水浸法提取秦皮天然染料及其对蚕丝织物的染色

刘瑾姝，邢建伟，师文钊，徐恒雨

(1.西安工程大学纺织与材料学院，西安710048;2.伊比西化工品贸易有限公司，上海200122)

天然染料具有合成染料无法比拟的环境友好、易生物降解等优良特性，在对绿色环保产品的高度需求下，日益被更多的研究者所关注。由于大部分用以提取天然染料的植物多为中草药，而且中国中草药资源丰富，所以，天然植物染料有很好的发展前景［1-4］。

秦皮作为中草药中常见的一种，主要取自木犀科植物苦枥白蜡树、白蜡树、尖叶白蜡树等的干燥枝皮或干皮。因其特有的清热燥湿、清肝明目等功效［5-6］，引起了研究者的广泛关注。目前对秦皮中所含香豆素类、皂类等活性成分的药理研究也较多［7］，但对其浸提液用于蚕丝织物的染色却鲜有报道。用于浸提植物天然染料的方法包括水萃取法、溶剂萃取法、超临界流体萃取法、树脂吸附法及超声波萃取法等［8］。本研究采用水浸渍提取法提取秦皮天然染料用于探讨其对蚕丝织物的后媒法染色，通过测试染后样品K/S值及染色色牢度等指标，为秦皮水浸提液后媒法染蚕丝织物的研究提供依据。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料:秦皮(粉状，西安怡康医药超市)，蚕丝练白双绉(平方米质量80 g/m2，湖州宇丰丝绸有限公司)，硫酸亚铁(分析纯，天津市天力化学试剂有限公司)，冰醋酸(分析纯，天津市富宇精细化工有限公司)。

仪器:HH-2型恒温水浴锅(北京科伟永兴仪器有限公司)，UV-1800PC型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)，Color i7型测色仪(X-rite)，Y571B型耐摩擦色牢度仪(温州纺织仪器厂)，SW-12A型耐洗色牢度测试仪(无锡纺织仪器厂)等。

1.2 实验方法

1.2.1 秦皮染料的提取

取经粉碎过筛的秦皮粉末，按一定料液比在不同温度下提取一定时间，冷却，室温静置15 min，过滤得滤液作染液，重复提取时步骤同上。

1.2.2 染色工艺

直接染色:蚕丝织物在室温下浸入含一定质量浓度秦皮水浸提液，浴比1︰30，升温至一定温度后染一定时间。

媒染染色:将直接染色后织物投入70℃含硫酸亚铁媒染剂中媒染30 min，经皂煮、水洗、烘干待测。

1.2.3 测试方法

1)染色液吸光度测试:使用UV-1800PC型紫外可见分光光度计测定秦皮提取液经稀释后在最大吸收波长下的吸光度。

2)颜色表征:使用Color i7型电脑测色仪测定经秦皮水浸提液染色后样品的K/S值及各项颜色指标。条件为D65光源，10°视角。

3)耐摩擦色牢度:参照GB/T 3920—1997《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定，按照GB 251—1995《评定沾色用灰色样卡》进行评级。

4)耐洗色牢度:参照GB/T 3921—1997《纺织品色牢度试验 耐洗色牢度:试验1》测定，按照 GB 250—1995《评定变色用灰色样卡》进行评级。

2 结果与讨论

2.1 秦皮天然染料水浸提法工艺分析

2.1.1 提取温度对提取效果的影响

提取时料液比定为1︰20，分别在温度20、40、60、80、100℃对秦皮提取90 min，提取2次，将提取液混合待用。染色条件为:秦皮染料质量浓度14 g/L，染液pH4.5，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比均为1︰30。测试经秦皮水浸提液染色后样品K/S值，测试结果见图1。

图1 提取温度对染色样品K/S值影响Fig.1 Effect of extraction temperature on K/S value of dyed samples

由图1可知，经2种不同染色方法染得织物表观深度随秦皮浸提温度升高而增大，80℃后提升不大。说明染色液浸提温度对染色效果有较明显影响;同时可以看出，后媒法染色的织物K/S值均高于未经媒染织物，说明在媒染剂作用下，上染织物的秦皮天然染料与媒染剂发生了络合并显色。因此，最终将浸提温度确定为80℃。

2.1.2 提取时间对提取效果的影响

提取时料液比定为1︰20，80℃对秦皮提取时间为 30、45、60、75、90、120 min，提取 2 次，将提取液混合待用。染色条件为:秦皮染料质量浓度14 g/L，染液pH4.5，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度为5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比均为1︰30。测试经秦皮水浸提液染色后样品K/S值，测试结果见图2。

由图2可知，经2种不同染色方法染得织物表观深度随秦皮浸提时间延长而增大，当浸提时间延长至90 min以上，染色后织物表观深度基本保持不变。因此，最终将浸提时间确定为90 min。

图2 浸提时间对染色样品K/S值的影响Fig.2 Effect of extraction time on K/S value of dyed samples

2.1.3 料液比对提取效果的影响

提取时选取不同料液比为 1︰10、1︰20、1︰30、1︰40、1︰50，在80 ℃对秦皮提取90 min，提取2 次，将提取液混合待用。染色条件为:秦皮染料质量浓度14 g/L，染液 pH4.5，染色温度 80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比均为1︰30。测试经秦皮水浸提液染色后样品K/S值，测试结果见图3。

图3 料液比对染色样品K/S值的影响Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on K/S value of dyed samples

