天然染料大黄在莫代尔纤维上的染色工艺研究

刘 华，位 丽(盐城纺织职业技术学院 纺织工程系，江苏 盐城 224005)

天然染料大黄在莫代尔纤维上的染色工艺研究

刘 华，位 丽
(盐城纺织职业技术学院 纺织工程系，江苏 盐城 224005)

以大黄染料染得更黄、颜色越深、牢度更好的莫代尔织物为出发点，研究了金属离子对天然染料大黄染液的影响和染色工艺参数对莫代尔染色效果的影响，测试了染色莫代尔织物的防紫外线性能，并优化了染色工艺。结果表明：Al3+对大黄染液颜色影响很小，Fe2+对大黄染液只有轻微增色作用。Al3+用于莫代尔织物媒染具有良好的染色效果，大黄染色莫代尔织物具有抗紫外线性能，大黄染料金属铝预媒染的最佳工艺为：浴比1∶25，媒染剂质量浓度1.6 g/L，植物染料质量浓度20 g/L，染液pH6，温度100 ℃。

天然染料；大黄；莫代尔纤维；染色工艺；正交试验

天然染料从天然植物、动物或矿产中获得，不经人工合成，无化学添加，色泽自然淡雅，在今日崇尚回归自然、生态环保的观念下，将有广阔的前景[1]。大黄是一种传统染料，大黄中的蒽醌类衍生物(芦荟大黄素、大黄酸、大黄素等)具有较强的抗菌消炎作用[2]。大黄染料多用于羊毛、丝绸、棉等天然纤维的染色[2-4]，在莫代尔纤维上应用尚未见相关报道。本研究以常见的媒染剂对莫代尔纤维进行媒染，探讨大黄染料对莫代尔织物染色性能的影响。

1 试 验

1.1 材料及药品

莫代尔机织物(40 cm×40 cm，110 cm×70 cm，已前处理)，大黄(盐城市中药饮片有限公司)，FeSO4•7H2O、KAl(SO4)2•12H2O、乙醇等(分析纯，烟台市双双化工有限公司)。

1.2 仪器及设备

CX-350A型高速多功能粉碎机(上海市晟喜制药机械有限公司)，Y571B型摩擦色牢度仪(南通三思机电有限公司)，防紫外(UV)透过及防晒测试系统(英国SDL公司)，SW-12B型耐洗色牢度试验机(南通三思机电有限公司)，Datacolor 600型分光光度计(Datacolor公司)，YG600型恒温水浴振荡器(南通三思机电有限公司)，UV-1801型紫外/可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公司)，pH-200计(徐州亚名仪器仪表有限公司)，尼龙滤网(400目)。

1.3 大黄色染液的制备

称取一定质量的大黄(已利用高速多功能粉碎机粉碎，30目金属筛网过滤)，加入20倍的水浸提1 h，放入微波炉中，微波(功率500 W)累积辐射时间5 min，然后放到65 ℃的超声波中萃取15 min。过滤，滤渣同法再提，合并2次滤液，滤液定容至一定体积，以此为染液。

1.4 大黄色素耐离子稳定性评价

大黄主要成分中带有大量羟基，分子结构如图1所示，它具有较好的水溶性，同时可以与金属离子形成配位键，从而通过这些金属离子与纤维以络合结构的形式结合。综上分析，大黄可与金属离子发生络合，可利用紫外/可见分光光度计扫描添加少量金属离子大黄色素溶液吸收光谱。

图1 大黄主要成分的结构Fig.1 Structure of the main components of Rhubarb

1.5 染 色

采用不同媒染工艺，恒温法对莫代尔织物进行染色。染色浴比1︰25，保温时间60 min，升温速率1.5～2.0 ℃/min，媒染剂(FeSO4•7H2O、KAl(SO4)2•12H2O)质量浓度0.4～2.8 g/L，植物染料大黄质量浓度(将染液中大黄全部折算成植物大黄质量)4～24 g/L，染色温度70～100 ℃，染液pH4～9。预媒染、后媒染时间30 min，温度60 ℃，浴比1∶25。染后皂洗(洗衣粉2 g/L，80 ℃，1 min)，温水洗(40 ℃，60 s)，冷水洗净，阴干。

1.6 测试方法

1.6.1 上染率的测定

利用UV-1801型紫外/可见分光光度计分别测定染色前后染液的吸光度，然后按照式(1)计算上染率。

式(1)中：A0为染色前染液的吸光度；A1为染色后残液的吸光度。1.6.2 颜色特征值的测定

使用Datacolor 600型分光光度计测试染后织物L*、a*、b*、c*、h*、K/S等值，D65光源，10°视场。1.6.3 色牢度的测试

耐摩擦色牢度按GB/T 3920－2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》执行，耐皂洗色牢度按GB/T 3921－2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》执行。

1.6.4 防紫外线测试

采用GB/T 18830－2009《纺织品防紫外线性能的评定》测定织物防紫外性能，主要测试紫外线防护系数UPF值及紫外线平均透射率T(UVA)AV和T(UVB)AV来表示试样的抗紫外线性能。

