茜草植物染料棉織物染色工藝

張尤芝　林偉超　汪雨　張鵬

摘 要：針對(duì)茜草植物染料棉織物染色時(shí)上染率低、得色淺、牢度欠佳的問(wèn)題，采用自制陽(yáng)離子改性劑Z對(duì)全棉織物進(jìn)行陽(yáng)離子改性，然后選用媒染劑進(jìn)行媒染，探討了陽(yáng)離子改性劑Z的質(zhì)量濃度、上染溫度、上染時(shí)間、上染pH值、染色方法和媒染劑種類的影響。結(jié)果表明，陽(yáng)離子改性質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，上染溫度70℃，上染時(shí)間30min， pH值為6的條件下，得色較深;對(duì)比了直接染色、陽(yáng)離子改性后染色、陽(yáng)離子改性后預(yù)媒法和后媒法染色4種染色方法對(duì)純棉織物的染色效果以及5種不同媒染劑對(duì)全棉織物的染色效果和染色牢度等。

關(guān)鍵詞：茜草染料;棉織物;陽(yáng)離子改性;媒染

中圖分類號(hào)：TS193.2? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-2346（2022）01-0009-05

植物染料源于自然，具有取材廣泛、不污染環(huán)境、工藝簡(jiǎn)單、有一定保健作用等特點(diǎn)，因此受到百姓的喜愛(ài)和紡織印染行業(yè)的關(guān)注。[1]茜草是人類使用最早紅色植物染料，從茜草的根部提取，含多種羥基蒽醌衍生物，如茜素、異茜素、羥基茜素、偽羥基茜素等，它對(duì)金黃色葡萄球菌、肺炎雙球菌、流感桿菌及皮膚真菌有抑制作用。[2-3]由于茜草染料分子結(jié)構(gòu)較小，對(duì)纖維的親和力較小，所以，直接染色時(shí)，特別是直接染色全棉織物時(shí)，上染率低，得色較淺，牢度欠佳。[4-6]

本實(shí)驗(yàn)采用大葉茜草為原料對(duì)全棉織物染色工藝進(jìn)行研究。通過(guò)采用自制的陽(yáng)離子改性劑Z對(duì)全棉織物進(jìn)行改性，同時(shí)采用媒染劑進(jìn)行媒染處理，以期提高染料上染率，改善染色牢度。

1? ? 試驗(yàn)

1.1? ? 織物、染化料與儀器

織物：全棉漂白織物 （市售）

藥品：大葉茜草根（產(chǎn)地：貴州）、陽(yáng)離子改性劑（自制）、十二水合硫酸鋁鉀（AR）、七水合硫酸亞鐵（AR）、六水合硫酸鎳（AR）、三氯化鐵、五水硫酸銅（AR）、氫氧化鈉（AR）、無(wú)水碳酸鈉、冰醋酸。

儀器：pH計(jì)、電腦測(cè)色配色儀（DatacolorSF600）、數(shù)字恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司-HH-4）、XW-ZDR 振蕩式小樣機(jī)（靖江市新旺染整設(shè)備廠）、SW～12D型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（寧波紡織儀器廠）、Y571B型摩擦色牢度儀等。

1.2? ? 試驗(yàn)方法

1.2.1? ? 染液的提取

采用水提法，取茜草100g，加水2L，90℃提取1h，過(guò)濾殘?jiān)?，加水定容?.5L，作為染液使用。

1.2.2? ? 染色

（1）陽(yáng)離子改性。全棉漂白棉織物→陽(yáng)離子改性劑Z 2%～6%（o.m.f）→1/2陽(yáng)離子改性劑用量的純堿，浴比1：30，80℃x40min→水洗→烘干，待用。

（2）改性后直接染色法。經(jīng)陽(yáng)離子改性的全棉織物→潤(rùn)濕后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x（20～60）min→水洗→烘干。

（3）媒染法。

①預(yù)媒染色：經(jīng)陽(yáng)離子改性的全棉織物→媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳） 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min→水洗→投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x（20～60）min）→水洗→烘干。

