蒲黄对蚕丝的染色和抗紫外性能

王 妍，杨孟楠，马志媛，曹机良

(河南工程学院材料与化学工程学院,河南郑州 450007)

蒲黄对蚕丝的染色和抗紫外性能

王 妍，杨孟楠，马志媛，曹机良

(河南工程学院材料与化学工程学院,河南郑州 450007)

采用蒲黄色素用于蚕丝织物染色，研究pH值、染色温度、蒲黄用量、保温时间、对蚕丝织物染色性能的影响，并探究了蒲黄染色残液的重复染色效果。通过测试织物的K/S和颜色特征值来探讨染色织物的颜色性能，并对染色后蚕丝织物的抗紫外线性能进行了测试。实验结果表明蒲黄用量3.125g/L时，pH值为4，温度90℃，保温时间60min的条件较适合蒲黄对蚕丝织物的染色，染色织物的UPF值达到32.22，干摩擦和湿摩擦均为5级，耐洗牢度中蚕丝沾色为4～5级，棉沾色为5级，蚕丝褪色牢度为3级。

天然染料 蚕丝 抗紫外 染色 蒲黄

蚕丝具有柔和悦目的光泽、平滑柔软的手感、轻盈美丽的外观，其吸湿性好，穿着滑爽舒适，蚕丝的这些优良性质是任何其他纺织纤维无法相比的[1-2]。随着人们环保意识的增强，用天然染料来染纺织品逐渐成为纺织品染整加工的热点。天然染料是指从植物、动物或矿产资源中获得、没有经过化学加工的染料，并且天然染料具有较好的生物可降解性和减少对坏境的污染[3-7]。蒲黄中的主要化学成分为黄酮类，如香蒲新苷、柚皮素、槲皮素等，亦含有甾醇类、多糖类以及鞣质等化学成分[8-9]。尚含烷烃类及有机酸类，如二十五烷酸、蔗糖、乙酸、丙酮酸、苹果酸、柠檬酸、香草酸等[8]。黄酮类化合物结构多为酮类和多酚羟基类结构，第一位上的氧原子具碱性，能与强酸成盐，其化学结构中的多个活性酚羟基，提供的氢质子可直接参与氧化自由基反应生成半醌式自由基，从而终止了自由基链式反应，抑制了各类过氧化反应[10-11]。而且黄酮类和酚类，具有双键、共轭双键或三键结构，能够吸收紫外线的能量。因此染料蒲黄具有一定的抗紫外能力[12-13]。本文使用蒲黄色素对染蚕丝织物进行染色，探究其染色性能。

1 试验

1.1 试验材料

织物：蚕丝双绉织物。

染料：蒲黄色素(陕西澳源生物技术有限公司)。

1.2 染色方法

蒲黄3.125g/L，pH值4，浴比1:50，在振荡水浴锅中染色，30℃入染，以2℃/min升温至90℃，保温60min，取出试样后水洗，烘干。

1.3 测试方法

1.3.1 蚕丝织物抗紫外性能的测试

依据AS/NZS4399-1996《日光防护服评定和分级》标准，在UV-2000F型织物紫外透过率测试仪上测试式样的UPF值，每个试样测8次的平均值。

1.3.2 颜色特征值的测试

颜色特征值：试样的表观色深K/S值和L、a、b、c、h°值在Color-Eye 7000A美国X-Rite公司测色仪上测定，采用D65光源和10°观察角，每个试样测量4次取平均值。染色蚕丝的颜色深度ΔE按式(1)计算：

式(1)

L1、a1、b1是未晒蚕丝的颜色色特征值，L2、a2、b2日晒后蚕丝的颜色特征值。

1.3.3 染色牢度的测试

耐洗牢度按《GB/T 3921.1-2008纺织品耐洗色牢度试验方法》测定；摩擦牢度按《GB/T 3920-2008纺织品耐摩擦色牢度试验方法》测定；日晒牢度按《GB/T 8429-1998纺织品色牢度试验耐日晒牢度实验方法》测定。

2 结果与讨论

2.1 pH值的影响

蒲黄3.125g/L，室温下投入纤维，以2℃/min升温至90℃，保温60min，pH值对蚕丝织物K/S值、UPF值的影响如图1所示。由图1可以看出，随着pH的增加，染色蚕丝织物的K/S值有所下降，尤其是从pH值为7到11时下降趋势明显，这说蚕丝适合在酸性条件下染色。这是因为在酸性条件下蚕丝织物带正电荷，染料蒲黄的结构为酮类和多酚羟基类结构，第一位上的氧原子具碱性，因此在酸性介质中染料带负电荷，有利于染料和蚕丝的结合。在碱性条件是蚕丝织物带负电荷，染料带负电荷，两者之间存在斥力，不利于染料上染蚕丝织物。当酸性过强时，上染速率过快，造成染色不均匀，所以应在弱酸性条件下染色。随着pH值的增加，UPF值下降。这可能是因为染料蒲黄中黄酮类，黄酮类化合物的结构具有双键、共轭双键或三键的二苯酮类化合物，这类化合物存在分子内氢键，具有较强的紫外吸收性能，且黄酮类化合物具有两个吸收带，发生电子跃迁吸收光能。

