纯棉织物的植物靛蓝葡萄糖还原染色工艺探讨

陈文 何明娟

摘 要：以葡萄糖作植物靛蓝染料的还原剂，对棉织物进行染色。通过单因素实验和正交试验，测定染色织物的K/S值，优化葡萄糖还原染色工艺。采用干缸还原时，优化的还原工艺为：当植物靛蓝用量为10g/L时：葡萄糖30 g/L，烧碱10 g/L，还原温度45 ℃，还原时间20 min；染色后棉织物的色牢度达到服用性能，且染色工艺生态环保。

关键词：靛蓝染料；葡萄糖；还原剂；棉织物

中图分类号：TSl93.62 文献标识码：C 文章编号：1674-2346（2017）01-008-05

植物靛蓝是我国古代最为常用的天然染料之一，在传统的染织文化中占有重要的地位。[1]至今，在我国江浙一带以及西南部一些少数民族地区的乡村，传统的植物靛蓝染色工艺一直沿用。[2]随着人们环保意识的增强，天然染料植物靛蓝较之合成靛蓝的优点逐步受到人们的青睐。[1]靛蓝传统染色工艺是采用发酵还原法染色，工艺绿色环保，但还原时间长，受环境气候影响大，掌握工艺难度较大。[3]现代染色技术靛蓝染色工艺主要是采用保险粉还原法染色，此法还原时间短，工艺稳定。但保险粉稳定性差，使用时释放SO2气体，废水中含硫量较高，对环境污染较大。[4]本文选用有机葡萄糖作为还原剂对植物靛蓝进行还原染色，进一步来验证葡萄糖代替保险粉的可行性，并重点对葡萄糖还原靛蓝的工艺条件进行优化探讨分析。

1 试验部分

1.1 材料、试剂与仪器

织物：纯棉机织物（商品用）

试剂：植物靛蓝染料（市售、泥状、含量30%），葡萄糖（化学纯，上海来泽精细化学品厂），保险粉（化学纯，国药集团化学试剂有限公司），氯化钠、纯碱、氢氧化钠（化学纯，上海展云化工有限公司），扩散剂NNO（工业级），标准皂粉（工业级，上海纺织工业技术监督局）。

仪器：SF-600测色配色仪（美国Datacolor），DT500A电子天平（常熟意欧仪表有限公司），HH-S24电热恒温水浴锅（江苏金坛市大地自动化仪器厂），Y571B型摩擦色牢度仪（宁波纺织仪器厂），SW-12D型耐洗色牢度试验机（宁波纺织仪器厂）。

1.2 植物靛蓝染料还原工艺

采用干缸还原法。取天然靛蓝，加入规定量的NNO化成的分散液，然后加入水和NaOH溶解。水浴升温至规定温度加入葡萄糖溶解，保温至一定时间，至溶液呈黄绿色。[5]

处方：植物靛蓝（g/L）10；葡萄糖（g/L）10-50；烧碱（g/L）4-12；扩散剂NNO（g/L）1

1.3 植物靛蓝染料染色工艺[6]

隐色体浸染法：取2g纯棉机织物放入隐色体溶液中，浴比1：50，染色温度35℃，元明粉60g/L，浸染时间20min，然后取出空气氧化15min（重复染色3次），然后进行水洗-皂洗-水洗-烘干。

皂洗工艺：皂粉1.5g/L，纯碱1.5g/L ，浴比1：50，温度95℃，时间5min。

1.4 测试方法

1） K/S值（表观深度）测试

采用SF-600测色配色仪，在D65光源下，10笆咏遣馐裕舛ㄈ旧锏腒/S值，每块试样不同部位测定4次，取平均值 。K/S值大小来衡量工艺条件的优劣，值高则条件优，反之则劣。

2）耐摩擦和耐皂洗色牢度测试

按GB/T3920-2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》和GB/T3921-2008《紡织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试，依据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》在D65光源下对色样进行评级。

2 结果与讨论

2.1 葡萄糖还原工艺的优化

植物靛蓝是一种还原染料，不溶于水，只有还原成隐色体才能上染到棉纤维上，靛蓝的还原工艺优劣直接决定染色的成败。据文献资料报道，尽管靛蓝染料的电位值较小（-760 mV），易被还原，但还原速率较慢，[7]所以采用干缸还原法。影响葡萄糖还原靛蓝的主要因素有还原温度、还原时间、葡萄糖用量和烧碱用量。

2.1.1 单因素分析

固定植物靛蓝染色工艺条件，改变某个还原影响因素的参数，根据织物K/S值大小来衡量工艺参数是否适宜。

1）还原温度。选择植物靛蓝10g/L，烧碱用量10g/L， 扩散剂NNO1g/L，还原时间20min，改变还原温度进行还原染色。染色工艺条件如“1.3植物靛蓝染料染色工艺”，测得被染织物的K/S值如图1所示。

