棉织物阳离子改性工艺对黄色系天然染料染色性能和织物紫外防护性能的影响

袁 卫，张瑞萍，*，徐建华，欧卫国，王月华，翁柳燕

(1.南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019；2.南通金仕达超微阻燃材料有限公司，江苏 南通 226019)

棉织物阳离子改性工艺对黄色系天然染料染色性能和织物紫外防护性能的影响

袁 卫1，张瑞萍1，*，徐建华2，欧卫国2，王月华2，翁柳燕1

(1.南通大学 纺织服装学院，江苏 南通 226019；2.南通金仕达超微阻燃材料有限公司，江苏 南通 226019)

分析了棉织物阳离子改性对黄色系中草药姜黄和大黄染色效果的影响，测试了染色织物的耐洗、耐摩擦色牢度及紫外防护功能。结果表明棉织物阳离子改性提高了这两种黄色素上染织物的染色深度。棉织物的阳离子改性工艺为：阳离子改性剂用量20 g/L，NaOH用量10 g/L，改性温度60 ℃和70 ℃，改性时间40～60 min。染色织物干摩和皂洗沾色(棉)牢度都较好，达到4-5级；浅色织物的湿摩和褪色牢度分别为4-5级和3-4级。姜黄和大黄染色的棉织物均具有一定的紫外防护功能。

姜黄；大黄；棉织物阳离子改性；防紫外性能

随着生活水平的提高，消费者更加关注身体健康和环境保护。人们逐渐认识到一些以合成染料染色加工的传统纺织品会对人体的安全健康和未来生存环境产生严重的破坏，开始推崇一些益于人体健康和无害于环境的生态纺织品。中草药植物染料来自于可更新的自然资源，具有药理作用[1]，在染色过程中，植物香味成分与色素被纤维吸收，对人体有特殊的药物保健作用。用中草药染料开发保健功能的染色纺织品，既能满足人们对审美、健康及功能的多重需要，同时对中药的传承有重要的现实意义和历史意义。

中药姜黄是最鲜艳的天然黄色染料之一，其主要成分是黄色的姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双脱甲氧基姜黄素，存在于姜黄根茎和根块中的色素[2]。姜黄还具有抗皮肤真菌、抗病毒的作用，可用于治疗传染性肝炎、胆结石及皮肤病[3]。姜黄色素属于酚类衍生物，其结构式：

大黄为寥科多年生草本植物掌叶大黄、唐古特大黄或药用大黄的根和根茎，性寒，味苦，有泻热毒，破积滞，行癖血，调血脉，利关节的功效。大黄的主要化学成分是大黄鞣质，能分解产生葡萄糖没食子酸，以及羟基蒽醌衍生物，主要以配糖体的结合状态存在[4]。结构式：

此外，由于大黄特殊的成分和结构还具有良好的抗菌和紫外吸收功能[5]，为开发新型功能性纺织品开辟了良好的途径。

由于这两种色素的结构特点，对棉织物的上染能力较差。本文通过阳离子改性的方法提高中药姜黄和大黄色素对棉织物的染色深度，并且通过耐洗、耐摩擦色牢度及抗紫外线性能测试，分析了阳离子改性对棉织物染色效果和紫外防护功能的影响。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

材料：纯棉半制品、大黄、姜黄(中药，南通苏博大药房)、阳离子改性剂(工业级，广州金瑞鹰生物化学品有限公司)。

仪器：COLOR-YEE-3100电脑测色配色仪(美国Gre-tagMacbeth公司)，YH571—Ⅱ预置式染色牢度摩擦仪(温州大荣纺织标准仪器厂)，GYROWASH 415水洗/干洗色牢度机(英国James H Heal有限公司)，TU-1901双光束带积分球紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 姜黄和大黄色素的提取

将染料植物捣碎，料液比100 g/L，NaOH浓度20 g/L，80 ℃提取60 min，过滤，反复3次，将3次得到的萃取液混和，再沸煮浓缩至三分之一量制成染液，备用。

1.2.2 阳离子改性方法

改性剂用量1～20 g/L，改性温度40～90 ℃，改性时间10～110 min，烧碱用量5～25 g/L，改性浴比20∶1。

1.2.3 姜黄和大黄染色工艺

染液浓度80 ml/L，温度80 ℃，浴比1∶40，染色pH为5.5，时间60 min。

1.3 性能测试

1.3.1 染色织物的K/S值

用Gre-tagMacbethCOLOR-YEE-3100电脑测色配色仪测试染色试样的K/S值。

1.3.2 耐摩擦和耐皂洗色牢度

按GB/T3920-2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》和GB/T3921-2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试；根据GB/T250-2008《纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡》和GB/T251-2008《纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡》评级。