图1 pH 值对蒲黄染色蚕丝K/S和UPF值的影响

由表1可以看出，pH增加，L增加，说明织物颜色变浅，a为负值偏绿光，其变化较小，b为正值偏黄光，b值减小，黄光减弱，染色织物为黄色偏绿光。c值下降,鲜艳度下降，h°不变，说明织物色光没有随染色pH改变。这可能是因为随着pH的变大，染料在可见光范围内的吸光度降低，且最大吸收波长发生偏移。

表1 pH对蒲黄染色蚕丝颜色特征值的影响

2.2 温度的影响

蒲黄3.125g/L、pH为4、室温下，投入纤维，以2℃/min升至不同的温度，保温60min，染色温度对染色蚕丝织物K/S和UPF值的影响如下页图2所示。由图2可以看出，温度升高，染色蚕丝织物的K/S值稍有下降。这是因为温度升高，蒲黄色素对蚕丝的亲和力下降，上染至蚕丝纤维的染量减少，织物的得色量降低。而随着温度的增加，蚕丝织物的UPF值不断的上升，可能是因为染料蒲黄中有酚类、苯甲酸类等含有双键、或三键结构的无色化合物对紫外光有较强的吸收性能，所以蚕丝织物的抗紫外能力提高。由下页表2可以看出，染色温度升高，L稍有降低，说明颜色变深，a为负值偏绿光，其变化较小，b为正值偏黄光，b值减小，黄光减弱，染色织物为黄色偏绿光。c值下降，鲜艳度有所降低，h°减小，说明织物色光随染色温度的升高而降低。

图2 温度对蒲黄染色蚕丝K/S和UPF值的影响

温度/℃Labch°6090.75-7.9625.6426.85107.247090.38-7.5626.0727.14106.188089.44-6.3125.5226.29103.879089.04-6.3822.8823.75105.5810089.19-6.2522.8823.72105.27

2.3 染色时间的影响

蒲黄3.125g/L，pH为4，室温下投入纤维，以2℃/min升至90℃，染色时间对染色蚕丝织物K/S值、UPF值的影响如图3所示。由图3可以看出，加热过程中随着温度的升高，染色蚕丝织物的K/S值也明显升高，但当温度达到90℃时，随着保温时间的延长K/S值也逐渐升高，但增加趋势变缓，说明染色逐渐趋于平衡。由图3可以看出，随着温度的增加UPF值不断的上升，当温度达到90℃时，随着保温时间的延长，蚕丝织物的UPF值随不断的上升，但上升趋势变缓，说明随着保温时间的延长，更多的蒲黄色素上染蚕丝，蚕丝织物的抗紫外辐射能力增强。由表3可以看出，当温度达未到90℃时，L值是趋于稳定的，说明颜色变化不明显，a为负值偏绿光，a值增大，绿光增强；b为正值偏黄光，b值增加，黄光增强，染色织物为黄色偏绿光；c值增加, 蚕丝织物饱和度和鲜艳度有所降低。当温度达到90℃以后，随着染色时间的延长，L降低，蚕丝织物明亮度减弱，a为负值偏绿光；a值减小，绿光减弱，b为正值偏黄光；b值变化较小，染色织物为黄色偏绿光；c值是趋于稳定，说明蚕丝织物的饱和度、彩度、鲜艳度并没有受染色时间的影响。

图3 染色时间对蒲黄染色蚕丝K/S和UPF值的影响

时间/tLabch°1090.53-4.1513.3413.97107.261590.82-4.3814.4215.07106.902089.64-6.3620.0321.02107.612590.15-7.3123.8024.90107.083090.10-6.6721.8422.83106.994089.21-7.0124.6625.64105.865089.62-7.1725.2126.21105.886588.08-6.3324.4725.28104.508088.11-6.0024.0924.82103.9910087.51-5.8523.9524.65103.7212088.27-5.8123.9324.63103.6515087.32-5.3624.1324.71102.53

2.4 染料用量的影响

pH为4，室温下投入纤维，以2℃/min升至90℃，保温60min，染料用量对染色蚕丝织物K/S值、UPF值的影响下页如图4所示。由图4可以看出，随着染料用量的增加，染色蚕丝织物的K/S值有是不断上升，并且上升趋势明显。是因为随着染料浓度的增加，上染至蚕丝纤维上的上染量增加，织物的得色量提高。随着染料用量的增加UPF值也不断的上升，说明随着染料用量的增加的蚕丝织物的抗紫外能力是增强的。这是因为染料量的增加，使得织物上染料的含量增加，抗紫外黄酮类和酚类化学物的含量增加，所以蚕丝织物的抗紫外能力增强。由表4可以看出，染料用量的增加，L降低，说明织物的染色变深、亮度是减小的；b值、a值和c值都是增加的，说明染料量的增加使蒲黄染色蚕丝织物的黄光和绿光都增强，织物的饱和度、鲜艳度也都升高；a为负值偏绿光，a值增加，绿光增强，b为正值偏黄光，b值增加，黄光增强，染色织物为黄色偏绿光；c值增加，鲜艳度提高，h°不变，说明织物色光染料用量而变化。

