碧根果殼色素穩(wěn)定性及對(duì)蠶絲織物染色性能

李淼妍，朱周宇，蘇海鳴，寧一鳴，丁 洪

（蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州 215021）

碧根果又名薄殼山核桃、長壽果，除了含有豐富的營養(yǎng)外，還具有一定的藥用保健功能，逐漸受到人們的青睞，因此近年來的種植和消費(fèi)量越來越大。但是目前碧根果殼主要被當(dāng)成垃圾進(jìn)行處理，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源［1］。由此，人們針對(duì)碧根果綜合利用的研究越來越多，包括提取抑菌、抗氧化成分，制作活性炭、提取食用色素等深加工處理［2］。

從植物原料中提取的天然色素?zé)o毒、無害、無污染，具有較好的生物可降解性，與環(huán)境有較好的相容性，具有合成染料難以比擬的優(yōu)越性［3］。隨著人們綠色環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)天然染料在紡織品上的應(yīng)用研究日益增多，特別是從廢棄資源中提取色素，提高紡織品的生態(tài)加工性，克服了直接從植物中提取天然色素對(duì)資源造成的破壞等問題［4］。

本實(shí)驗(yàn)以碧根果殼為原料提取色素，研究碧根果殼色素的穩(wěn)定性以及對(duì)蠶絲織物的染色性能，以期為廢棄資源再利用和新型天然色素生態(tài)染整技術(shù)的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

蠶絲針織物（單位面積質(zhì)量105 g/m2，鑫緣繭絲綢集團(tuán)股份有限公司），碧根果殼（市場收集，粉碎，過40 目篩），氫氧化鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉（分析純），明礬（市售工業(yè)品），皂片（標(biāo)準(zhǔn)品，上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所）。

1.2 儀器

磁力攪拌水浴鍋（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司），TU-1900 型紫外-可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），Ultra Scan XE 型分光測色儀（美國Hunter Lab 公司），SW-12A 型水洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)（無錫紡織儀器廠），Y（B）902 型汗?jié)n色牢度烘箱（溫州市大榮紡織儀器有限公司），低噪振蕩染樣機(jī)（靖江市新旺染整設(shè)備廠），紫外光照燈箱（自制）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 碧根果殼色素提取

稱取粉碎后的碧根果殼細(xì)粉25 g，加入500 mL 5 g/L NaOH 溶液中，然后置于磁力攪拌水浴鍋中，95 ℃提取40 min，抽濾，定容至500 mL，將其作為碧根果殼色素提取液。

1.3.2 碧根果殼色素染色

將20 mL 色素提取液和1 g/L 平平加O 混合配制染液，用檸檬酸和檸檬酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)至指定pH，置于低噪振蕩染樣機(jī)中，40 ℃投入蠶絲織物（浴比為1∶40），以1 ℃/min 升溫至指定溫度，恒溫染色一定時(shí)間，再以3 ℃/min 降溫至50 ℃，取出；80 ℃下皂洗（浴比為1∶40，中性皂片2 g/L）20 min，80 ℃熱水洗（浴比為1∶40）20 min，冷水沖洗，晾干。

1.3.3 媒染實(shí)驗(yàn)

預(yù)媒染：配制4%的明礬媒染液，升溫至60 ℃，將織物放入其中（浴比1∶40）媒染40 min，再按照1.3.2的方法進(jìn)行染色。

同浴媒染：將4%的明礬媒染劑加入染液中，再按照1.3.2的方法進(jìn)行染色。

后媒染：先按照1.3.2 的方法進(jìn)行染色，再用4%的明礬媒染液進(jìn)行媒染。

1.4 測試

酸堿穩(wěn)定性：取10 mL 色素提取液，分別用不同pH 的緩沖溶液稀釋至100 mL，室溫下靜置60 min，觀察顏色變化，測定吸光度，繪制光譜曲線。

耐光穩(wěn)定性：取10 mL 色素提取液，用pH 為4 的緩沖溶液稀釋至50 mL，置于直徑為10 cm 的培養(yǎng)皿中，放置于紫外光照燈箱（25 W 紫外燈下20 cm 處）中光照6 h，每隔3 h取樣測定吸光度，繪制光譜曲線。

金屬離子穩(wěn)定性：取10 mL 2 g/L 金屬離子溶液加入10 mL 色素提取液中，用pH 為4 的緩沖溶液稀釋至100 mL，室溫下靜置60 min，觀察現(xiàn)象，取上清液測定吸光度，繪制光譜曲線。

分光光度值：使用紫外-可見分光光度計(jì)在400～700 nm 處進(jìn)行掃描，測定色素溶液的吸光度，并繪制光譜曲線。

顏色特征值：將染色織物折疊成4 層，采用分光測色儀進(jìn)行測試，D65光源，10°視場，掃描范圍為400～700 nm，測試4次，取平均值［5］。

色牢度：耐光色牢度：參考GB/T 8427—2008［6］《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　愤M(jìn)行測試；耐汗?jié)n色牢度：參考GB/T 3922—2013［7］《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)秃節(jié)n色牢度》進(jìn)行測試；耐皂洗色牢度：參考GB/T 3921—2008［8］《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》的A（1）方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響碧根果殼色素穩(wěn)定性的因素