②后媒染色：經(jīng)陽(yáng)離子改性的全棉織物→濕潤(rùn)后投入茜草染料提取液，浴比1：50，pH值為（2～6），（60～100）℃x

（20～60）min）→水洗→媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳）4%（o.m.f），浴比1：50，（75℃x40min）→水洗→烘干。

1.3? ? 測(cè)試方法

1.3.1? ? K/S值及顏色特征值（L*、a*、b*、C*、H*）

采用電腦測(cè)色配色儀DatacolorSF600，D65/10光源，測(cè)4次，取平均值。

1.3.2? ? 色牢度

（1）耐摩擦色牢度。使用SW～12D型耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)，按照 GB/T 3920―2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)定。

（2）耐皂洗色牢度。使用Y571B型摩擦色牢度儀，按照 GB/T 3921―2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》測(cè)定。

2? ? 結(jié)果與討論

2.1? ? 陽(yáng)離子改性劑Z質(zhì)量濃度對(duì)K/S值的影響

按照1.2.2（1）、（2）的染色方法，采用不同質(zhì)量濃度的改性劑Z（2%～6%）（o.m.f），改性后，設(shè)定染色溫度80℃，染色時(shí)間40min，pH值為5，進(jìn)行染色。由圖1可知，在陽(yáng)離子改性劑Z的質(zhì)量濃度為1%～5%時(shí)，隨著改性劑Z質(zhì)量濃度增加，K/S值不斷提高，在陽(yáng)離子改性劑Z濃度為5%時(shí)K/S值最大，大于5%以后，K/S值有所下降。這是由于茜草染料在水溶液中帶負(fù)電荷，與纖維素纖維上的負(fù)電荷相互排斥，所以，茜草染料對(duì)棉織物直接染色時(shí)，即陽(yáng)離子改性劑濃度為0時(shí)，吸附上染能力較差，色深較淺;陽(yáng)離子改性后，棉織物上的陽(yáng)離子基團(tuán)數(shù)量增加，促進(jìn)了棉纖維對(duì)茜草染料陰離子的吸附上染，上染率也隨著陽(yáng)離子改性劑Z質(zhì)量濃度的提高而提高。但陽(yáng)離子改性劑質(zhì)量濃度超過(guò)5%后，過(guò)多的陽(yáng)離子改性劑吸附在棉纖維表面，在后續(xù)的染色過(guò)程中，未反應(yīng)的陽(yáng)離子改性劑容易從棉纖維上解析下來(lái)，并吸附部分茜草染料脫落，導(dǎo)致棉織物得色量降低。故改性陽(yáng)離子改性劑Z的質(zhì)量濃度以5%為宜。

2.2? ? 茜草染料提取液的染色提升性

按照1.2.2（3）①的染色方法，設(shè)定染色溫度80℃，染色時(shí)間40min，pH值5，預(yù)媒法采用硫酸鋁鉀進(jìn)行媒染，選擇不同的茜草染料濃度（提取液比例）進(jìn)行染色。由圖2可知，隨著茜草染料提取液濃度的提高，K/S值不斷提高，在提取液濃度為90%以后，K/S值開(kāi)始提升緩慢。故此，棉織物陽(yáng)離子改性后，采用硫酸鋁鉀進(jìn)行預(yù)媒法染色，在90%茜草染料提取液濃度范圍內(nèi)有較好的提升性。

2.3? ? 染色時(shí)間對(duì)K/S值的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設(shè)定染色溫度80℃，pH值5，預(yù)媒法采用硫酸鋁鉀進(jìn)行媒染，選擇不同的染色時(shí)間（20～60min），進(jìn)行染色。 由圖3可知，不同染色時(shí)間，K/S值變化不大，染色時(shí)間在30min時(shí)K/S值最高，超過(guò)30min后K/S值趨于平衡，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)的染色時(shí)間范圍內(nèi)，染色時(shí)間對(duì)K/S值的影響不明顯。這可能是因?yàn)槊蘩w維經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性后呈現(xiàn)陽(yáng)離子性，從而會(huì)與溶液中茜草染料陰離子發(fā)生定位吸附，但纖維上陽(yáng)離子染座有限，因此定位吸附過(guò)程相對(duì)較快，當(dāng)陽(yáng)離子改性棉織物吸附茜草染料很快接近飽和值后，再繼續(xù)延長(zhǎng)吸附時(shí)間，上染率增加不明顯，此時(shí)基本達(dá)到上染的平衡。綜合考慮，染色時(shí)間以30min為宜。