2 结果与分析

2.1 大黄色素离子稳定性研究

大黄染液的质量浓度为0.64 g/L，添加少量金属离子的大黄染液，溶液澄清度良好，未见明显絮状沉淀，可见大黄染液与Al3+、Fe2+相溶性良好。添加Al3+后，大黄染液的颜色几乎没有变化，只是颜色发亮，另外从图2可知吸收光谱曲线几乎重叠，因此添加Al3+对大黄染液的颜色影响很小。而添加Fe2+后，大黄染液颜色有些发暗，但从图3可知5条吸收光谱曲线的形状基本相同，从而得出Fe2+对大黄染液影响很小，只有很轻微的增色作用。综上可见，大黄色素在常见金属离子中的稳定性较好[5]。

图2 硫酸铝对大黄染液可见吸收光谱的影响Fig.2 Effect of Aluminum Sulfate on absorption spectrum of Rhubarb dye

图3 硫酸亚铁对大黄染液可见吸收光谱的影响Fig.3 Effect of Ferrous Sulfate on absorption spectrum of Rhubarb dye

2.2 媒染剂对染色性能的影响

2.2.1 媒染剂的选择

在其他染色条件相同的情况下，采用不同的媒染剂染色，所染布样的颜色特征值见表1。从表1可以看出，Fe2+媒染剂使所染布样的颜色发暗，L*相对较小，b*值和Al3+媒染相比相对小些，但K/S值均比较大。Al3+媒染剂使所染布样的b*值明显变大，K/S值和媒染Fe2+媒染相比相对小些，但比无媒染大。综合考虑染色莫代尔织物的b*、K/S值，发现大黄染液对莫代尔织物的染色比较适宜的媒染方法是Al3+预媒染。

表1 媒染方法对染色莫代尔颜色特征值的影响Tab.1 Effect of the mordant dyeing method on color index of Modal fabrics

2.2.2 媒染剂质量浓度对K/S影响

从图4媒染剂铝离子质量浓度对大黄染液染色莫代尔织物颜色特征值K/S值的影响可以看出：随着铝离子质量浓度的增大，K/S值也逐渐增加，当媒染剂质量浓度为1.6 g/L时，K/S值达到最高，继续增加媒染剂质量浓度，K/S值下降。这是因为在预媒染时，媒染剂使用越多，与织物结合的媒染剂也相应增加，最终导致上染到织物上的染料量也比较多，K/S值逐渐增加。当媒染剂质量浓度超过一定值后，铝盐更容易与染料分子络合，削弱了染料与纤维的亲和力，造成K/S值下降。

图4 媒染剂质量浓度对K/S值的影响Fig.4 Effect of the mordant concentration on the K/S value

2.2.3 铝离子对上染率的影响

大黄无媒染和大黄铝预媒染在起染90 min时都已经达到吸附平衡，另外从图5也可以看出，大黄铝预媒染最终上染率比无媒染色大10 %左右。这是因为大黄色素成分与媒染剂铝离子形成络合物后，可吸收更多的色素分子，从而提高上染率[6]。

图5 铝预媒染与无媒染莫代尔织物上染速率比较Fig.5 Comparison of dye-uptake between the Modal fabrics dyed with Aluminum pre-mordant and no mordant

2.3 pH值对K/S值的影响

从图6可以看出，在其他染色条件相同下，莫代尔织物在酸性染浴中染色样的K/S值随染色pH值的提高而增大，pH值达到6后，K/S值迅速降低。这是因为随pH值的升高，大黄色素中的羧基、羟基电离度增大，染料溶解度增加，有助于染色的顺利进行，故K/S值增大；但当pH值达到一定值后，纤维素阴离子对大黄色素阴离子产生一定的排斥作用，故上染率下降，K/S值减小，综上所述染色pH值应选6左右[7]。

2.4 染色温度对K/S值的影响

在只改变染色温度的情况下，染色织物表面深度K/S值与染色温度的关系见图7。可见所染布样的表面色深度K/S值开始值随着染色温度的升高而逐渐增大，80 ℃以后更加明显。这是因为莫代尔纤维用大黄染料染色是吸热过程[8]，随着染色温度的升高，染料的吸附继续增加，升温会使染色平衡向纤维的方向移动，故K/S值逐渐增大。综上确定染色温度为90～100 ℃。

图6 染色pH值对K/S值的影响Fig.6 Effect of dyeing pH value on K/S Value

图7 染色温度对K/S值的影响Fig.7 Effect of dyeing temperature on K/S Value

2.5 染料质量浓度不同对K/S值的影响

如图8所示，随着大黄染料质量浓度的增加，纤维上染料吸附量也愈高，平衡吸附量也越大，K/S值有明显增大的趋势。当染料质量浓度增加到20 g/L后，染色莫代尔织物的K/S值增加比较平缓，因为染料质量浓度达到一定值后，织物吸附的染料量趋于饱和。

图8 染料质量浓度对K/S值的影响Fig.8 Effect of the dye concentration on K/S Value

2.6 防紫外性能

织物的防紫外性能主要看防护指数，即UPF和UVA值。根据国家标准，只有UPF大于30，且T(UVA)AV小于5 %时，才能称为防紫外线产品。大黄染色莫代尔织物的防护指数都大于该标准，充分显示染色莫代尔织物具有抗紫外性能[9]。