2.1.1 pH

由圖1 可以看出，pH 為3 時(shí)，吸光度最小，pH 為4～6 時(shí)，光譜曲線基本一致。隨著pH 的增加，吸光度增大，這有可能是由酸性條件下色素的溶解度下降所引起。但是吸光度隨著波長的變化趨勢(shì)基本一致，說明碧根果殼色素在pH 為3～8時(shí)基本穩(wěn)定。

2.1.2 光照時(shí)間

由圖2 可知，隨著光照時(shí)間延長，吸光度基本未下降，而在低波長處稍有增大，但增大幅度均比較小，且在光照3、6 h 時(shí)吸收光譜曲線基本一致，說明短時(shí)間的光照對(duì)碧根果殼色素的穩(wěn)定性影響較小。

2.1.3 金屬離子

由圖3 可以看出，鋁離子、鎂離子以及亞鐵離子對(duì)碧根果殼色素的穩(wěn)定性均有影響，金屬離子與色素配位結(jié)合后可能會(huì)改變其顏色，這是由于與金屬離子形成配位鍵后，絡(luò)合色素的平面性增強(qiáng)，增大了共軛體系［9-10］。其中，亞鐵離子使色素溶液的吸光度值明顯增大，表明亞鐵離子對(duì)碧根果殼色素起著一定的增色作用［4］。當(dāng)在溶液中加入鋁離子時(shí)，吸光度值減小，色素溶液顏色變淺，且有沉淀生成，這也說明了色素與鋁離子配位鍵的形成。

2.2 蠶絲織物染色工藝優(yōu)化

2.2.1 pH

由圖4 可以看出，在pH 為3～6 時(shí)，隨著pH 的增大，染色織物的K/S值下降；pH 為3時(shí)，K/S值最大。

碧根果殼色素中主要是多酚類化合物，分子中含有酚羥基，在水溶液中呈弱負(fù)電性，而蠶絲纖維是兩性蛋白質(zhì)纖維，具有等電點(diǎn)，在等電點(diǎn)以下時(shí)，纖維表面呈正電性，可以通過靜電引力吸附色素，進(jìn)而提高上染率。因此碧根果殼色素染色蠶絲織物的pH可以選擇3。

2.2.2 染色溫度

由圖5 可以看出，隨著染色溫度的升高，染色織物的K/S值略增大；95 ℃時(shí)，K/S值最大。這是因?yàn)闇囟壬?，纖維膨脹體積增大，染料分子聚集度降低，平均動(dòng)能增大，染料更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部［11］。因此，蠶絲織物的染色溫度選擇90～95 ℃。

2.2.3 染色時(shí)間

由圖6 可以看出，隨著染色時(shí)間的延長，染色織物的K/S值逐漸增大，但是趨勢(shì)并不明顯。因此蠶絲織物的染色時(shí)間可以選擇40～60 min。

2.2.4 媒染

由圖7 和表1 可以看出，以明礬作為媒染劑，媒染方法對(duì)染色織物的K/S值有一定的影響。其中，預(yù)媒染的K/S值最大，同浴媒染的K/S值最小。這是由于預(yù)媒染后金屬離子通過配位鍵與蠶絲纖維進(jìn)行結(jié)合，從而為碧根果殼色素的上染提供了新的染座，在染色時(shí)，色素分子可以通過配位鍵上染纖維，進(jìn)而提升了上染率；在同浴媒染工藝中，一部分金屬離子和色素分子有可能在染浴中發(fā)生配位反應(yīng)而形成絡(luò)合染料，造成染料分子增大、溶解度下降，甚至產(chǎn)生沉淀，這將不利于碧根果殼色素對(duì)纖維的上染，最終使得色量下降［12］。

此外，由表1 可以看出，媒染后織物的彩度下降，說明金屬離子絡(luò)合后，色素會(huì)變得萎暗，鮮艷度下降；媒染后色相角稍有變化，但是影響不大。

表1 媒染工藝對(duì)蠶絲織物K/S 值和顏色特征值的影響

由表2可知，直接染色織物的耐汗?jié)n色牢度較好，但耐皂洗色牢度和耐光色牢度較差；媒染處理能在一定程度上提升染色織物的色牢度，這是由于媒染后金屬離子可以與色素分子和纖維大分子形成配位鍵結(jié)合，提升色素的穩(wěn)定性，提高色素與纖維之間的作用力。從媒染方法看，同浴媒染對(duì)織物色牢度的提升作用最明顯，經(jīng)過同浴媒染后織物的耐皂洗色牢度、耐汗?jié)n色牢度均大于等于3～4 級(jí)，這是由于同浴媒染工藝中色素與金屬離子的配位反應(yīng)最充分。但耐光色牢度仍然只有2～3級(jí)，還有待進(jìn)一步研究改善。

表2 媒染工藝對(duì)蠶絲織物色牢度的影響

3 結(jié)論

（1）碧根果殼色素具有較好的耐酸堿穩(wěn)定性和耐光穩(wěn)定性，金屬離子可以通過絡(luò)合反應(yīng)改變碧根果殼色素的顏色。

（2）碧根果殼色素對(duì)蠶絲織物的染色優(yōu)化工藝：溫度90～95 ℃，時(shí)間40～60 min，pH 為3。

（3）媒染處理可以改善碧根果殼色素的染色性能，經(jīng)過媒染后織物的鮮艷度下降；預(yù)媒染有利于提高染色的得色量，同浴媒染對(duì)織物的色牢度提升效果比較好。