入燒杯中，加入900mL去離子水后放入Q-100E超聲波清洗器內(nèi)，加熱到80℃，超聲提取2h，超聲結(jié)束后對提取液進行抽濾，然后將濾液濃縮、冷凍干燥，得到艾絨提取物固體粉末備用。

1.2.2?染色方法

艾絨提取物相對蠶絲織物質(zhì)量x%，浴比1︰40，調(diào)節(jié)染色pH值，常溫下把蠶絲織物投入染液中，以1℃/min升溫至一定溫度，保溫處理一定時間后取出織物，水洗烘干，測試數(shù)據(jù)。

1.2.3?測試方法

1.2.3.1?抗紫外線性能

用UV-2000F紫外線透反射率分析儀對蠶絲織物進行抗紫外線性能的測定。在蠶絲織物的不同位置測試8次數(shù)據(jù)，取平均值，記錄各樣品的UPF值、UVA和UVB透過率。

1.2.3.2?顏色特征值

用CE 7000A電腦測色配色儀在織物的不同位置測試4次數(shù)據(jù)，記錄實驗中需測出各樣品的明度L*、紅綠指數(shù)a*、黃藍指數(shù)b*、鮮艷度C*、色相角h°的平均值，再根據(jù)下式計算織物的色深值（ΔE）。

ΔE=（（L1-L0）2+（a1-a0）2+（b1-b0）2）0.5（1）

式中：L1為染色織物的明暗度;L0為未染色織物的明暗度;a1為染色織物的紅綠色度;a0為未染色織物的紅綠色度;b1為染色織物的黃藍色度;b0為未染色織物的黃藍色度。

1.2.3.3?色牢度

摩擦色牢度按GB/T3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》進行測定;耐洗色牢度按GB/T3921.1—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》進行測定;日曬色牢度按GB/T8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》進行測定。

2?結(jié)果與分析

2.1?染色pH值對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響

艾絨提取物相對蠶絲織物質(zhì)量4%，升溫至100℃，保溫60min對蠶絲進行染色，探究染色pH值對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響，結(jié)果如表1。

由表1可得，隨著染色pH值的增加，染色蠶絲織物的明度L*逐漸增加，a*、b*、C*和ΔE下降，說明隨著染色pH值的增加，艾絨色素在蠶絲上的吸附逐漸減少。從表1的顏色特征值變化可知，染色pH值較?。╬H值為2或3）時，染色蠶絲的色深值最大，蠶絲上吸附的艾絨色素越多，艾絨色素染色蠶絲織物時pH值選2或3時可染得較深的顏色，獲得較強的抗紫外效果。染色pH值為2或3時蠶絲織物的UPF值大于40，且UVA的透過率小于5%，UVB的透過率小于3%，滿足國家質(zhì)檢總局頒布的“防紫外線產(chǎn)品”指標，對抗紫外線產(chǎn)品的制作具有一定參考價值。隨著染色pH值的升高，UPF值下降，UVA和UVB的透過率逐漸上升，這是因為隨著染色pH值的升高，蠶絲織物上所帶正電荷數(shù)目減少，使艾絨色素中帶負電性的黃酮類、三萜類、桉葉烷類、苯丙素、有機酸化合物與蠶絲的靜電引力結(jié)合減弱。艾絨色素中上述帶負電性的化合物在酸性條件下與蠶絲的氨基可形成離子鍵結(jié)合，而艾絨色素中大多數(shù)化合物依據(jù)其與蠶絲親和力的高低可與蠶絲的氨基、羥基等基團形成氫鍵和范德華力結(jié)合。將艾絨提取液稀釋成不同質(zhì)量分數(shù)，測試其紫外-可見吸收光譜曲線。艾絨提取液在290nm和320nm處出現(xiàn)了最大吸收峰，該最大吸收峰處于UVB和UVA波段，結(jié)果驗證了艾絨色素染色蠶絲織物對UVA和UVB具有很好的屏蔽效果。

