摘要：分析板栗壳天然染料的性能,对染料在毛织物上进行染色实验。选择染色温度、染液浓度、染浴pH值、氯化钠质量浓度进行正交试验。测出染色过程的相关参数,从中选择出最佳染色条件。同时,对染色试样的各项牢度进行了测试。结果表明,板栗壳提取液在100℃沸水中能稳定存在,但其耐酸、碱稳定性差;板栗壳染料染毛织物的优化工艺为:染色温度100℃、浓度为X、pH值5、氯化钠质量浓度9·3g/L;织物的干、湿摩擦牢度和皂洗沾色牢度较好。
关键词：板栗壳;天然染料;提取;染色;毛织物
当今社会环保问题受到人们的日益关注,人们追求衣着美观舒适,更注重保健功能,环保性产品受到关注[1]。合成染料一方面对皮肤有刺激性,引起皮肤病变;另一方面在生产过程中对环境产生大量污染[2]。天然染料因其无毒、无污染、绿色环保而备受关注。欧洲、北美洲、日本等发达国家先后对天然植物染料进行研究和开发,并取得一定成果[3]。
板栗壳天然染料是从板栗壳中浸提出来的一种红棕色天然染料,可广泛用作于食品、日用化学品和药品的着色剂[4]。目前,板栗壳棕色染料用于食品着色已有报道[5],但尚未发现该染料在纺织品中的应用。本文主要研究了板栗壳天然染料对毛织物的染色工艺,分析了温度、浓度、pH值、氯化钠质量浓度对染色的影响,通过测定染色过程中的相关参数从中选择出最佳工艺条件。各项色牢度中摩擦牢度和皂洗沾色牢度较好,变色牢度较差,有待提高。
1 实验
1·1 试样、药品与仪器
织物:纯毛平纹织物,纱线线密度25tex×2,经密175根/10cm,纬密142根/10cm,面密度420g/m2。药品:乙醇,氯化钠,肥皂,无水碳酸钠。
仪器:SF300型思维士电脑测色仪,Y571LA6型染色摩擦色牢度仪,SW-12型耐洗色牢度仪。
1·2 板栗壳染液的提取及稳定性
提取工艺:温度80℃、时间120min、固液比1∶50、乙醇浓度25%。经过滤回收乙醇浓缩至1/2体积。设此时染液浓度为X,稀释染液测试其稳定性。
1·3 染色工艺条件的确定
将羊毛织物在50℃热水中浸泡10min后,投入50℃一定浓度及pH值的染液中,浴比1∶50,10min后以1℃/min的升温速率至指定温度,15min后加入1/2量的氯化钠,15min后再加入剩余的1/2量氯化钠,继续浸染20min。
1·4 颜色特征值的测定
将织物按一定规律折叠,用SF300型思维士电脑测色仪测试,测出织物表面得色深度K/S值、色差ΔE(试样与白布之间的色差,表示染色深度)、明度值L、红绿值a、黄蓝值b、艳度c、色相H。
1·5 色牢度评定标准
耐摩擦色牢度:参照GB3920—1997《纺织品 色牢度实验耐摩擦色牢度》,按照GB251《评定沾色用灰色样卡》进行评级。
耐洗色牢度:参照GB3921—1997《纺织品色牢度实验耐洗色牢度》,按照GB250《评定变色用灰色样卡》进行评级。
2 实验结果与讨论
2·1 板栗壳染料提取液的耐热稳定性将提取液分为6等份,分别在50,60,70,80,90,100℃时测其吸光度值,如图1所示。
[1][2][3]下一页>>
将提取液分为6等份,分别在100℃水浴中保持1、2、3、4、5、6h测其吸光度值,如图2所示。图1中,板栗壳提取液在不同温度下吸光度值基本不变。图2中,板栗壳提取液在100℃时保持数小时,吸光度值并没有下降,色素没有被破坏。表明板栗壳染料与大多数天然染料不同,基本上不受温度变化的影响,该染液可以在高温下染色。
2·2 板栗壳染料提取液显色情况
板栗壳染料为黄酮类化合物[6],因为黄酮类化合物里含有大量酚羟基[7],所以板栗壳提取液为酸性,板栗壳提取液pH值为4·6~4·9。分别用甲酸和氢氧化钠调节pH值,不同pH值条件下板栗壳染料的显色情况如表1所示。
该棕色染料在pH值为1、2时生成沉淀,弱酸性和中性时颜色较淡,碱性越强,颜色越深。
2·3 直接染工艺条件的确定
2·3·1 染色温度的影响
取板栗壳染液,pH值4·6,浓度为X,氯化钠质量浓度6·7g/L,采用不同温度,用板栗壳提取液对毛织物进行染色,实验结果见图3。
由图3可知:在不同的温度条件下,板栗壳染料对毛织物染色的深度,K/S值和色差ΔE均随温度升高而变大,二者变化一致。二者都在80~90℃增加较大,90℃后增加缓慢,故染色温度取90℃。其原因可能是随着温度的升高,染料分子的动能增加,其吸附扩散速率增大,提高了上染深度。当温度过高时,染料上染吸附速率加快,纤维上染料浓度增大,染液浓度降低,同时解吸速率也加快,织物染色深度并没有明显增加。故染色温度3水平取80、90、100℃3个数值。
