改性天然媒染劑對毛織物五倍子植物色素染色效能的影響

趙志軍，李茂泉，徐 菲，劉劍虹

(1.齊齊哈爾大學 美術與藝術設計學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.黑龍江省教育學院，黑龍江 哈爾濱 150080； 3.齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

隨著化學染料的普遍應用，逐漸產生了一系列環(huán)保和影響人類健康的問題，促使人們在生活生產方面更加追求綠色環(huán)保，堅持可持續(xù)發(fā)展道路，因此開發(fā)生態(tài)、安全性染料勢必成為紡織染整發(fā)展方向之一[1-2]?；谶@種背景和趨勢，關于植物染料染色方面的研究在不同學科、不同領域都有了顯著的提升，但其自身存在的問題如上染百分率低、色牢度差等方面，只能通過使用媒染劑的操作來提高染色效能。然而多數傳統(tǒng)媒染劑并不能保證自身的環(huán)保性，例如含有強酸根離子，對人體健康和生態(tài)環(huán)境存在安全隱患和污染危害，因此尋找純天然環(huán)保的媒染劑進行替代，是貼合實際、符合社會發(fā)展規(guī)律并具有廣闊前景的工作[3-4]。

黑龍江省五大連池市得天獨厚的自然資源——五大連池藥泉鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水，具有作為媒染劑的顯著特征，含有豐富的金屬離子，其中鐵離子含量最多，高于普通水近40倍[5]。試驗表明，以冷礦水作為媒染劑，所染色彩豐富，色域較廣，可與皂礬媒染劑在植物染料染色上的染色效能相媲美。但是冷礦水存在一定的缺陷，當與空氣接觸并靜置4 h后，容易形成氧化鐵而呈現銹色，媒染性能變低染色效果變差[6]。所以，如何保存鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水的鐵離子活力和媒染效能，是亟待解決的問題。本文試驗以檸檬酸為改性劑，以顏色特征值為檢測指標，探討了不同變量對鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水作為天然媒染劑的顯色效果和染色效能的影響，確定了最佳工藝條件。

1 試 驗

1.1 材料及儀器

材料：毛織物(面密度367 g/m2)、五倍子(四川產，購于中藥店)、五大連池藥泉山礦水(鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水，五大連池風景區(qū)南泉)、檸檬酸(分析純，99.5%，天津市東麗區(qū)天大化學試劑廠)、無水碳酸鉀(分析純，99.5%，天津市四通化工廠)。

儀器：HH-4型數顯恒溫水浴鍋(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)、pHS-2C型酸度計(北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司)、5102型電子天平(常州第一紡織設備有限公司)、CrelagMaebethTMCol-orEye?2180UV型計算機測色配色儀(美國愛色麗公司)、NexlON 350X型ICP-MS測試儀(美國PE公司)，WX-8000型微波消解儀(上海屹堯微波化學技術有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 色素萃取

稱取100 g五倍子，加入1 L水，浸泡24 h后，加熱至沸，待水分蒸發(fā)至0.6 L時，過濾并收集染液。重復以上操作3次，將所得染液混合，共1.8 L，備用[7-8]。取200 mL混合染液，在真空干燥箱內80 ℃蒸發(fā)干燥5 h，測得有效色素固態(tài)物質量為0.65 g，確定五倍子染液質量濃度為3.25 g/L。將五倍子染液質量分數設為100%，對其按倍數梯度稀釋，分別為100%、50.00%、25.00%、12.50%、6.25%、3.13%。

1.2.2 染色工藝

同媒染：浴比1∶30，將毛織物投入含有改性天然媒染劑的五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干[9-10]。

1.2.3 改性工藝

新鮮的鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水加入檸檬酸，密封保存15 天，待用。

1.2.4 色度檢測

在美國Datacolor電腦測色配色儀上測定色樣的L﹡、a﹡、b﹡、c﹡數值。每一色樣測5點，取平均值。

1.2.5 金屬離子檢測

使用NexlON 350X型ICP-MS和WX-8000型微波消解儀檢測，基本步驟依次為：樣品處理→繪制標準曲線→ICP-MS測試步驟→數據處理，測得改性天然媒染劑鐵離子質量濃度為34.16 mg/L。

2 結果與分析

2.1 檸檬酸質量濃度對顏色特征值的影響

在浴比1∶30、毛織物質量約3.7 g(10 cm×10 cm)、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、染色時間30 min、媒染時間15 min、染色溫度 80 ℃、礦泉水鐵離子質量濃度34.16 mg/L條件下，改變檸檬酸質量濃度對毛織物進行同媒染，檸檬酸質量濃度對顏色特征值的影響見圖1。

