花青素掺杂的壳聚糖杂化溶液对蚕丝的染色性能

（盐城工学院纺织服装学院 江苏盐城 224051）

现代，随着人们对环境及自身健康的日益关注，生态环保的理念深入人心，各行各业都热衷于对环境友好产品的开发，在纺织印染行业也是如此，人们对纺织品要求不仅要穿着舒适，易护理，而且还要求安全、无毒。事实上，在印染加工过程中，为了达到纺织品的各种应用性能，通常需要使用大量的染化助剂，而一些有毒、难以降解的助剂的使用不仅对环境造成了严重的污染，还对人体健康不利。为了满足人们对生态绿色纺织品的需求，利用来自自然界的天然无毒生物大分子进行开发应用染整加工助剂受到人们的普遍欢迎。花青素是一种植物水溶性色素，由于其来源广、无毒性、安全性高，且具有抗氧化、改善血液循环、抑制炎症与过敏、抗癌等生理功能和其他一些特殊保健功能[1-3]。花青素母核结构当中具有双键，能选择性吸收可见光而呈现一定的颜色，从红色、紫色、蓝色至绿色，跨越了多个色系，从目前的研究文献来看，在纺织品的染色应用上，花青素染料的研究应用报道较少[4]。壳聚糖是一类带正电荷的天然生物高分子，由于其独特的结构特征，含有活泼性基团-OH、-NH2，生物相容性好、生物降解性、良好的成膜性，在纺织品中作为染色增深剂、功能整理剂已有广泛的应用研究报道[5-6]。本文主要研究花青素不同浓度及pH值的溶液紫外可见光谱及花青素掺杂壳聚糖/镁溶液对蚕丝进行染色，研究不同条件对蚕丝染色性能的影响。

1 材料和试剂

材料：蚕丝织物

试剂：壳聚糖（生化试剂，浙江金壳生物化学有限公司）；花青素（生化试剂长沙荣奇生物科技有限公司）；氯化镁，冰醋酸（市售，均为AR级）。

2 方法

2.1 配置不同浓度及不同pH的花青素溶液

分别配制不同浓度的花青素溶液及pH值分别为1.89、2.56、4.1、6.37、7.00、9.15、11.2的花青素溶液，研究它们的紫外可见吸收光谱。

2.2 含花青素及金属镁离子壳聚糖溶液对蚕丝的处理

配制1%的壳聚糖醋酸溶液，加入一定量的花青素及氯化镁，搅拌，直至形成均相的澄清溶液，放入蚕丝织物，50℃，处理1小时，取出水洗，晾干。测测试染色蚕丝的表面色深值K/S.

2.3 不同处理工艺条件对蚕丝织物性能的影响

在pH为5~6的条件下，研究处理方法、pH值，壳聚糖浓度、氯化镁用量、花青素浓度等对蚕丝织物染色影响 ，测试表面色深值K/S。

2.4 表观深度（K/S）的测定

将染色织物折成三到四层，整理平整，在Color-Eye 7000A电脑测配色系统上测定表观色深K/S值，采用D65光源，10o视场。为了减小测试误差，每试样测定3次取平均值。将试样折叠4层，置于UltraScan XE 测色仪上，每个样品在不同位置测试3次，测定染色样品在其最大吸收波长处的值，计算公式如下：

式中：R表示有色试样趋于无限厚或没有透射时的反射率；

K表示有色物质的吸收系数；

S表示散射系数；

K/S表示表面深度

3 结果与讨论

3.1 天然花青素溶液及不同pH值条件下紫外可见光谱

图1 不同浓度花青素溶液紫外可见光谱

图2 不同pH下花青素溶液的吸光度曲线

图1和图2不同浓度溶液和不同pH体条件下的紫外可见吸光度曲线，在300、510nm处均有吸收峰，是花青素的特征吸收峰，由此可推测葡萄籽色素属于花青素；此外，在300～335nm处的吸收峰为酰基化的花青素，这是由于酰基化的花青素中存在羰基—C=O，电子从能量较低的n轨道跃迁至π轨道，发生n→π*电子跃迁的缘故。并且随着pH 的增加，花青素的紫外可见吸收有红移现象，这主要是基本结构及其在不同pH条件下发生的互变结构而导致的。