2·3·2 染液浓度的影响
取染液6份,分别加入不同量的水,使染液浓度分别为0·2X、0·4X、0·6X、0·8X、1·0X、1·2X,pH值保持不变,氯化钠质量浓度6·7g/L,染色温度90℃。实验结果见图4。
由图4可知:随着染料浓度的增加,K/S值与色差ΔE值均增加,大于0·8X时,增加缓慢。原因是染液染料浓度越大,平衡吸附量就越大,纤维上染料浓度也愈高,织物的表面得色就越深。故染液浓度3水平取0·6X、0·8X和X3个数值。
2·3·3 染色pH值的影响
取染液5份,用甲酸和氢氧化钠分别把染液pH值调至3、4、5、6、7。染色温度90℃,氯化钠质量浓度6·7g/L,实验结果见图5。
由图5可知:在不同pH值条件下,板栗壳染料对毛织物染色的深度成规律性。pH值增大,K/S值与色差ΔE均减小。pH值为3、4时,变化缓慢,pH值大于5时,减幅增大。pH值为4时,染色较深。因为羊毛纤维等电点的pH值为4·2~4·8。当pH值低于等电点时,蛋白质纤维带正电荷,板栗壳染料阴离子与蛋白质纤维带正电荷的氨基除产生离子键结合外,还存在范德华力和氢键等其他形式的结合力。当高于等电点时,蛋白质纤维带负电荷,染料分子与纤维之间没有离子键,只有范德华力和氢键。pH值3水平应取4、5和6。
2·3·4 氯化钠质量浓度的影响
染色温度90℃,染液浓度X,pH值4,取不同质量浓度氯化钠的染液,实验结果见图6。
由图6可知:氯化钠质量浓度对板栗壳染料染毛织物的染色深度影响较大,特别是色差值ΔE变化明显。在pH值低于等电点时,可提高匀染性。其中氯化钠质量浓度为6·7g/L时,色差ΔE最大,故氯化钠质量浓度3水平选取4·0、6·7、9·3g/L。
2·3·5 正交试验
结合前面所做的单因素实验,选择染色温度、染液浓度、pH值、氯化钠质量浓度为影响因素,K/S值、Integ值与色差ΔE为判断指标,做正交试验,其因素水平见表2。
<<上一页[1][2][3]下一页>>
选用L9(34)正交表进行试验方案设计,实验结果与极差分析见表3。其中K/S值为在有色物体的反射或投射光谱的最大吸收波长处计算Kubelka-Munk函数的值;Integ值为在可见光范围内(400~700nm)求取有色物体的三刺激值之和。因板栗壳染料为天然植物染料,是混合染料,也可以采用Integ值作为衡量指标[8]。
由表3可知,3项指标的极差分析一致,正交试验中4种因素对染色深度影响大小为:温度A>pH值C>氯化钠质量浓度D>染液浓度B。其中温度对染色深度影响最大,其次是pH值,染液浓度影响最小。从表3可以看出,温度100℃、染液浓度X、pH值5、氯化钠质量浓度9·3g/L时,染色效果最好。
2·4 颜色特征值与色牢度的测定
按照上述确定工艺对布样染色,及1·5标准测试布样的各项牢度,并测试布样皂洗前与皂洗后的颜色特征值,结果如表4所示。
从表4可知,皂洗后布样不但没有褪色,反而颜色加深,K/S值和Integ值均成倍增加。因为布样颜色加深,明度值L降低。红绿值a变大,说明皂洗后试样更红。黄蓝值b稍微减小,说明布样皂洗后没有皂洗前黄。艳度c值增大,说明颜色纯度提高。而色相H值降低,总色差ΔE增加,说明布样表面深度增大。原因是在皂洗中加入的是肥皂和无水碳酸钠,皂液呈碱性,由2·2可知,染料在碱性中颜色变红加深,皂液使与纤维结合的染料分子颜色加深,布样颜色亦加深,并不是织物上的染料量增加。
染色后布样的色牢度测试结果如表5所示。从表5可知,板栗壳天然染料对毛织物染色的干摩擦牢度与沾色牢度较好,均达到4~5级,湿摩擦牢度为3~4级。变色牢度最差,只有1~2级,可通过固色工艺进一步提高,或在皂洗过程中使用中性皂或专用丝毛洗涤剂,减轻染料在碱性条件下的显色作用。
3 结论
①板栗壳染料的耐热稳定性较好。
②板栗壳染料的耐酸碱稳定性较差。
③板栗壳染料对毛织物染色的优化工艺条件为:温度100℃、浓度X、pH值5、氯化钠质量浓度9·3g/L。
④板栗壳染料对毛织物染色的摩擦牢度与皂洗沾色牢度较好,变色牢度较差,有待提高。
<<上一页[1][2][3]
(责任编辑：leonlee07)
打印 分享 评论 分享到：
分享 顶一下 (0)