1.3.3 紫外防护性能

采用带积分球双光束紫外可见分光光度计测定染色织物的紫外线透过率来评定其紫外防护性能。紫外线透过率越低，织物紫外防护效果越好。

2 结果与讨论

2.1 改性处理对姜黄色素染色效果的影响

2.1.1 改性剂用量对姜黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前处理工艺：NaOH用量15g/L，改性时间60min，改性温度80 ℃，改性剂的用量0， 1，5，10，20g/L，测定染色后织物的K/S值，结果如图1。

从图1可以看出，在阳离子改性剂用量为0g/L时姜黄几乎不上染，这是由于姜黄素属于酚类衍生物，与棉纤维缺乏亲和力。随着阳离子改性剂的用量增加，棉织物表面的正电荷越多，在棉纤维上形成新的染座，与姜黄的酚羟基负离子发生吸附作用[6]，棉织物的改性效果越明显，改性剂用量在0～5g/L阶段，纯棉织物的得色深度明显提高，20g/L时K/S值最大。

2.1.2NaOH用量对姜黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，改性时间60min，改性温度80 ℃，NaOH用量分别为5，10，15，20，25g/L，测定染色后织物的K/S值，结果见图2。

从图2可以看出，NaOH用量10g/L以下时，随着NaOH用量的增加，纯棉织物的得色深度增加明显，NaOH用量为10g/L时织物的得色深度最高，再增加用量时，色深变化不明显，所以NaOH用量选择10g/L。

2.1.3 改性时间对姜黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度80 ℃，改性时间分别为10，20，30，40，50，60，90，120min，测定染色后织物的K/S值，结果见图3。

从图3可以看出，当改性时间为60min时织物的得色深度达到最高，再增加时间，色深变化不明显，所以改性时间选择60min。

2.1.4 改性温度对姜黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性时间60min，改性温度分别为30，40，50，60，70，80 ℃，测定染色后织物的K/S值，结果见图4。

从图4可以看出，随着改性温度的提高，当改性温度为70 ℃时织物的得色深度达到最高，所以改性温度选择70 ℃。

综上单因素分析结果，姜黄染色棉织物的阳离子改性工艺为阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度70 ℃，改性时间60min。

2.2 改性处理对大黄色素染色效果的影响

2.2.1 改性剂用量对大黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取大黄染料和染色。改性前处理工艺NaOH用量15g/L，改性时间60min，改性温度80 ℃，改性剂的用量1，5，10，20g/L，测定染色后织物的K/S值，结果见图5。

从图5可以看出，随着阳离子改性剂的用量的增加，纯棉织物的得色深度在1～5g/L阶段明显提高，20g/L时K/S值最大。

2.2.2NaOH用量对大黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色。改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，改性时间60min，改性温度80 ℃，NaOH用量分别为5，10，15，20，25g/L，测定染色后织物的K/S值，结果见图6。

从图6可以看出，随着NaOH用量由5g/L增加到10g/L，纯棉织物的得色深度增加明显。当NaOH用量为10g/L时织物的得色深度最高。故NaOH用量选为10g/L。

2.2.3 改性时间对大黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度80 ℃，改性时间分别为10，20，30，40，50，60min，测定染色后织物的K/S值，结果见图7。

从图7可以看出，随着改性时间的增加，纯棉织物的得色深度增加，当改性时间为40min时织物的得色深度达到最高，随着改性时间的进一步延长，染色织物的深度反而发生下降，所以，改性时间选为40min。

2.2.4 改性温度对大黄色素染色效果的影响

分别按照1.2.1和1.2.3方法提取染料和染色，改性前处理工艺：阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性时间40min，改性温度分别为30，40，50，60，70，80 ℃，测定染色后织物的K/S值，结果见图8。

从图8可以看出，比较K/S值，随着改性温度的提高，当改性温度为60 ℃时织物的得色深度达到最高，进一步提高温度染色织物色深值下降。这是由于温度提高，吸附到织物上的改性剂解吸，所以改性温度选为60 ℃。

综上单因素分析结果，大黄染色棉织物的阳离子改性工艺为阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度60 ℃，改性时间40min。