3.2 花青素掺杂的壳聚糖镁溶胶对蚕丝的染色性能影响

研究分别用花青素/壳聚糖/镁，花青素，花青素/镁，花青素/壳聚糖对蚕丝纤维进行处理，发现花青素/壳聚糖/镁杂化体系处理的蚕丝纤维的表面色深值最高。说明在壳聚糖/镁杂化体系的共同作用下，壳聚糖在酸性条件下的氨基有助于对染料的吸附，而镁盐与花青素形成的复合物也有助于纤维表面颜色加深。有研究已经证实，当花青素和其它无色有机化合物或金属离子或复杂分子如黄酮或多酚类化合物作用时，它们之间会以化学键结合，形成特定的空间构型，产生一种色素颜色发生变化或强度增强的现象，这使得花青素稳定存在于植物和果蔬中，这就是辅助着色现象，简称辅色作用。添加辅色剂到花青素溶液中会加深溶液的色泽。辅色剂包括黄酮、生物碱、氨基酸、有机酸、核苷酸、多糖、金属离子及花青素本身。辅色剂与花青素形成的复合物能加深溶液色泽，同时使最大吸收波长向长波方向移动。因此，在花青素溶液中加入镁离子，有助于花青素颜色的显色，对织物的染色是有利的。

研究花青素/壳聚糖/镁杂花体系中不同条件变化对蚕丝上色的影响，结果见图4。图4a为不同pH条件下，花青素上染蚕丝纤维的情况，研究发现，在不同pH条件下，纤维表面的色深值K/S变化不同。pH越小，即酸性越强，蚕丝纤维表面色深值越高。说明花青素对蚕丝纤维的染色需要在酸性条件下进行。

图5 不同条件对蚕丝染色性能影响

制备掺杂花青素壳聚糖镁杂化溶液，研究不同壳聚糖用量、氯化镁用量及不同染色温度时，对蚕丝上色性能的影响。结果分别见图5。随着壳聚糖用量的增加，表面色深值增加，但增加到一定程度后，壳聚糖用量增加，表面色深值反而下降，这是由于壳聚糖为高分子易成膜的物质，浓度增加，在纤维表面成膜厚度增加，反而阻碍染料向纤维内部的渗透，而随着染色温度增加，表面K/S增加，说明壳聚糖/镁/花青素杂化体系在纤维表面沉积后，染料的吸附扩散是吸热反应，温度越高，分子运动加快，越有助于染料的吸附。而研究表明，金属镁离子在金属花青素形成过程中，起着重要稳定作用[2]。氯化镁的促染作用也随着其用量的增加而增加，超过一定用量，纤维表面K/S下降，这是金属离子与天然染料、蚕丝纤维配位时封闭了一部分羟基而导致吸附染料能力下降，K/S降低。

4 结论

利用花青素掺杂的壳聚糖金属镁离子溶液对蚕丝织物染色，酸性条件下，温度增加，有利于花青素上染，表面色深度增加，同时花青素颜色稳定性增强。

[1]左玉.花青素稳定性研究进展[J].粮食与油脂,2014;(27):1-5.

[2]应建维,章淑娟,余志成.一种具有酸碱指示功能的蚕丝织物的制备与性能表征[J].蚕业科学, 2014;(40):81-84.

[3]王秋霜，凌彩金，刘淑媚,赵超艺,李家贤.花青素分离纯化及其组分鉴定研究进展[J].食品工业科技, 2013;(34):358-364.

[4]王华印,胡志华,周文龙.花青素类天然染料研究现状及展望[J].现代纺织技术, 2013;(6):55-58.

[5]甄莉莉,付小蓉,程坚,黄丹.经壳聚糖季铵盐整理的羊毛织物酸性染料染色性能[J].纺织学报, 2014;35(08):59-63.

[6] Kong M, Chen XG, Xing K, Park HJ. Antimicrobial properties of chitosan and mode of action: A state of the art review [J].International Journal of Food Microbiology 2010,144 : 51-63.