苏木天然染料染色柞蚕丝织物的色光稳定性研究

卢 声

(辽东学院化工与材料学院，辽宁丹东118000)

植物染料具有较好的生物降解性和环境相容性，有助于改善纺织印染行业污染严重的问题，从而成为业内相关人士和企业关注的热点［1-2］。苏木是中国古代用于染红色系的主要植物，同时也是一种中药材，具有祛风活血和抗菌等药用功效。苏木属于苯并吡喃类天然染料，其色素的主要成分是苏木素，苏木素结构中含有大量羟基，易溶于水，相对分子质量较小，染色直接性低，色牢度差，且在不同的pH值条件下有变色行为，呈现黄棕、红褐、紫等颜色，其染色织物的稳定性较差［3-4］。

染色纺织品的生态标准和染料的色稳定性有紧密关系。天然染料发色基团的固有不稳定性，使天然染料较人工合成染料的稳定性差，主要是天然染料受外界因素影响大(如pH值、温度、日照等)。尽管媒染可提高天然植物染料的染色牢度，但媒染是否能改善天然植物染料染色织物的色稳定性还鲜有研究。本研究主要探讨了pH值、染色温度、氧漂和日照对苏木天然染料染色柞蚕丝织物的色标值和色牢度的影响，为天然植物染料的应用，特别是苏木天然染料对柞蚕丝织物的染色做一些基础工作。

1 实验

1.1 实验材料与仪器

材料:5023柞丝绸(已脱胶，市售);苏木(市售中药)。

药品:保险粉、氢氧化钠、盐酸、冰醋酸、无水乙醇、明矾、氯化铁、分散剂NNO，均为分析纯;中性皂片(市购)。

仪器:XW-ZDR-25*12低噪振荡式染样机(靖江市新旺染整设备厂)，HH-恒温水浴锅(巩义予华仪器厂)，紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，YB571B耐摩擦牢度测试仪(温州大荣纺织仪器公司)，SW-12A耐水洗牢度测试仪(温州大荣纺织仪器公司)，X-rite Color-Eye 7000A颜色特征值测定仪(苏州色丽电子科技有限公司)，DHG-9203A型电热恒温鼓风干燥箱(江苏华青流体科技有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 苏木天然染料的提取

研磨苏木，按料液比1︰20，于100℃下在蒸馏水中浸提60 min，反复浸提3次，渗漏1 h后过滤、抽滤得到提取液，即为苏木染液［5］。

1.2.2 苏木天然染料的染色工艺

采用直接染色和媒染法上染柞蚕丝织物。

直接染色:柞丝绸织物2 g，40℃入染，90℃条件下染色60 min，浴比1︰50，pH 值为4～5(用10%醋酸调节)。染后皂洗、水洗、阴干［6］。

媒染染色:根据文献［6］，本实验采用预媒染色，明矾和氯化铁为媒染剂。

铝媒染:柞蚕丝织物2 g于80℃浸入明矾溶液(0.6 g/L)中处理30 min取出，用直接染色工艺染色。

铁媒染:柞蚕丝织物2 g于60℃浸入氯化铁溶液(1.4 g/L)中处理45 min取出，用直接染色工艺染色。

1.2.3 染色柞蚕丝织物的氧漂工艺

将10 mL/L 3%的H2O2，3 g/L的水玻璃(相对密度1.4)和1 g/L的渗透剂 JPF混合均匀后，用NaOH溶液调整溶液的pH值至10，获得氧漂原液，使用时将氧漂原液稀释10倍，得到氧漂溶液。氧漂溶液升温至90℃，浸入2 g染色蚕丝织物，40 min后取出，水洗晾干。

1.3 性能测试

1.3.1 色度指标值

在Color-Eye 7000A颜色特征值测定仪上测定染色柞蚕丝织物的L*、a*、b*、c*值及K/S值。

1.3.2 染色牢度

耐摩擦牢度按GB/T 3920—1997《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

耐洗色牢度按 GB/T 3921.1—1997《纺织品 色牢度试验耐洗色牢度:试验1》测定。

2 结果与讨论

2.1 pH值对染色柞蚕丝织物的色光影响

染料的酸碱稳定性对于染色对象的选择、工艺参数的确定，以及织物洗涤条件均有比较重要的指导意义［7］。

经测试，本研究所用苏木染液的pH值为4.2，最大吸收波长450 nm，此时染液颜色为橙黄色。

苏木染料的主要成分是苏木素，结构中含有羟基，因此苏木素易于溶于水，可以与金属离子中的空轨道形成配位键。柞蚕丝是蛋白质纤维，含有氨基和羧基两种基团，在水溶液中呈两性性质。pH值的不同使苏木素的供电子能力和柞蚕丝的电性有所改变，导致染料与丝素结合能力不同。

采用直接染色及Al3+和Fe3+为媒染剂的预媒法进行染色。将染色后的柞蚕丝织物分别浸入不同的pH值水溶液中(溶液的pH值用氢氧化钠和盐酸溶液来进行调整)，30 min后取出，水洗晾干。测其色度指标值，如表1所示。

由表1可知，采用不同pH值的溶液处理染色蚕丝织物，织物的色光均发生变化。媒染剂及其种类均会影响被染丝织物的颜色和颜色稳定性。相对于媒染工艺，直接染染色丝织物的色光变化较小。铁媒染染色丝织物的色光稳定性要好于铝媒染染色丝织物。织物1的K/S值和明度L*值变化最小，特别是在pH小于7时基本不变。织物2和织物3的K/S值总体趋势是随着处理溶液pH值的增加而增大，但织物3的K/S值存在一定的波动。