2.3 改性棉织物黄色系天然染料染色牢度

将不同浓度的姜黄和大黄提取液对改性棉织物进行染色，测试染色织物的摩擦牢度，结果如表1所示。

由表1和表2得知，不同浓度姜黄和大黄的染色织物，干摩和皂洗沾色(棉)牢度都较好，达到4-5级；对于同浓度提取液，改性棉的姜黄染色深度不如大黄的染色深度，但前者的染色牢度比后者好，特别是湿摩和皂洗褪色牢度。随着提取液浓度和染色织物色深值的增加，湿摩牢度均下降，姜黄染色织物的由4-5级下降至2-3级，大黄染色织物由4级下降至2级。姜黄染色织物的褪色牢度最高3-4级，最低3级；大黄的的褪色牢度最高3-4级，最低2级。

表1 改性棉织物的姜黄染色摩擦牢度

表2 改性棉织物的大黄染色摩擦牢度

2.4 黄色系天然染料对棉织物紫外防护性能的影响

将阳离子改性棉织物用姜黄和大黄不同浓度的染色织物进行紫外透过率测试，并与未染色织物进行对比，结果如图9和图10所示。

从图9和图10可知，与未处理的棉织物相比，色深均小于1的姜黄和大黄染浅色的棉织物的紫外透过性明显下降，并且随着染色深度的增加，织物的紫外透过率下降更大。说明织物上的姜黄和大黄色素均具有一定的紫外防护功能。防紫外的主要原因是姜黄的苯环和大黄的蒽醌衍生物中的电子有较强的π-π*、n-σ*、n-π*跃迁[7]而形成R、B、E吸收带，从而对紫外有较好的吸收。

3 结论

(1)姜黄染色棉织物的阳离子改性工艺为阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度70 ℃，改性时间60min。随着提取液浓度和染色织物色深值的增加，姜黄染色织物湿摩牢度由4-5级下降至2-3级；褪色牢度最高3-4级，最低3级；干摩和皂洗沾色(棉)牢度都较好，达到4-5级。

(2)大黄染色棉织物的阳离子改性工艺为阳离子改性剂用量20g/L，NaOH用量10g/L，改性温度60 ℃，改性时间40min。随着提取液浓度和染色织物色深值的增加，大黄染色织物湿摩牢度由4级下降至2级；褪色牢度最高3-4级，最低2级；干摩和皂洗沾色(棉)牢度都较好，达到4-5级。

(3)与未染色织物比，姜黄和大黄染浅色的棉织物的紫外透过性明显下降，姜黄和大黄染色的棉织物均具有一定的紫外防护功能。

[1] 张瑞萍，黄 洁. 中草药保健功能纺织品的开发[J].产业用纺织品,2010，(6)：1-4.

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[3] 袁小红.用姜黄对竹浆纤维织物染色的工艺研究[J]. 中原工学院学报，2011，22(6)：26-31.

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[6] 李 萍，王华印. 改性棉织物的天然姜黄素染色性能[J].印染，2011，(3)：12-14.

[7] 董书池. 天然染料分子结构对抗紫外性的影响[D].苏州：苏州大学，2012.

The Influences of Cationic Modification Process of Cotton Fabric on the Dyening Property of Yellow Natural Dyes and Its UV Protection Function

YUAN Wei1, ZHANG Rui-ping1,*, XU Jian-hua2, OU Wei-guo2, WANG Yue-hua2, WENG Liu-yan1

(1.College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong 226019, China;2.Nantong Jinshida Special Fabric Co. Ltd., Natong 226019,China)

The influences of the cationic modification on yellow cotton fabrics dyed with herb curcuma and rhubarb were analyzed. The washing and rubbing fastness as well as UV protection function of the dyed fabrics were tested. The results showed that cationic modification improved the dyeing depth.. The cationic modified process of cotton fabrics were as following: The dosages of the cationic modification agent NaOH 20 g/L and 10 g/L respectively, temperature of 60～70 ℃, modification time 40～60 min.The dry rubbing fastness and stain-washing (cotton) fastness were better and reached to 4-5 grade. But the wet rubbing fastness and fade fastness of the light color fabrics were 4-5 grade and 3-4 grade respectively. The dyed cotton fabrics with curcuma and rhubarb had a certain UV protection function.

curcuma; rhubarb; cationic modification of cotton fabric; UV protection property

2016-02-15

江苏省产学研合作前瞻性联合研究项目(BY2015047-03)；江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(201510304029Z);2015地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201510304029)

袁 卫(1993-)，男，江苏扬州人，本科，研究方向为纺织品天然染色。

*通信作者：张瑞萍(1964-)，女，江苏南通人，教授，研究方向：纺织品纺织品生态染整技术。

TS 195.5

A

1673-0356(2016)04-0017-05