由图1可知，温度逐渐增高，织物K/S值逐渐增大，到45℃时达到最大值，高于45℃后织物K/S值呈下降趋势。温度的提高可以促进葡萄糖还原靛蓝，使织物K/S值提高；温度太高又会使葡萄糖发生氧化分解，不能充分还原染料，[8]使织物K/S值反而下降。所以，选择还原温度为35℃～45℃进行正交实验分析。

2）葡萄糖用量

选择植物靛蓝10g/L，烧碱用量10g/L，扩散剂NNO1g/L，还原时间20min，还原温度为45℃，改变葡萄糖用量进行还原染色。染色工艺条件如“1.3植物靛蓝染料染色工艺”。测得被染织物的K/S值如图2所示。

由图2可知，葡萄糖用量在10～30g/L范围，K/S值上升，当葡萄糖用量超过30g/L时，K/S值下降。随着葡萄糖用量的提高，染料充分还原，有利于隐色体上染织物，K/S值提高；葡萄糖用量过大，可能对染料产生过度还原，靛蓝被还原成双酚钠型离子，[5]不利于染料上染。所以选择葡萄糖用量为25～35g/L进行正交实验分析。

3）烧碱用量

选择植物靛蓝10g/L，葡萄糖用量30g/L，扩散剂NNO1g/L，还原温度为45℃，还原时间20min，改变烧碱用量进行还原染色。染色工艺条件如“1.3植物靛蓝染料染色工艺”。测得被染织物的K/S值如图3所示。

碱液的作用为使还原液保持足够的碱性，让还原过程得以正常进行，将染料转化成隐色体钠盐的形式，并提供部分促染所需的Na+，保证较高的上染率[9]。随着pH值提高，靛蓝的还原态单酚钠离子态逐渐增加，则上染率越高，当烧碱用量较大时，则会产生过还原，染液中双酚钠盐比例提高，染料的上染率下降。[5]所以随着烧碱用量的增加，织物的K/S值呈现缓慢上升，至烧碱8g/L达到最大值，随后呈下降趋势。综合考虑能耗、碱耗和得色量， 选择烧碱用量为6～10g/L进行正交实验分析。

4）还原时间

选择植物靛蓝10g/L，葡萄糖用量30g/L，擴散剂NNO1g/L，烧碱用量8g/ L，还原温度为45℃，改变还原时间进行还原染色。染色工艺条件如“1.3植物靛蓝染料染色工艺”。测得被染织物的K/S值如图4所示。

还原时间是为了使靛蓝充分还原成单酚钠离子态。由图4可知，还原时间为20min时，K/S值达到最大，随后呈下降趋势。所以选择还原时间为15～25min。

2.1.2 正交试验

在单因素分析的基础上，采用正交试验进一步优化还原工艺。各因素水平值见表1，结果分析见表2所示。

由表2可知，还原工艺各因素对染色K/S值的影响程度按极差排序是：烧碱用量（D）>葡萄糖用量（C）>还原温度（A）>还原时间（B）。优化工艺为A3 B2 C2 D3，即：还原温度45 ℃，还原时间20 min，葡萄糖用量30 g/L，烧碱用量10 g/L。

2.2 染色牢度

在上述优化还原染色工艺条件下，按“1.4测试方法”测定织物的耐皂洗牢度和摩擦牢度，测试结果见表3。

由表5可知，以葡萄糖作还原剂还原靛蓝进行染色，染色织物的色牢度指标完全达到了服用性能。

3 结论

1）葡萄糖在一定的碱性环境下具有较高的还原性， 完全可以替代保险粉还原植物靛蓝染料。

2）葡萄糖还原植物靛蓝染料优化的还原工艺如下：采用干缸还原法，植物靛蓝用量为10g/L时：葡萄糖30 g/L，烧碱10 g/L，还原温度45 ℃，还原时间20 min。

3） 以葡萄糖作植物靛蓝染色的还原剂，染色棉织物的色牢度完全达到服用性能。

参考文献

[1]杨璧玲.植物靛蓝染色传统工艺原理及应用现状[J].染整技术，2008（03）：13-15.

[2]屠恒贤.植物染料染色的历史与现状[J].染整科技，2004（02）：48-52.

[3]巩继贤，李辉芹.我国传统的靛蓝染色工艺[J].北京纺织，2002（05）：25-27.

[4]甘厚磊、熊高、汪倩，等.保险粉和二氧化硫脲还原靛蓝的优化工艺[J].2014，40（2）：22-24.

[5]袁霞.靛蓝对棉染色机理的研究进展[J].上海纺织科技，2013（6）：1-4.

[6]汪媛，杨坤，张聪，等.天然靛蓝的生态染色工艺[J].印染，2016（19）：26-30.

[7]刘祥霞，卢嘉杰.葡萄糖还原植物靛蓝的机理及染色方法[J].印染，2012，38（16）：9-12.

[8]蔡成琴，张瑞萍，张晴，等.纯棉织物的植物靛蓝生态染色[J].印染，2013（05）：1-4.

[9]宋泽荣，刘娟，朱光英，等.保险粉和TD为还原剂的靛蓝染色工艺研究[J].江苏纺织，2012（05）：57-59.