天然黄柏染料的提取及对真丝织物的染色研究

高亚宁，任支刚

(1.陕西工业职业技术学院化工与纺织学院，陕西咸阳712000;2.西安工程大学纺织与材料学院，西安710048)

天然染料色泽温和，有较好的生物降解性，无过敏，非致癌，健康环保且毒性较低，与环境相容性好。天然染料大多为中药，在染色过程中，其药性、香味、成分与色素一起被织物吸收，使得染色后的织物对人体有特殊的药物保健功能［1-4］。但从植物染料染色的总体情况来看，其色素的提取工艺还是较繁复与滞后的［5-7］。因此，植物染色的纺织品制作较适合小批量、多品种的形式，并以它独有的艺术形式及品位，用于提升产品的附加值［8-9］。

黄柏为芸香科植物黄檗(关黄柏)和黄皮树(川黄柏)除去栓皮的树皮，又称为黄檗、檗木、檗皮。黄柏含有小檗碱、黄柏碱等多种生物碱，以及黄柏酮、黄柏内酯。本研究将探讨从黄柏中提取天然染料的工艺，优化黄柏提取液对真丝织物染色的工艺，并评定染色效果。

1 试验

1.1 材料、药品和仪器

材料:02真丝练白双绉(市售)。

药品:氢氧化钠、碳酸钠、盐酸、无水硫酸钠、硫酸铜、硫酸铝钾、硫酸亚铁、氯化亚锡、氯化锌(均为分析纯)，交联剂 EH(工业品，市售)，黄柏(市售药材)。

仪器和设备:SF-300型思维士电脑测色配色仪(美国Datacolor公司)，722型分光光度计(上海第三分析仪器厂)，SW-12型耐洗色牢度试验机(无锡纺织仪器厂)，Y5718型摩擦牢度仪(温州纺织仪器厂)，KE.WEI型电热恒温水浴锅(上海医疗器械厂)，X-Rite Colori7分光测色仪(美国爱色丽科技公司)。

1.2 染液的提取

准确称取5 g黄柏粉末，在200 mL水中煮沸1 h，取其提取液，在最大吸收波长400 nm下测其吸光度A。

1.3 染 色

1.3.1 直接染色

温度50～90℃，pH值5～9，以优选提取工艺的提取液为染液(下同)，染色30～60 min。

1.3.2 媒染染色

媒染工艺方法与处方:采用预媒法［2］，CuSO4质量浓度为0.5 g/L(3%o.w.f);温度为 40 ℃;时间为30 min;浴比为 1︰60。

1.4 性能测试

1.4.1 吸光度的测定

在染料的最大吸收波长λmax处，用分光光度计测量吸光度A。

1.4.2 染色深度的测定

织物K/S值的测定［9-10］采用电脑测色配色仪，D65光源，10°视角，试样折叠3层，测定10次，取其平均值。

1.4.3 耐洗色牢度测定

按照GB/T 3921.3—1997《纺织品 色牢度 耐洗色牢度实验:方法3》测试，然后按GB/T 250—1995《评定变色用灰色样卡》用褪色灰色卡和沾色灰卡分别评定褪色与沾色牢度等级。

1.4.4 摩擦色牢度测试

采用摩擦色牢度试验仪，按照GB/T 3920—1997《纺织品色牢度实验耐摩擦色牢度》测试，随后采用GB/T 250—1995《评定变色用灰色样卡》评级。

1.4.5 匀染性测定

在织物上任取10个点，在最大吸收波长λmax处用分光测色仪测其表观深度K/S值［10-11］，然后计算出标准偏差Sr，以此来表示染色织物的匀染性。标准偏差愈小，则匀染性愈好。相关计算公式:

式中:n为测量点数。

2 结果与讨论

2.1 黄柏染液提取工艺

表1 黄柏染液提取工艺的正交试验结果Tab.1 Orthogonal test results of extraction process of golden cypress dye liquor

以提取次数为单一因素，在最优工艺下对黄柏进行提取，在最大吸收波长下测定，经1次、2次、3次提取后提取液的吸光度 A分别为0.374、0.082、0.052，确定黄柏的最佳提取次数为1次。

