可可壳色素对真丝织物染色性能研究

涂 超, 黎 谦

(武汉纺织大学 化学与化工学院, 武汉 430073)

研究与技术

可可壳色素对真丝织物染色性能研究

涂 超, 黎 谦

(武汉纺织大学 化学与化工学院, 武汉 430073)

为了研究天然染料可可壳色素对真丝织物的染色性能和染色真丝织物防紫外线性能，通过正交实验方法获得最佳染色工艺，并测定了不同染色真丝织物的紫外光透过率及UPF值。结果表明：可可壳色素直接染色的最佳工艺为色素相对真丝织物的质量分数2%，pH值5，时间60 min，温度70 ℃，浴比1︰50，前媒法处理的最佳工艺条件为媒染剂质量分数2%，媒染时间30 min，媒染温度70 ℃，浴比1︰50。真丝织物经过可可壳色素染色能提高紫外线防护性能，获得较好的耐摩擦和耐皂洗色牢度，但是日晒色牢度较差。

天然染料; 可可壳色素; 丝绸; 媒染染色; UPF

天然染料的来源非常广泛，主要从动植物及微生物中提取。经过天然染料染色的织物能呈现自然界的色彩、有的具有特殊芳香气味，这是合成染料无法媲美的[1-4]。具有良好生物降解性和环境友好性的天然染料，近年来受到了广泛关注[5-7]。

可可壳色素是将梧桐科植物可可树的种皮经酸洗、水洗后，用碱性水溶液浸提、过滤、浓缩、精制、干燥而得的产物。可可壳色素属于类黄酮多酚类，具有浓烈的可可香气，主要用做食品着色剂，而在纺织品中的应用研究不多见。

蚕丝属于蛋白质纤维，主要由丝胶和丝素组成，分子内有大量的氨基、羧基等亲水性基团，可以与可可壳色素的酚羟基以离子键及其他分子间力的结合，这为可可壳色素对蚕丝纤维进行染色提供了可能[8-9]。本文拟优化可可壳色素的直接染色和前媒染色工艺，并对真丝织物的紫外线防护性、耐摩擦和耐皂洗色牢度进行测试，为可可壳色素对真丝织物染色做一些基础工作。

1 实 验

1.1 材料、药品与仪器

材料：可可壳色素(市售)，蚕丝绉缎(平方米质量80 g/m2，江苏金顿有限公司)。

药品：媒染剂硫酸亚铁、氯化锌(分析纯，国药集团化学试剂公司)。

仪器：AS-12常温振荡染色机(厦门瑞比精密仪器有限公司)，TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，PHS-3C酸度计(上海雷磁有限公司)，SPF600测配色仪(美国Data color公司)，Y571耐摩擦色牢度仪(南通宝来设备有限公司)，SW-12A耐洗色牢度仪(南通宏大实验仪器有限公司)，DHG-9020A电热鼓风干燥箱(上海精宏仪器有限公司)，Xe-1氙灯试验箱(美国Q-Lab公司)，HD902C防紫外线透过及防晒保护测试仪(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.2 测试方法

1.2.1 染色液吸光度测试

使用TU-1901型双光束紫外可见分光光度计测定可可壳色素溶液经稀释后在最大吸收波长下的吸光度。

1.2.2 防紫外线测试

按照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》测试。

1.2.3K/S值测试

将染色真丝织物试样折叠成3层，使用SP600型电脑测色仪测定试样上不同的4个点K/S值及各项颜色指标，条件为D65光源，10°视角，求其平均值。

1.2.4 染色牢度

耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度、日晒色牢度分别按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》、GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、AATCC TM 16—2003《耐光色牢度》测定和评定。

2 结果分析

2.1 可可壳色素的吸收光谱曲线

将可可壳色素配制成质量浓度为1 g/L的溶液，用紫外-可见光分光光度计测试，结果如图1所示。

由图1可知，可可壳色素的最大吸收波长是470 nm，其在可见光区的吸收曲线呈平缓的趋势，且具有红光的吸收特征。可可壳色素在紫外光区有吸收峰值，其染色真丝织物可能有一定的抗紫外能力。该色素在低浓度呈淡红色的澄清溶液，高浓度时为暗红色。

图1 可可壳色素吸收光谱曲线Fig.1 Absorption spectrum curve of cacao shell pigment

2.2 可可壳色素直接染色上染速率曲线

可可克色素相对真丝织物的质量分数为2%(o.w.f)，pH值5，温度60 ℃，浴比1︰50，测定不同时间可可壳色素的上染率，结果如图2所示。

图2 可可壳色素对丝绸的上染速率Fig.2 Curve of the dyeing rate of cacao shell pigment for silk

由图2可知，随着时间的增加，可可壳色素对真丝织物的上染率不断上升，当时间达到60 min后，上染率上升速率显著下降。上染率最高可达70%左右。

2.3 可可壳色素直接染色正交试验

根据染色的影响因素设计正交实验，浴比1︰50，真丝织物质量为1 g。测定各试样的K/S值，结果如表1所示。

表1 可可壳色素直接染色正交实验结果

由表1可见，对真丝织物表观色深影响因素的大小顺序为：色素用量>染色时间>pH值>温度。随着色素相对真丝织物的质量分数和染色时间的增加，蚕丝纤维上吸附的染料分子增多，真丝织物K/S值也随之增加，从而提高了织物的表观色深。

