天然红曲色素的真丝绸染色yd18724

任燕，徐成书，胥小凤    西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048

收稿日期：2015-04-1I

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51403169)

通讯作者：任燕(1983-)，女，陕西省西安市人，西安工程大学讲师，研究方向为纺织品新型染整技术.E-mail：ry901@163.com

原载：西安工程大学学报2015/6；289-294

 

【摘要】针对天然染料红曲色素的染色性能，通过分析不同影响因素对染色效果的影响，确定出天然红曲色素真丝绸染色的最佳媒染剂和媒染工艺.先通过光谱曲线对红曲色素的pH 值稳定性进行分析，后采用单因素变量法，对媒染剂的种类和用量、染色浴及媒染浴的pH 值、媒染温度、时间进行逐一优化，确定出较好的媒染剂和媒染工艺.结果表明，红曲色素更适宜在酸性条件下上染，在用量为8 (o.w.f.)时，染色浴pH值3～4；最佳媒染剂是稀土，且用量为6 (o.w.f.)，媒染液pH 值3，媒染温度85℃，媒染时间30min，浴比50:1，真丝织物具有理想的表观深度，染色织物的各项牢度较好.

【关键词】天然染料；红曲色素；真丝绸；媒染

【中图分类号】TS 193.6 文献标识码：A  文章编号：1674-649X(2015)03-0289-06 DOI：10.13338／

 

0  引言

多数红曲色素的生产是利用传统的固体发酵法，先用红曲菌发酵产生红曲米，再从红曲米中提取红曲色素[1] .目前，人们对红曲色素的研究多围绕食品科学、生物科学等领域展开，将其对纺织品进行染色的研究较少.对红曲色素的真丝绸染色进行相关研究，旨在丰富纺织品用天然染料的品种.文献[1]对天然染料的羊毛及蚕丝染色中提及了红曲色素，证明其作为天然染料的可行性；文献[2]对高粱红天然染料对羊毛织物的媒染染色进行过相关细致的研究；文献[3]也对红曲色素的稳定性及色阶的提高进行了相关研究；文献[4]对稀土在植物染料染色中的媒染作用进行了大量的研究，证明稀土在纤维上的媒染应用切实可行.文中以稀土作为媒染剂，采用红曲色素对真丝绸进行染色，旨在满足印染行业所倡导的“绿色环保、节能减排”.

1  实验

1.1  材料与仪器

1.1.1  材料

O3双绉真丝织物(市购)，红曲色素(粉末状，西北农林科技大学提供).

1.1.2  化学品

渗透剂JFC(工业级)，稀土(分析纯)，明矾(分析纯)，硫酸亚锡(分析纯)，硫酸铝(分析纯)，醋酸(分析纯)，纯碱(分析纯)，皂洗剂(工业级).

1.1.3  仪器

SDM2-12-140型高温样品染色机，CP313型电子天平，UV 1800PC紫外-可见分光光度计，YG001N型电子单纤维强力仪，爱色丽Color i7分光测色仪，RP-150U 可程式恒温恒湿试验箱，KYKY2800B扫描电子显微镜，Y571B纺织品耐摩擦色牢度仪，SW-12A纺织品耐洗色牢度测试仪.

1.2  方法

1.2.1  染浴组成及染色工艺

红曲色素用量为8 (o.w.f)，媒染剂用量为6 (o.w.f)，染浴pH值为3，染色温度85℃ ，染色时问30min；后媒法染色时媒染温度85℃，媒染时间30min，浴比50:1.为保证匀染，染色时的升温速率都控制在1℃／min.染色工艺曲线如图1所示.直接染色的染色工艺按照图1(a)曲线进行，但在加料时仅加染料而不加媒染剂.

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(a)     同浴媒法染色                     (b)预媒法染色                    (c)后媒法染色

图1 染色工艺曲线

1.2.2  后处理工艺

染色结束后，后处理工艺流程为：50℃水洗10min，中性洗涤剂1.0g／L，70℃皂洗15mn，最后再50℃水洗10min，浴比50:1.实验中如无特别说明，所有染色工艺结束后均采用上述后处理工艺.

1.2.3  测试方法

光谱曲线的描绘：取2g／L红曲色素母液3mL，pH=3,6,4,10(pH值3，10为酸或碱调节值，6.4是水的pH值)，缓冲溶液稀释至90mL，常温放置30min，观察颜色变化，并用UV-180OPC紫外-可见分光光度计进行测试，得出相应的光谱曲线.