2.4? ? 染色溫度對(duì)K/S值的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設(shè)定染色時(shí)間30min，pH值5，預(yù)媒法采用硫酸鋁鉀進(jìn)行媒染，選擇不同的染色溫度（60～100℃）進(jìn)行染色。由圖4可知，隨著染色溫度的提高，K/S值升高，染色溫度在80℃的時(shí)候K/S值最高，超過(guò)80℃后的K/S值呈下降趨勢(shì)。這說(shuō)明隨著染色溫度的提高，茜草溶液中染料的擴(kuò)散速率提高，棉織物對(duì)茜草染料的上染率也不斷提高，染色溫度80℃時(shí)，上染率達(dá)到最大值。當(dāng)吸附溫度大于80℃，上染率有所降低。這可能是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，破壞了染料和陽(yáng)離子纖維素纖維間的離子鍵結(jié)合，使部分染料從纖維上解吸下來(lái)，導(dǎo)致上染率下降。故染色溫度以80℃為宜。

2.5? ? pH值對(duì)染色效果的影響

按照1.2.2（3）①的染色方法，設(shè)定染色時(shí)間30min，染色溫度80℃，預(yù)媒法采用硫酸鋁鉀進(jìn)行媒染，選擇不同的染色pH值（2～6）進(jìn)行染色，烘干后測(cè)試染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），然后在pH值=7的緩沖液（碳酸鈉+醋酸）中浸泡10min后烘干，再測(cè)試染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值）。由圖5a可知，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著pH值的升高，K/S值逐漸升高。綜合表1、圖5a、5b和5c，可知pH值對(duì)茜草的染色效果影響較大，當(dāng)織物未浸入pH=7的緩沖液時(shí)，a值隨著pH值的增加而升高，紅光增加;b值隨著pH值的增加而降低，黃光減弱;當(dāng)織物浸入pH=7的緩沖液后，a值發(fā)生的變化不明顯，但紅光依舊增加;b值隨著pH值的增加而降低幅度更大，黃光持續(xù)減弱。在pH值=7的緩沖液中浸泡時(shí)，肉眼可以明顯觀察到織物開(kāi)始呈現(xiàn)紅色。隨著pH值的升高，織物上的紅光逐漸增多，黃光逐漸減少。因此，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，pH值以6為宜。

2.6? ? 不同染色方法對(duì)茜草染色效果的影響

按照1.2.2（2）和（3）①②的染色方法，以硫酸鋁鉀做媒染劑，采取不同的染色方法（陽(yáng)離子改性法，改性+預(yù)媒法，改性+后媒法），在pH=6，染色溫度80℃，染色時(shí)間30min的條件下染色，然后測(cè)試其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），結(jié)果見(jiàn)表1和圖6。

從圖表中可以看出，與陽(yáng)離子改性直接法工藝相比，采用改性+預(yù)媒法工藝后，K/S值有了明顯提高，a*值從18.47上升到了26.77，紅光增加;而采用后媒法工藝的K/S值有所降低，但a*值有所增加，紅光更多。故采用改性+預(yù)媒法為宜。

2.7? ? 不同媒染劑對(duì)茜草染色效果的影響

按照1.2.2（3）①預(yù)媒法的染色方法，采用不同媒染劑（硫酸亞鐵、氯化高鐵、硫酸銅、硫酸鋁鉀、硫酸鎳）進(jìn)行預(yù)媒處理，再在相同較佳工藝（pH=6，染色溫度80℃，染色時(shí)間30min ）下染色，然后測(cè)試其染色效果（L*， a*， b*， C*， H*，K/S值），結(jié)果見(jiàn)表2和圖7。