圖1 檸檬酸質量濃度對顏色特征值的影響

由圖1可見，隨著檸檬酸質量濃度的提高，顏色特征值明度L﹡值和色相a﹡值均先逐漸下降后趨于平穩(wěn)，顏色變深，紅光微減少；色相b﹡值和純度c﹡值均先逐漸上升后趨于平穩(wěn)，黃光微增多，純度略提升。當檸檬酸質量濃度小于0.06 g/L時，大部分鐵離子被氧化成Fe3+，天然媒染劑色澤渾濁，與五倍子媒染后色相呈灰黃色，鐵離子與檸檬酸形成絡合物，并沉淀；當檸檬酸質量濃度大于0.06 g/L而小于1.25 g/L時，雖然可以有效保持天然媒染劑中Fe2+的活力，色相呈淺棕灰色調，但反應不夠完全，活力不足。所以適量的檸檬酸能夠促使五大連池藥泉鐵硅質重碳酸鹽酸冷礦水中的Fe2+成分穩(wěn)定，不易被氧化成Fe3+，故使天然媒染劑色澤清澈。由此可見，檸檬酸質量濃度對顏色特征值有較大影響，最佳檸檬酸質量濃度1.25 g/L，色相呈棕灰色調，測得檸檬酸質量濃度1.25 g/L時溶液 pH值為6。

2.2 媒染劑質量分數對顏色特征值的影響

在浴比1∶30、毛織物質量約3.7 g(10 cm×10 cm、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、染色時間30 min、媒染時間15 min、染色溫度80 ℃條件下，改變改性天然媒染劑質量分數對毛織物進行同媒染，媒染劑質量分數對顏色特征值的影響見圖2。

圖2 媒染劑質量分數對顏色特征值的影響

由圖2可見，隨著天然媒染劑質量分數的提高，毛織物顏色特征值明度L﹡值逐漸下降，呈由淺到深的變化；色相a﹡值下降后緩慢上升，數值變化較小，微帶紅光；色相b﹡值逐漸下降，黃光逐漸減少；純度c﹡值變化與色相b﹡值相近，說明b﹡值占主要色相。色相主要呈棕灰色調。由此可知，天然媒染劑質量分數對顏色特征值有一定影響，提高濃度可以調整色彩的深淺。

2.3 pH值對顏色特征值的影響

在浴比1∶30，毛織物質量約3.7 g(10 cm×10 cm、染色時間30 min，媒染時間15 min，染色溫度 80 ℃，五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、天然媒染劑鐵離子質量濃度34.16 mg/L條件下，改變五倍子染液pH值對毛織物進行同媒染，pH值對顏色特征值的影響見圖3。

圖3 pH值對顏色特征值的影響

由圖 3可見，隨著染液pH值的提高，毛織物顏色特征值明度L﹡值逐漸下降后再上升，pH值6～7較為穩(wěn)定，明度L﹡值達到最低點；色相a﹡值緩慢上升，pH值6～7數值變化穩(wěn)定；色相b﹡值逐漸下降后上升，pH值6～7數值變化較?。患兌萩﹡值緩慢下降后快速上升，同樣pH值6～7數值較小；整體色相呈棕黃色調，在pH值6～7色相較為穩(wěn)定。由此可知，染液pH值對顏色特征值有很大的影響，最佳pH值為6～7。

2.4 存放時間對顏色特征值的影響

在浴比1∶30、毛織物質量約3.7 g(10 cm×10 cm、染色時間30 min、媒染時間15 min、染色溫度 80 ℃、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、天然媒染劑鐵離子質量濃度34.16 mg/L條件下，改變存放時間對毛織物進行同媒染，存放天數對顏色特征值的影響見圖4。

圖4 存放天數對顏色特征值的影響

由圖4可見，隨著改性天然媒染劑存放天數的增加，毛織物顏色特征值均緩慢上升，15 天內數據變化范圍較小，超過15 天變化幅度明顯上升。由此可知，存放天數對顏色特征值有影響，15 天內使用效果最佳，超過15 天同樣可以使用，但效果不如前者。

3 結 論

①添加1.25 g/L檸檬酸的鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水在15 天內可以有效避免鐵離子的過度氧化，保證五大連池礦泉水作為天然媒染劑的染色效能。

②五倍子色素中的鞣質比較敏感，遇微量鐵離子會形成絡合物，即鞣質通過泉水中少量的鐵離子搭橋可與毛織物上的可配位基形成配合反應，提高了毛織物的上染百分率。

③檸檬酸質量濃度、天然媒染劑質量分數、pH值、存放時間均對毛織物顏色特征值有一定影響，其影響順序為：pH值>檸檬酸質量濃度>天然媒染劑質量分數>存放時間。

④改性天然媒染劑使用同媒染效果最佳。五倍子色素毛織物同媒染最佳染色工藝為：浴比1∶30，染色時間30 min，媒染時間15 min，染色溫度 80 ℃，染液質量分數100%(加熱前pH值6)，鐵離子質量濃度34.16 mg/L(天然媒染劑質量分數100%、檸檬酸質量濃度1.25 g/L、存放時間15 天)。