2.2 真丝织物黄柏染色工艺

从表2可见，黄柏直接染真丝织物最大影响因素是温度，其次是pH值，影响最小是时间。温度升高，纤维的膨化程度提高，色素分子的聚集度降低，色素分子能更好地扩散进入纤维内部。考虑到天然色素的成分复杂，温度过高易导致染料分解变质，因此温度不宜太高。随着染液酸性减弱，蚕丝织物表面的负电荷增加，从而能吸附更多的染料，织物的颜色深度增加，且色差值变小。综上所述，黄柏直接染真丝织物时的最佳工艺为:染液pH值7，常温下入染，升温至50℃后，恒温下染色45 min。

2.3 黄柏染色真丝织物的固色工艺

黄柏染料直接上染真丝织物，摩擦色牢度达到4～5级，但耐洗色牢度的变色级别为1级，沾色级别为3～4级，所以必须使用媒染剂、交联剂、固色剂或其他方法来提高其耐洗色牢度。

经优化试验，当染色前真丝织物用交联剂浸渍处理时，织物的得色量K/S值、ΔK/S值都较大，但皂洗前后得色量K/S值、ΔK/S值最小的是交联剂染前浸渍处理。因此，对真丝织物最好的固色方法是用交联剂染前浸渍处理。黄柏染色真丝织物的固色工艺采用3因素3水平L9(34)正交试验，结果见表3。

表3 黄柏染色真丝织物的固色工艺的正交试验结果Tab.3 Orthogonal test results of fixation process of silk fabric dyed with golden cypress

从表3可见，用交联剂对真丝织物进行固色时，最大的影响因素是交联剂质量浓度，其次是温度和时间。耐皂洗测试前后ΔK/S值越小，固色效果越好，初步可确定其固色工艺为:交联剂质量浓度为5 g/L，温度为60℃，浸渍时间为30 min。

从图1看出，固色剂质量浓度为5 g/L时，K/S值和ΔK/S值都是最大的。因此，综合正交试验和单一因素试验，可得出固色剂对真丝织物固色时的最佳工艺是:交联剂质量浓度为5 g/L，温度为60℃，浸渍时间为30 min。

2.4 不同工艺对黄柏染色真丝织物的色牢度影响

用已优化的固色工艺对真丝织物按1.3.2进行染色。染后测定其耐洗色牢度，耐干、湿摩擦色牢度和匀染性，并与媒染剂硫酸铜固色工艺［1］进行分析比较。

2.4.1 不同工艺对黄柏染色真丝织物的色牢度影响

试样分别按照最佳工艺对真丝织物进行直接染色、交联剂处理和媒染剂CuSO4处理，其耐洗色牢度和摩擦色牢度见表4所示。

图1 交联剂质量浓度的单因素试验结果Fig.1 Single factor test results of mass concentration of cross-linking agent

表4 不同工艺对黄柏染色真丝织物的色牢度影响Tab.4 Influence of different processes on color fastness of silk fabrics dyed with golden cypress

由表4可见，天然染料黄柏染真丝织物的耐摩擦色牢度比较好，但耐洗色牢度较差，交联剂在一定程度上可提高黄柏染真丝织物的耐洗色牢度，使耐洗色牢度的变色级别能达到4级，沾色级别能达到4级。

2.4.2 不同工艺对黄柏染色真丝织物的匀染性影响

从表5可见，媒染剂处理后的标准偏差Sr最小;其次是交联剂处理。这说明，交联剂处理后的真丝织物的匀染性不如媒染剂，但其标准偏差Sr比直接染色的方差小，说明它可以在一定程度上提高匀染性，但效果没有媒染剂处理后的好。

表5 不同工艺对黄柏染色真丝织物的匀染性影响Tab.5 Influence of different processes on levelling property of silk fabrics dyed with golden cypress

3 结论

1)选用水提取法提取黄柏色素，最佳提取工艺:黄柏色素质量浓度2.5 g/L，提取温度100℃，提取时间60 min，1次提取。

2)真丝织物黄柏染色的最佳工艺:染液pH值7，常温下入染，升温至50℃后，恒温染色45 min。用交联剂处理后，染色牢度得到提高，其效果比媒染要好。

3)黄柏染色真丝织物的固色工艺:用交联剂染前浸渍处理，交联剂质量浓度5 g/L，温度60℃，浸渍时间30 min。

4)各种最优工艺处理真丝织物后，其媒染的染色牢度不如交联剂处理后的效果好，而且媒染剂对环境有污染，所以用交联剂提高黄柏染料染色牢度可以取代媒染剂染色。

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