2.5 可可壳色素前媒染色

采用L9正交实验方法，对媒染剂质量分数2%、3%、4%，媒染时间30、45、60 min，媒染温度70 ℃、80 ℃、90 ℃，浴比1︰50进行前媒处理，之后按色素相对真丝织物的质量分数为2%(o.w.f)，温度70 ℃，60 min，浴比1︰50的工艺条件染色，通过测定样品的L，a，b值计算出C*和H*，实验结果如表2、表3所示。

由表2、表3可以看出，媒染温度对实验结果有显著影响。温度升高，L、C*、H*值均降低，样品颜色变浅，艳度降低。媒染时间增加，K/S值先上升又下降，L值和H*值先降低后升高。K/S值随着媒染剂质量分数增加先上升后下降。这主要是由于金属离子与天然染料的配位反应有限，过量的金属离子反而会降低络合能力。Zn2+和Fe2+作为金属媒染剂，与配位体生成“染料—金属—纤维”的不溶性络合物，对染料的色相影响不大，其与染料和纤维均有较高的络合能力，而经Fe2+媒染的样品K/S值高于Zn2+，也说明Fe2+离子的络合能力高于Zn2+离子[10]。综合考虑，前媒染色最佳条件为：媒染剂质量分数2%，媒染时间30 min，媒染温度70 ℃。

表2 硫酸亚铁媒染染色结果

表3 氯化锌媒染结果

2.6 染色真丝织物防紫外线透过测试

分别按照直接染色(色素相对真丝织物的质量分数0.5%～2%，温度70 ℃，时间70 min，pH值5，浴比1︰50)和前媒染色(媒染剂质量分数为2%，媒染时间30 min，媒染温度70 ℃，浴比1︰50处理后按色素相对真丝织物的质量分数为2%，温度70 ℃，60 min，浴比1︰50)整理真丝织物，测试防紫外线性能，如表4所示。

由表4可知，真丝织物经过直接染色处理，紫外线透过率和UPF值呈现明显增大趋势。织物UPF值随着颜色变深而增大，说明颜色深的织物能有效阻挡紫外线的透过，原因可能是颜色深的织物存在一定的共轭效应，容易吸收更多紫外线[11]。使用金属离子进行前媒处理能在一定程度上提高防紫外整理效果，金属离子用量越多，UPF值提高越多，而且Fe2+前媒处理的织物防护性要略好于Zn2+。UVA和UVB值变化规律与UPF值对应，颜色越深，紫外线透过率越低。

表4 染色处理前后真丝织物防紫外线性能

2.7 可可壳色素染色真丝织物的色牢度分析

在染色温度70 ℃，染色时间70 min，pH值5，浴比1︰50的条件下，改变色素相对真丝织物的质量分数，对真丝织物进行染色，测试真丝织物耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度(40 ℃，30 min)，结果如表5所示。

表5 不同质量分数可可壳色素染色真丝织物的色牢度

由表5可知，可可壳色素染色真丝织物有较好的干摩擦色牢度，均为5级，湿摩擦色牢度要略差，色素用量增大对干摩擦色牢度没有影响，但会使湿摩擦色牢度下降。耐皂洗色牢度测试中丝沾色与变色级别要低于棉。色素用量对棉衬布沾色和变色级别影响较小，但是用量提高，会使真丝织物衬布的沾色和变色级别下降。可可壳色素染色真丝织物日晒色牢度较差，但是金属离子媒染能一定程度改善这种状况。

3 结 论

1)通过正交实验优化可可壳色素直接染色的最佳工艺为：可可壳色素相对真丝织物的质量分数2%，pH值5，时间60 min，温度70 ℃，浴比1︰50。

2)优化得到硫酸亚铁、氯化锌前媒染色最佳工艺为：媒染剂质量分数2%，媒染时间30 min，媒染温度70 ℃。经Fe2+媒染的样品K/S值高于Zn2+，最大吸收波长出现改变(Fe2+媒染织物为430 nm，Zn2+媒染织物和未媒染均为470 nm)。

3)真丝织物经过染色处理，能有效提升防紫外性能，且颜色越深，效果越好。

4)可可壳色素染色蚕丝织物可获得较好的耐摩擦色牢度，但色素相对真丝织物的质量分数增加会使耐皂洗色牢度变差。金属离子媒染能略微提升日晒色牢度。

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Research on Dyeing Behavior of Silk Fabrics with Cacao Shell Pigment

TU Chao, LI Qian

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China)

To study the dyeing behavior of silk fabrics with natural dye cacao shell pigment and ultraviolet-proof performance of dyed silk fabrics, this paper obtains the optimal dyeing process with orthogonal test method and determines UV-light transmittance and UPF value of different dyed silk fabrics. The result shows that the optimal process of direct dyeing with cacao shell pigment is as below: mass fraction of pigment phase to silk fabrics: 2%, pH 5, time 60 min, temperature 70 ℃, bath ratio 1︰50; optimal process conditions of pre-mordant processing method is as below: mass fraction of mordant: 2%, mordant dyeing time 30min, mordant dyeing temperature 70 ℃, bath ratio 1︰50.Silk fabrics can have an improved ultraviolet protection property and obtain good color fastness to rubbing and washing after dyeing with cacao shell pigment, but have a poor light fastness.

natural dye; cacao shell pigment; silk fabric; mordant dyeing; UPF

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.05.001

2014-11-27;

2015-01-13

“纺织之光”应用基础研究项目和湖北省科技支撑计划项目(2013BAA043)

TS193.2

A

1001-7003(2015)05-0001-05 引用页码: 051104