艾绒提取物对蚕丝织物的染色和抗紫外性能研究

曹机良 冷国强 王甜梦 宋延玲 乔阳阳 许译元

摘要： 文章采用超声水浴提取法提取艾绒色素，研究了染色pH值、温度、时间、艾绒色素质量分数对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响，测量了染色织物的颜色特征值、紫外线防护因子（UPF值）及紫外线A（UVA）和紫外线B（UVB）的透过率，测定了染色蚕丝织物的耐洗、摩擦和日晒色牢度。研究结果表明：蚕丝织物艾绒色素的较佳染色工艺为染色pH3，染色温度100℃，保温染色时间60min，当艾绒色素相对蚕丝织物质量4%时，染色蚕丝织物具有较强的抗紫外线能力，其UPF值达到40以上，且艾绒色素直接染色蚕丝织物的耐洗、摩擦和日晒色牢度均在4级以上，满足日常服用要求。

关键词： 艾绒;抗紫外;蚕丝;染色;天然色素

中图分类号： TS193.62

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2019）01-0008-05

引用页码： 011102

近年来，随着人们生活水平的日渐提高，人们对绿色、环保、健康的生活方式愈加重视，而部分合成染料因其在生产过程中造成环境污染，含有致癌物质等因素，引起了人们的普遍担忧[1-2]。天然染料凭借着无毒无害，具有可降解性、保健功能等优良性能越来越受到人们的喜爱[3-5]。目前天然植物染料在纺织品当中的运用愈加丰富，如研究人员用Babool皮染尼龙[5]，用天然染料进行染色的北京“铜牛牌”系列服装[6]，日本形染公司的“靛蓝印花”[6]等。在当今人们崇尚绿色消费、健康消费的思想下，天然染料必将越来越受到人们重视，具有广阔的前景[7]。

蚕丝凭借着柔软的手感，柔和的色泽，良好的悬垂性等特点作为高档纺织纤维，一直深受国内外人士的喜爱，被誉为“纤维皇后”[8-11]。艾绒是中国古老的中草药，由艾叶捣碎而成，常用于针灸治病、枕套等床上用品，在染色方面鲜有报道，因此本文选用艾绒色素作为染料，对蚕丝织物进行染色，探究了艾绒色素在蚕丝织物上的染色和抗紫外性能。

1 材料與方法

1.1 材 料

织物：蚕丝双绉平方米质量40g/m2（市售）。

色素：艾绒（市售）。

仪器：SW-12A耐洗色牢度试验机（温州方圆仪器有限公司），高温高压红外线染色机（上海一派印染技术有限公司），Q-100E超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司），JA2003N电子天平（上海精密科学仪器有限公司），UV-2000F紫外线透反射率分析仪（美国蓝菲光学仪器有限公司），风冷式日晒色牢度仪（宁波纺织仪器厂），CE 7000A电脑测色配色仪（美国X-Rite爱色丽有限公司），M571B耐摩擦牢度试验机（青岛山纺仪器有限公司）。

1.2 方 法

1.2.1 提取艾绒色素

将40g艾绒放入烧杯中，加入900mL去离子水后放入Q-100E超声波清洗器内，加热到80℃，超声提取2h，超声结束后对提取液进行抽滤，然后将滤液浓缩、冷冻干燥，得到艾绒提取物固体粉末备用。

1.2.2 染色方法

艾绒提取物相对蚕丝织物质量x%，浴比1︰40，调节染色pH值，常温下把蚕丝织物投入染液中，以1℃/min升温至一定温度，保温处理一定时间后取出织物，水洗烘干，测试数据。

1.2.3 测试方法

1.2.3.1 抗紫外线性能

用UV-2000F紫外线透反射率分析仪对蚕丝织物进行抗紫外线性能的测定。在蚕丝织物的不同位置测试8次数据，取平均值，记录各样品的UPF值、UVA和UVB透过率。

1.2.3.2 颜色特征值

用CE 7000A电脑测色配色仪在织物的不同位置测试4次数据，记录实验中需测出各样品的明度L*、红绿指数a*、黄蓝指数b*、鲜艳度C*、色相角h°的平均值，再根据下式计算织物的色深值（ΔE）。

ΔE=（（L1-L0）2+（a1-a0）2+（b1-b0）2）0.5（1）

式中：L1为染色织物的明暗度;L0为未染色织物的明暗度;a1为染色织物的红绿色度;a0为未染色织物的红绿色度;b1为染色织物的黄蓝色度;b0为未染色织物的黄蓝色度。

1.2.3.3 色牢度

摩擦色牢度按GB/T3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测定;耐洗色牢度按GB/T3921.1—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测定;日晒色牢度按GB/T8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》进行测定。

2 结果与分析

2.1 染色pH值对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响

艾绒提取物相对蚕丝织物质量4%，升温至100℃，保温60min对蚕丝进行染色，探究染色pH值对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响，结果如表1。