2.2?染色溫度對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響

艾絨提取物相對蠶絲織物質(zhì)量4%，pH3，升溫至不同溫度，保溫60min對蠶絲進行染色，探究染色溫度對蠶絲織物染色性能的影響，結(jié)果如表2。

從表2中L*、a*、ΔE的變化可知隨著染色溫度的增加染色蠶絲織物的顏色不斷變深，但織物的黃藍指數(shù)b*和鮮艷度C*幾乎沒有變化，色相角h°變化較小，說明染色蠶絲織物的色光不會受染色溫度的變化而改變，只是色深值發(fā)生改變，即隨著染色溫度的增加，吸附在蠶絲上的艾絨色素用量增加。這是因為隨著溫度的升高，蠶絲的膨脹程度變大，再加上艾絨中色素分子的動能增加，有利于色素分子擴散到纖維內(nèi)部。綜合考慮，染色溫度選為100℃較為合適。UPF值呈上升趨勢，UVA和UVB的透過率呈下降趨勢，這同樣是因為升高溫度有利于具有抗紫外功能的色素分子向蠶絲纖維內(nèi)部滲透。

2.3?保溫時間對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響

艾絨提取物相對蠶絲織物質(zhì)量4%的條件下染色，pH3，探究100℃保溫條件下保溫時間對蠶絲織物染色性能的影響，結(jié)果表3所示。

隨著保溫染色時間的增加，UPF值呈上升趨勢，UVA和UVB呈下降趨勢，這是因為色素分子向纖維內(nèi)部擴散是逐漸進行的過程，隨著保溫染色時間的延長，艾絨色素對蠶絲纖維的上染量增加。由表3可得，織物的明度L*和色相角h°呈下降趨勢，a*和ΔE呈上升趨勢，艷度C*無明顯變化。觀察這些顏色特征值變化可知，織物的上染量在不斷增加，符合染色客觀規(guī)律。由此可見，艾絨色素染色蠶絲織物在100℃保溫染色60min左右，可獲得滿意的顏色深度。

2.4?色素質(zhì)量分數(shù)對蠶絲織物染色和抗紫外性能的影響

pH3，100℃保溫染色60min，探究色素質(zhì)量分數(shù)對蠶絲織物染色性能的影響，結(jié)果表4所示。

由表4顏色特征值的變化可知，隨著色素質(zhì)量分數(shù)的增多，織物的色深值不斷增加，說明色素質(zhì)量分數(shù)越多吸附到蠶絲纖維上的艾絨色素越多。隨著色素質(zhì)量分數(shù)的增多，UPF值上升，UVA和UVB的透過率下降，這說明隨著色素質(zhì)量分數(shù)的增加艾絨色素分子具有抗紫外作用的色素吸附到纖維上的量增多。結(jié)合表4可得，色素質(zhì)量分數(shù)達到4%后蠶絲織物的抗紫外性能變化較小，織物的色深值的變化趨勢變緩，這可能與艾絨色素對蠶絲的吸附接近飽和有直接關(guān)系。

2.5?艾絨色素染色蠶絲織物的質(zhì)量指標分析

艾絨提取物相對蠶絲織物質(zhì)量4%，pH3，100℃保溫染色60min，探究染色蠶絲織物的耐洗、摩擦和日曬色牢度及抗紫外性能，結(jié)果如表5所示。由表5可得，艾絨色素染色蠶絲的各項色牢度均在4級以上。蠶絲織物經(jīng)30次洗滌后UPF指數(shù)仍保持在40以上，說明織物具有優(yōu)良的耐久性抗紫外性能。

3?結(jié)?論

本文采用超聲水提取法提取艾絨色素用于蠶絲織物的染色和抗紫外一浴加工整理，得到如下結(jié)論：

1）蠶絲織物用絲絨色素染色的較佳染色工藝為染色pH3，染色溫度為100℃，保溫染色時間60min，該工序可同時實現(xiàn)蠶絲的染色和抗紫外整理。

2）蠶絲織物在較佳染色工藝條件下用質(zhì)量分數(shù)為4%的艾絨色素染色后具有優(yōu)良抗紫外線能力，染色織物的UPF值接近45，織物經(jīng)30次洗滌后UPF值仍保持在40以上，染色織物的摩擦、水洗和日曬色牢度均在4級以上，符合服用要求。

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