从a*和b*值可以看出，三种染色织物均有明显的色调变化。织物1和2的a*和b*值变化趋势是一致的，随着处理溶液pH值的增加a*值增加、b*值减小，而织物3的a*值变化与织物1和2相反，但变化幅度相对较小。这可能是因为苏木染液中含有无色苏木精，在pH4染浴中苏木精未氧化成氧化苏木精而显无色，但是其在直接染色和媒染染色时已附着在织物上。当用不同pH值溶液来处理染色蚕丝织物时，随着溶液pH值增加，苏木精向氧化苏木精转变，结果K/S值增加、红光增加和黄光减小，使织物的色调发生变化［8］。

表1 pH值对染色柞蚕丝织物色度指标的影响Tab.1 Effects of pH value on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

2.2 温度对染色柞蚕丝织物的色光影响

将按1.2.2染色后的柞蚕丝织物置于120℃的烘箱中，5 min后取出，冷却后测其色度指标值(表2)。

表2 温度对染色柞蚕丝织物色度指标的影响Tab.2 Effects of temperature on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

由表2可知，铁媒染蚕丝织物经高温处理后，K/S值减小，明度增加，饱和度减小，红光略有增加，黄光基本不变。直接染和铝媒染织物处理后的色度指标值变化趋势基本一致。K/S值和L*值变化不大，a*、b*和c*值均增加。由此可见，温度对染色蚕丝织物的色光有一定影响，但影响不大。从K/S值来考虑，对铁媒染染色织物的影响最大;如从色调来考虑，则对铝媒染染色织物影响最大。

2.3 氧漂对染色柞蚕丝织物的色光影响

由于蚕丝的耐碱性远低于棉、麻等纤维织物，在碱液里可发生不同程度的水解，浓的强碱液对蚕丝的破坏力更强，因此蚕丝织物一般不宜用碱性大的肥皂和洗涤剂进行处理。氧漂是通过在水溶液中经过羟基离子游离出活性氧而起到漂白作用，其漂白温和，一般不会损伤织物。本实验研究了过氧化氢作为氧漂液，对苏木染色柞蚕丝织物色光的影响，测定了处理前后织物的色度指标值(表3)。

表3 氧漂对染色柞蚕丝织物色度指标的影响Tab.3 Effects of oxygen bleaching on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

从表3可知，三种被染织物经过氧化氢溶液处理后，K/S值均减小，其中铝媒染织物色深值降低幅度最大，而直接染色织物色深值降低最小。三种被染织物的L*值均增加，明度增加程度最大的为铁媒染，直接染色织物最小。对于a*、b*值，铁媒染织物处理后比处理前明显增加，即红光和黄光增加，被染织物由灰黑色变为橙黄色;直接染色和铝媒染染色织物则均减小，a*值由正变为负，被染织物颜色褪去非常明显，颜色几乎为白色。由此可见，氧漂溶液对被染柞蚕丝织物具有明显的褪色和变色作用，直接染和铝媒染织物褪色现象明显，而铁媒染织物则发生很明显的变色，被染织物的亮度和饱和度均有明显改善。

2.4 光照对染色柞蚕丝织物的色光影响

染色织物在长期日晒情况下，易发生褪色。其变色机理主要是染料吸收光子后被激化，发生光化学反应，染料结构被破坏导致染色织物发生变色和褪色［8-9］。

实验中将染色蚕丝织物置于日光下，日晒三周(五月晴天，累计计算)，测其色度指标值，并与基础样(无光照实验)进行对比，结果见表4。

经光照后，被染织物的a*、b*、c*值和K/S值均降低，说明光照会使被染织物的色调发生改变，饱和度和鲜艳度降低。铁媒染织物的颜色光稳定性明显好于直接染色织物，这是由于金属的络合作用，生成的染料分子、金属离子和纤维三者新的共轭体系，染料的稳定性得到提高，从而也较大程度地提高了染料分子的光稳定性。但是，铝媒染织物的颜色光稳定性不仅没有得到改善，反而降低，这可能与苏木染料和铝离子的络合方式有关，具体原因还有待于进一步分析。

表4 光照对染色柞蚕丝织物色度指标的影响Tab.4 Effects of illumination on chroma indicators of dyed tussah silk fabrics

2.5 染色柞蚕丝织物的色牢度分析

测定了染色柞蚕丝织物的耐洗和摩擦牢度(棉沾)，结果见表5。

表5 染色柞蚕丝织物的色牢度Tab.5 Color fastness of dyed tussah silk fabrics

无论处理前，还是处理后，媒染染色织物的色牢度均比直接染色织物要高，这是由于金属离子、苏木染料和纤维之间形成的络合物，可以增加染料与蚕丝纤维之间的直接性，使染料可以较牢固地固着在纤维上，从而获得良好的耐洗牢度和摩擦牢度。同时，可以观察到被染织物的色牢度和色光稳定性之间没有相关性。

3 结论

1)溶液的酸碱性、温度、氧漂和光照对苏木染色柞蚕丝织物的色光均有影响。其中酸碱性和氧漂对色光变化的影响最大，温度影响最小。

2)氧漂可以使柞蚕丝染色织物发生严重的褪色现象，溶液的酸碱性则对被染织物的色调影响最大。

3)媒染染色织物可以明显改善织物的色牢度，但不能改善织物的色光稳定性。

4)铁媒染和铝媒染织物在相同的处理条件下，色光变化不同。铁媒染织物的色光稳定性要好于铝媒染。

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