织物表观深度K／S值的测试：采用X-rite Color i7测色配色系统，D65光源，10°观察角，被测织物折叠4层，正反两面各测试两次，每块织物测试4次取平均值作为K／S值.

参照GB／T3920-2008(纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》进行耐摩擦色牢度测试，GB／T 3921.1-2008{纺织品色牢度试验耐洗色牢度》进行耐皂洗色牢度测试，GB／T8427-2008{纺织品色牢度试验耐人造光色牢度》进行耐日晒色牢度测试.

2  结果与讨论

2.1  红曲色素在不同pH值下的光谱曲线

分别用醋酸-醋酸钠缓冲体系、纯碱来调节染浴的pH 值，加入相同用量的红曲色素，用紫外-可见分光光度计测试红曲色素的光谱曲线，结果如图2所示.

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图2 红曲色素在不同pH下的光谱曲线

由图2可知，随着pH值的增大，红曲色素的吸收波长向短波方向移动，说明红曲色素在碱性条件下发生了一定程度的分解[5].整体来说，红曲色素在pH值为3～6时稳定性较好；pH>6时，颜色会发生变化，且从光谱曲线的面积来看，红曲红素在酸性条件下的吸收强度明显大于碱性条件.所以，红曲色素用于纺织品染色，pH值在3左右较合适.

2.2  媒染剂及其用量的选择

天然染料染色若要获得牢固浓深的颜色，媒染剂的选择和媒染方式至关重要[6书].选用稀土、明矾、硫酸铝和硫酸亚锡作为媒染剂，媒染剂的用量分别为0 (o.w.f)，2 (o.w.f)，4 (o.w.f)，6 (o.w.f)，8 (o.w.f)，10 %(o.w.f)，其他染色工艺条件按照方法1.2进行，测试被染织物的K／S值，结果如图3所示.

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图3 媒染剂对染色效果的影响

从图3可知，不同种类的媒染剂，对天然染料的络合能力及媒染程度不尽相同.媒染剂硫酸铝在用量为6%(o.w.f)时，被染织物具有较深的K／S值；3%(o.w.f)用量的明矾和6 (o.w.f)用量的稀土在进行媒染时，可使被染织物具有次深的表观深度；硫酸亚锡的媒染效果是四者中最差的.结合天然染料染色的初衷，即自然、环保、绿色，重铬酸类的媒染剂虽然用量少且效果佳，但环境污染大，硫酸铝及硫酸亚锡也存在同样的问题.最终选择稀土作为红曲色素真丝染色的媒染剂，用量为6％(o.w.f).

2.3  媒染染色工艺

选用稀土作为媒染剂，用量分别为0 (o.w.f)，2 (o.w.f)，4 (0.w.f)，6 (o.w.f)，8 (o.w.f)，

10％(o.w.f)，分别采用预媒染法、同浴媒染法和后媒染法3种染色工艺进行实验，其他染色工艺条件按照方法1.2进行.测试被染织物的K／S值，结果如图4所示.

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图4媒染工艺对染色效果的影响

从图4可知，后媒染色法相较于其他两种媒染方法，可使被染织物具有更高的染色深度，而预媒染法比同浴媒染法的染色效果佳.从图1(c)后媒法染色的染色工艺包括上染和媒染两过程，保证了红曲色素先均匀上染再媒染，匀染和透染性好，但能源消耗大，较费时.图1(a)同浴媒染法是将染料与媒染剂放在同一染浴中染色，这就要求染料有很好的溶解度以及对被染织物有较好的亲和力.通过实验表明，同浴媒染法虽工艺简单、染色时间短，但不适合红曲色素的真丝染色，因为红曲色素的水溶性较差，所以，选择后媒染法.

2.4  红曲色素真丝染色工艺中主要因素的优化

对影响红曲色素的后媒法染色工艺中主要因素进行工艺优化，优化时染料用量选用8 (o.w.f)，媒染剂稀土的用量选用6 (o.w.f).

2.4.1  染色浴pH 影响

令染色浴的pH=3,5,7,9,11进行实验，其他染色工艺条件按照方法1.2进行，测试被染织物的K／S值，结果如图5所示.