由表1可得，随着染色pH值的增加，染色蚕丝织物的明度L*逐渐增加，a*、b*、C*和ΔE下降，说明随着染色pH值的增加，艾绒色素在蚕丝上的吸附逐渐减少。从表1的颜色特征值变化可知，染色pH值较小（pH值为2或3）时，染色蚕丝的色深值最大，蚕丝上吸附的艾绒色素越多，艾绒色素染色蚕丝织物时pH值选2或3时可染得较深的颜色，获得较强的抗紫外效果。染色pH值为2或3时蚕丝织物的UPF值大于40，且UVA的透过率小于5%，UVB的透过率小于3%，满足国家质检总局颁布的“防紫外线产品”指标，对抗紫外线产品的制作具有一定参考价值。随着染色pH值的升高，UPF值下降，UVA和UVB的透过率逐渐上升，这是因为随着染色pH值的升高，蚕丝织物上所带正电荷数目减少，使艾绒色素中带负电性的黄酮类、三萜类、桉叶烷类、苯丙素、有机酸化合物与蚕丝的静电引力结合减弱。艾绒色素中上述带负电性的化合物在酸性条件下与蚕丝的氨基可形成离子键结合，而艾绒色素中大多数化合物依据其与蚕丝亲和力的高低可与蚕丝的氨基、羟基等基团形成氢键和范德华力结合。将艾绒提取液稀释成不同质量分数，测试其紫外-可见吸收光谱曲线。艾绒提取液在290nm和320nm处出现了最大吸收峰，该最大吸收峰处于UVB和UVA波段，结果验证了艾绒色素染色蚕丝织物对UVA和UVB具有很好的屏蔽效果。

2.2 染色温度对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响

艾绒提取物相对蚕丝织物质量4%，pH3，升温至不同温度，保温60min对蚕丝进行染色，探究染色温度对蚕丝织物染色性能的影响，结果如表2。

从表2中L*、a*、ΔE的变化可知随着染色温度的增加染色蚕丝织物的颜色不断变深，但织物的黄蓝指数b*和鲜艳度C*几乎没有变化，色相角h°变化较小，说明染色蚕丝织物的色光不会受染色温度的变化而改变，只是色深值发生改变，即随着染色温度的增加，吸附在蚕丝上的艾绒色素用量增加。这是因为随着温度的升高，蚕丝的膨胀程度变大，再加上艾绒中色素分子的动能增加，有利于色素分子扩散到纤维内部。综合考虑，染色温度选为100℃较为合适。UPF值呈上升趋势，UVA和UVB的透过率呈下降趋势，这同样是因为升高温度有利于具有抗紫外功能的色素分子向蚕丝纤维内部渗透。

2.3 保温时间对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响

艾绒提取物相对蚕丝织物质量4%的条件下染色，pH3，探究100℃保温条件下保温时间对蚕丝织物染色性能的影响，结果表3所示。

随着保温染色时间的增加，UPF值呈上升趋势，UVA和UVB呈下降趋势，这是因为色素分子向纤维内部扩散是逐渐进行的过程，随着保温染色时间的延长，艾绒色素对蚕丝纤维的上染量增加。由表3可得，织物的明度L*和色相角h°呈下降趋势，a*和ΔE呈上升趋势，艳度C*无明显变化。观察这些颜色特征值变化可知，织物的上染量在不断增加，符合染色客观规律。由此可见，艾绒色素染色蚕丝织物在100℃保温染色60min左右，可获得满意的颜色深度。

2.4 色素质量分数对蚕丝织物染色和抗紫外性能的影响

pH3，100℃保温染色60min，探究色素质量分数对蚕丝织物染色性能的影响，结果表4所示。

由表4颜色特征值的变化可知，随着色素质量分数的增多，织物的色深值不断增加，说明色素质量分数越多吸附到蚕丝纤维上的艾绒色素越多。随着色素质量分数的增多，UPF值上升，UVA和UVB的透过率下降，这说明随着色素质量分数的增加艾绒色素分子具有抗紫外作用的色素吸附到纤维上的量增多。结合表4可得，色素质量分数达到4%后蚕丝织物的抗紫外性能变化较小，织物的色深值的变化趋势变缓，这可能与艾绒色素对蚕丝的吸附接近饱和有直接关系。

2.5 艾绒色素染色蚕丝织物的质量指标分析

艾绒提取物相对蚕丝织物质量4%，pH3，100℃保温染色60min，探究染色蚕丝织物的耐洗、摩擦和日晒色牢度及抗紫外性能，结果如表5所示。由表5可得，艾绒色素染色蚕丝的各项色牢度均在4级以上。蚕丝织物经30次洗涤后UPF指数仍保持在40以上，说明织物具有优良的耐久性抗紫外性能。

3 结 论

本文采用超声水提取法提取艾绒色素用于蚕丝织物的染色和抗紫外一浴加工整理，得到如下结论：

1）蚕丝织物用丝绒色素染色的较佳染色工艺为染色pH3，染色温度为100℃，保温染色时间60min，该工序可同时实现蚕丝的染色和抗紫外整理。

2）蚕丝织物在较佳染色工艺条件下用质量分数为4%的艾绒色素染色后具有优良抗紫外线能力，染色织物的UPF值接近45，织物经30次洗涤后UPF值仍保持在40以上，染色织物的摩擦、水洗和日晒色牢度均在4级以上，符合服用要求。

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