由表2和圖7可以看出采用不同的媒染劑，色相和K/S值都發(fā)生了一定的變化。其中，硫酸亞鐵和氯化高鐵媒染所得的K/S值較高，但C*值較低，說(shuō)明其色深較深，但鮮艷度不高，布面呈現(xiàn)暗棕色。硫酸銅媒染所得的K/S值較低，C*值居中，說(shuō)明其色深較淺，鮮艷度居中，但色相發(fā)生較大變化，黃光較重;硫酸鋁鉀和硫酸鎳媒染所得的a*值最高，K/S值和C*值較高，說(shuō)明其色相紅光突出，色深和鮮艷度較高。結(jié)合環(huán)保和成本綜合考慮，硫酸鋁鉀更適合作為茜草染料的媒染劑。

2.8? ? 染色牢度

分別采用直接染色、陽(yáng)離子改性后染色、陽(yáng)離子改性后預(yù)媒法和后媒法染色，染色后進(jìn)行摩擦牢度和皂洗牢度測(cè)試。由表3可以看出，①經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子改性劑Z改性后染色，染色牢度與未改性前的耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。這是因?yàn)椋环矫骊?yáng)離子改性后，棉織物帶正電，可與茜素陰離子以離子鍵結(jié)合，從而使棉織物染色牢度有所提高;但另一方面，由于色深增加，表面染料濃度增加，染色牢度會(huì)有所下降。綜合起來(lái)，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。②經(jīng)過(guò)改性劑Z改性后用預(yù)媒法染色，與直接染色相比，除硫酸亞鐵和氯化高鐵皂濕磨牢度略降半級(jí)外，其他方法皂洗和摩擦牢度持平或略有提高，其中硫酸鋁鉀預(yù)媒法相對(duì)較好，皂洗和摩擦牢度均提高半級(jí);硫酸鋁鉀預(yù)媒法好于后媒法。這是因?yàn)椋环矫嬖诿饺緞┑淖饔孟?，染料、纖維與金屬離子形成較強(qiáng)的配位鍵結(jié)合，皂洗牢度和摩擦牢度有所提高，但另一方面，由于表面染料濃度增加，色深增加，染色牢度會(huì)有所下降。綜合起來(lái)，耐洗和摩擦牢度基本相同或略有提高。

3? ? 結(jié)論

（1）茜草染料提取液采用陽(yáng)離子改性+硫酸鋁鉀預(yù)媒法染色明顯提高染色色深，耐皂洗和摩擦牢度。

（2）茜草染料提取液棉織物陽(yáng)離子改性+硫酸鋁鉀預(yù)媒法染色的工藝為：

棉織物→陽(yáng)離子改性預(yù)處理{陽(yáng)離子改性劑Z 5%（o.m.f），1/2陽(yáng)離子改性劑用量的純堿，浴比1：30，80℃40min→水洗→烘干}→硫酸鋁鉀預(yù)媒染{硫酸鋁鉀 4%（o.m.f），浴比1：50，75℃40min →水洗→烘干}→染色（染色溫度80℃，染色時(shí)間30min，染色pH值6，浴比1：50）。

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Dyeing Process of Cotton Fabrics with Madder Plant Dye

ZHANG You-zhi? ?LIN Wei-chao? ?WANG Yu? ?ZHANG Peng

（Dyeing and Finishing Technology Institute，Zhejiang Fashion Institute of Technology，

Ningbo，Zhejiang 315211， China）

Abstract： In view of the low dyeing rate of the cotton fabrics dyed with madder plant dye，the shallow color， and the poor fastness problems，the self-made cationic modifier Z is used on the cationic modification of cotton fabrics，then the mordant is used to dye.This paper discusses the mass concentration of cationic modifier Z， dyeing temperature，dyeing time and dyeing pH value，dyeing methods and the influence of the mordant types. The results show that the color is darker when the mass fraction of cationic modification is 5%，dyeing temperature is 70℃，dyeing time is 30min and the pH value is 6.The dyeing effects of direct dyeing，cationic modified dyeing，cationic modified pre-mordant dyeing and post-mordant dyeing on pure cotton fabrics and the dyeing effect and color fastness of five different mordants on cotton fabrics are compared.

Key words： madder dye;cotton fabrics;cationic modification;mordant dyeing