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图5 染色浴pH值的影响

由图5可知，随着染色浴的pH值由酸性变至碱性，被染织物的K／S值随之降低.蚕丝织物的等电点是3.5～5.2，适合的染色pH值应在酸性条件下.蚕丝织物在酸性条件下发生电离，氨基质子化后带正电，若酸性越强，蚕丝织物还会发生超当量吸附，所以强酸性浴条件下织物的得色最深；随着pH 的升高，蚕丝织物的正电性减弱，织物上的得色量降低.通过对红曲色素光谱曲线的分析，红曲色素的最佳上染pH也是在酸性条件下，且碱性条件会使色素发生一定程度的分解，势必会造成得色量的下降.所以，染色浴的pH应控制在3.

2.4.2  媒染染浴pH 的影响

媒染浴的pH 同样对染色效果有重要的影响.令媒染染浴的pH=2，3，4，5，6，8，其他染色工艺条件按照方法1.2进行，测试被染织物的K／S值，结果如图6所示.

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图6媒染液pH值的影响

从图6可知，随着媒染染浴pH值的增大，织物染色的深度K／S值呈现减小的趋势，这说明媒染剂稀土与红曲色素染料发生络合反应的适宜条件依然是酸性条件，红曲色素在蚕丝纤维上的吸附是色素阴离子与纤维上质子化的氨基作用.但是，pH=2，酸性过强不仅对蚕丝的损伤大，对设备也会造成腐蚀；随着媒染染浴pH 的增大，尤其是大于5，超过蚕丝的等电点后，被染织物的K／S值明显下降，因为在这种条件下，蚕丝织物上质子化氨基的数量减少，离子化羧基的数量增加，且碱性增强还会使色素的水解程度增大.综合考虑，媒染浴的pH定为3.

2.4.3  媒染温度的影响

将媒染的温度设为变量，分别为55℃ ，65℃ ，75℃ ，85℃ ，95℃ ，其他染色工艺条件按照方法1.2进行，测试被染织物的K／S值，结果如图7所示.

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图7 媒染温度的影响

从图7可知，红曲色素的真丝绸染色媒染温度在85～95℃时，媒染效果最好，被染织物的K／S值最高。媒染过程中温度越高，媒染的速度越快，有利于纤维-稀土-染料络合体系的形成，相应媒染的效果也最好.但真丝绸质地轻薄，高温染色后因表面擦伤会失去原有的光泽，且易出现灰伤疵病.故将媒染温度定为85℃ .

2.4.4  媒染时间的影响

令媒染时间分别为20 min，30 min，40 min，50 min，60min，其他染色工艺条件按照方法1.2进行，测试被染织物的K／S值，结果如图8所示.

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图8 媒染时间的影响

由图8可知，媒染时间对红曲色素媒染效果呈现先增大后减小的趋势.当媒染时间为40min时，被染织物的K／S值最高，时间再延长，K／S值反而下降.红曲色素不适合长时间高温染色，长时间高温会增加色素的水解，从而使得被染织物的表观深度降低.为顺应节能降耗，最终选择媒染时间为30min.

2.5  各项牢度测试

真丝绸采用天然红曲色素染色结束后，按照1.3中的测试方法对被染样品进行各项牢度测试，测试结果如表1所示.

表1 各项色牢度测试结果

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注：酸性染料采用酸性红5B.

由表1可知，天然染料红曲色素对真丝绸染色后织物的各项牢度不及酸性染料的真丝绸染色样品，直接染色的蚕丝织物牢度更差.多数的天然染料均与纤维之间无直接性或亲和力，不采用媒染剂进行络合作用，染料与纤维间结合力极弱，势必会使得被染织物的各项色牢度变差；酸性染料真丝绸染色，染料与纤维间形成离子键结合，牢度较好.但天然染料红曲色素经合适媒染剂进行媒染络合后，也可提高牢度，因为染料-媒染剂-纤维之间形成了络合产物.

3  结论

(1)天然红曲色素的真丝绸染色可以采用稀土作为媒染剂，媒染剂的用量为6 (o.w.f).

(2)后媒法染色工艺较预媒法染色和同浴媒法染色更适于天然红曲色素的染色.

(3)最佳的后媒法染色工艺为：在红曲色素用量为8％(O.w.f)时，染色浴pH值控制在3～4，媒染剂用量6 (o.w.f)，媒染液pH值控制在3，媒染温度85℃，媒染时间30min，浴比50:1，真丝织物具有理想的表观深度.

(4)天然染料染色真丝绸织物的各项色牢度不及酸性染料染色真丝绸，耐日晒色牢度差.

参考文献：

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