表2 大黄染色莫代尔织物的抗紫外指标Tab.2 Uvioresistant index of Modal fabrics dyed with Rhubarb dye

2.7 染色正交试验

正交试验选取媒染剂质量浓度、染色pH值、染料质量浓度(植物大黄质量)、染色温度为影响因素。正交试验方案根据L9(34)设计，其他染色条件为铝预媒染，恒温染色。以湿摩擦牢度、莫代尔织物染色深度(K/S)、b*为评价指标，试验结果及极差分析见表3。各试验的颜色特征值及色牢度(摩擦牢度、皂洗牢度)见表4、表5。

由表5试验结果可以看出，每个试验的耐摩擦色牢度中干摩擦牢度和皂洗牢度中的白布沾色、原样褪色均较好，达到3级以上，且变化不大。只有部分试验的湿摩擦牢度未达到国家标准。

由表3试验结果和极差分析可知，影响K/S值的先后顺序为：B＞D＞C＞A。植物染料质量浓度对染色织物的K/S值影响最大，随着染料质量浓度增加，染液中染料分子数目增多，纤维同染料分子结合的概率增加。其次是染色温度，上染百分率随着染色温度的升高而增加，故K/S值也逐渐增加。

影响b*的因素先后顺序是：C＞D＞A＞B，pH值影响比较大，b*随着pH值增大而减小，说明织物色光黄光减弱，这与大黄天然染料的pH值稳定性相一致[4]，说明pH值接近中性使大黄的结构发生了一定程度的变化。染色温度影响也比较大，这是因为温度升高，染料扩散动能增加，有利于更多染料向纤维内部扩散，故b*随温度的升高而逐渐增大。

影响湿摩擦牢度的先后顺序为：B＞D＞C＞A，染料质量浓度影响最大，这是因为染料浓度越高，在纤维上未与纤维固着的染料分子越多，故色牢度越差，染色温度影响也比较大。当反应温度比较高时，染料分子的运动速度及纤维大分子链的振动比较剧烈，染料分子与纤维中可反应的基团碰撞的几率增大，反应越充分，故温度越高色牢度越好。

表3 正交试验方案及结果分析Tab.3 Table of schemes of the orthogonal experiments and the analysis of results

表4 正交试验染色莫代尔织物的颜色特征值Tab.4 Color index of Modal fabrics dyed by the orthogonal test

表5 正交试验染色莫代尔织物的色牢度Tab.5 Color fastness of Modal fabrics dyed by the orthogonal test

大黄染料对莫代尔织物的染色效果以湿摩擦色牢度、色度K/S、b*为依据综合考虑，优化组合为A2B2C2D3，即在浴比1︰25条件下，媒染剂质量浓度1.6 g/L，植物染料质量浓度20 g/L，染液pH值为6，温度为100 ℃。

3 结 论

1)Al3+对大黄染液颜色影响很小，Fe2+对大黄染液影响也很小，只有轻微增色作用；

2)Al3+预媒染适用于大黄染液对莫代尔织物的染色，媒染剂质量浓度1.6 g/L时，染色织物K/S值达到最高，铝预媒染上染率比直接染色方法大10 %左右；

3)大黄染莫代尔织物具有抗紫外性能；

4)大黄铝预媒染的最优工艺为：浴比1∶25条件下，媒染剂质量浓度1.6 g/L，染料质量浓度20 g/L，染液pH6，温度100 ℃。

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Study on dyeing process of Modal fi ber with natural dye Rhubarb

LIU Hua, WEI Li
(Department of Textile Engineering, Yancheng Textile Vocational Technology College, Yancheng 224005, China)

In order to achieve more yellow Modal fabric with deeper color and higher fastness by Rhubarb dye, this thesis investigates the influence of metal-ion on natural dye Rhubarb and the effect of the dyeing parameters on the dyeing effect of Modal fabric, tests the anti-ultraviolet property of the dyed Modal fabric and optimizes the dyeing process. The research shows that the effect of Al3+ions on the color of the natural Rhubarb dye is very small, and the Fe2+ions have slight hyperchromic effect of on the natural Rhubarb dye liquor. In addition, the Modal fabric dyed with Al3+mordant can achieve good dyed effect, and the Modal fabric dyed with Rhubarb dye has anti-ultraviolet property. The optimum process of pre-mordant dyed with Rhubarb dye aluminum is that the bath ratio is 1∶25, the concentration of aluminum mordant is 1.6 g/L, the concentration of the Rhubarb dyestuff is 20 g/L, pH value is 5, and the dyeing temperature is 100 ℃.

Natural dye; Rhubarb; Modal fiber; Dye; Orthogonal experiments

TS193.5

A

1001-7003(2012)07-0013-06

2012-03-01；

2012-05-15

江苏省科技型企业技术创新资金项目(BC2010455)；江苏省现代教育技术研究立项课题(2011-R-18799)

刘华(1970－ )，男，副教授，主要从事浆纱、织物及生态纺织品开发研究。