由图3可知，料液比小，秦皮染色液质量浓度相对较高，被染织物K/S值较高，但实际浸提操作困难;料液比增大，秦皮染色液质量浓度随之降低，被染织物得色量降低，K/S值下降。考虑到秦皮色素利用问题，最终将浸提料液比确定为1︰20。

2.2 秦皮水浸提液后媒法染色工艺分析

2.2.1 pH值对染色性能的影响

秦皮染料质量浓度14 g/L，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比为1︰30。改变染液pH值，测试不同pH值染浴所染蚕丝织物K/S值，结果见图4。

由图4可以看出，随染浴pH值增大，染色后蚕丝织物K/S值有所降低，考虑到pH值太低会导致染色不匀现象及纤维损伤问题，因此将染浴pH值定为4.5。

2.2.2 染料质量浓度对染色性能的影响

实验中取一定量的秦皮水浸提液，加水稀释配制秦皮染料质量浓度分别为2、6、10、14、18 g/L 的染浴。染浴pH4.5，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比为1︰30条件下染色。测试不同条件下被染织物K/S值，测试结果见图5。

图4 染液pH值对染色样品K/S值的影响Fig.4 Effect of pH value of dye liquor on K/S value of dyed samples

图5 染料质量浓度对染色样品K/S值的影响Fig.5 Effect of dye mass concentration on K/S value of dyed samples

由图5可看出，被染蚕丝织物的K/S值随秦皮染料质量浓度增加而增大，当色素质量浓度继续增大至14 g/L以上时，蚕丝织物的K/S值的增大趋势变缓。这是由于秦皮色素质量浓度较小时，染色液中秦皮色素质量浓度相对较低，染色后蚕丝织物的得色量小;当色素质量浓度超过14 g/L，染料在织物上的上染达到饱和状态，继续增加染料质量浓度，不能与媒染剂发生有效络合，后续水洗过程中被洗掉，因此被染织物K/S值变化较小。

2.2.3 染色温度对染色性能的影响

秦皮染料质量浓度14 g/L，染浴pH4.5，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比为1︰30。改变染色温度，测试不同染色温度下所染蚕丝织物K/S值，结果见图6。

图6 染色温度对染色样品K/S值的影响Fig.6 Effect of dyeing temperature on K/S value of dyed samples

由图6可看出，被染蚕丝织物的K/S值随染色温度升高而显著增大，当温度升高至80℃以上时，蚕丝织物的K/S值的增大趋势变缓。考虑到纤维在湿热条件下的损伤程度较大，将秦皮水浸提液对蚕丝织物的染色温度定为80℃。

2.2.4 染色时间对染色效果的影响

秦皮染料质量浓度14 g/L，染浴pH4.5，染色温度80℃，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min，浴比为1︰30。改变染色时间，测试不同染色时间所染蚕丝织物K/S值，结果见图7。

由图7可看出，被染蚕丝织物的K/S值随染色时间延长而增大，当时间延长至60 min以上时，蚕丝织物的K/S值的基本保持不变。综合考虑，将秦皮水浸提液对蚕丝织物的染色时间定为60 min。

2.2.5 媒染剂质量浓度对染色效果的影响

秦皮染料质量浓度14 g/L，染浴pH4.5，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染温度80℃，媒染时间30 min，浴比为1︰30。改变媒染剂质量浓度，测试不同媒染剂质量浓度所染蚕丝织物K/S值，结果见图8。

图7 染色时间对染色样品K/S值的影响Fig.7 Effect of dyeing time on K/S value of dyed samples

图8 媒染剂质量浓度对染色效果的影响Fig.8 Effect of mass concentration of the mordant on K/S value of dyed samples

由图8可看出，被染蚕丝织物的K/S值随媒染剂质量浓度增加而增大，当媒染剂质量浓度为5 g/L以上时，蚕丝织物的K/S值基本保持不变。这是由于当媒染剂硫酸亚铁质量浓度较小时，能够与色素形成的络合物的媒染剂较少，未能与硫酸亚铁发生有效络合的色素在后续水洗过程中被洗去;当媒染剂质量浓度超过5 g/L时，色素与媒染剂有效络合反应充分，继续增加媒染剂质量浓度对增大被染织物K/S值意义不大。综合考虑，将媒染剂硫酸亚铁质量浓度定为5 g/L。

2.3 秦皮水浸提液对蚕丝织物染色性能的影响

采用秦皮水浸提液后媒法染色工艺，对蚕丝织物进行染色，测定染后样品色泽、K/S值及各项色牢度，测试结果见表1。

表1 不同染色方法染色后样品织物的颜色表征及色牢度Tab.1 Color characterization and color fastness of the samples dyed by different dyeing processes

由表1可以看出，最优化后媒法染色工艺可使蚕丝织物获得黄棕色色泽，且媒染后织物的染色色牢度比直接染色效果好。

3 结论

1)秦皮水浸提法优化工艺为:料液比1︰20，提取温度80℃，提取时间90 min，提取次数2次。

2)秦皮水浸提液对蚕丝织物染色工艺为:秦皮色素质量浓度14 g/L，染浴pH4.5，染色温度80℃，染色时间60 min，媒染剂硫酸亚铁质量浓度5 g/L，媒染温度70℃，媒染时间30 min。

3)不加入媒染剂直接染色，秦皮染料也能上染蚕丝织物，但得色率和色牢度较低，后媒法染色可提高颜色深度和色牢度。

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