图4 蒲黄用量对蚕丝K/S和UPF值的影响

蒲黄/gLabch°0.3189.85-2.5310.7211.01103.280.6389.85-3.9714.6915.21105.121.2589.94-5.0918.5519.23105.331.8888.97-5.2120.3120.97104.393.7588.25-5.6323.1723.84103.665.0088.02-5.6523.8424.50103.326.2587.39-5.7224.6625.31103.07

2.5 蒲黄重复染色的研究

蒲黄3.125g/L，室温下投入纤维，以2℃/min升温至90℃，保温60min，对染液重复利用，图5是蒲黄重复利用次数对染色蚕丝织物K/S值、UPF值的影响。由图5可以看出，随着染色次数的增加，染色蚕丝织物的K/S值有是不断的下降，并且非常明显，是因为随着染色次数的增加，染液中色素含量降低，染料上染纤维的量减少，织物的得色量降低。随着染色次数的增加，UPF值降低，是因为随着染色次数的增加，织物的得色量降低，黄酮类和酚类化合物的含量降低，从而使得织物的抗紫外能力减弱。实际应用中，可考虑在染色体系中追加适当的色素，从而达到续缸染色的目的。

图5 蒲黄染液循环染色次数对蚕丝K/S和UPF值的影响

2.6 染色牢度

蚕丝织物在蒲黄3.125g/L、pH值为4、室温下投入纤维，以2℃/min升至90℃，保温60min的条件下染色，测试了耐洗、摩擦、日晒等性能。

2.6.1 耐洗牢度和摩擦牢度

表5为蚕丝织物耐洗牢度和摩擦牢度，由表可知，蒲黄染色织物的耐摩擦牢度很好，且不易沾色，但染色蚕丝织物较容易褪色。

表5 染色蚕丝织物的牢度性能

2.6.2 日晒牢度

表6为蚕丝织物经不同时间日晒后织物的颜色特征值和色差，从表可以看出，日晒时间的增加，L值减小，说明蚕丝织物明亮度提高；a为负值偏绿光，a值减小，绿光减弱，b为正值偏黄光；b值减小，黄光减弱，染色织物为黄色偏绿光；c值减小，鲜艳度降低；h°减小，说明织物色光随日晒时间的增加而减小。

表6 染色蚕丝织物的日晒牢度性能

2.6.3 耐洗性能的测试

下页图6为蚕丝织物的耐洗性能，从图可以看出其K/S和UPF值随洗涤次数的增加而不断下降，说明其染色深度和抗紫外性能水洗后变差。

图6 洗涤次数对蒲黄染色蚕丝UPF和K/S值的影响

3 结论

(1)溶液的酸碱性，染色温度，染色时间都对蚕丝织物的性能有很大的影响，其中溶液的酸碱度对其影响较大，在酸性条件下蚕丝织物带正电荷，而染料带负电荷，有利于染料和蚕丝的结合。

(2)蒲黄用量3.125g/L时，蚕丝蒲黄染色的最佳工艺为pH值为4、90℃保温、染色60min，染色织物的水洗和摩擦牢度较好，但褪色牢度和日晒牢度相对较差，染色残液可以续缸染色。

[1] 蔡再生. 纤维化学与物理[M]. 北京:中国纺织出版社, 2004: 223-234.

[2] 洪剑寒，李文亮，韩潇，等.导电蚕丝的制备与性能研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(3)：36-39.

[3] 路振翔. 天然植物染料的应用及发展[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2015, 32(4): 106-110.

[4] 范云丽, 徐华凤, 王雪燕. 天然染料的应用现状及发展趋势[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2016, 33(1): 158-163.

[5] 路振翔，杨勇，赵亚楠，等.紫草染料的提取及在真丝染色中的应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：115-118.

[6] 黄方千, 李强林, 杨东洁, 伏宏斌. 胭脂虫红的提取及其在纺织品中应用研究进展[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2015, 32(3): 30-36.

[7] 赵亚楠, 朱元昭, 吴笑颜. 天然植物染料栀子对柞蚕丝的染色研究[J]. 成都纺织高等专科学校学报, 2017, 34(1): 154-159.

[8] 李芳, 陈佩东, 丁安伟. 蒲黄化学成分研究[J]. 中草药, 2012, 43(4): 667-669.

[9] 胡立宏, 房士明, 刘虹, 刘洋, 张晗. 蒲黄化学成分和药理活性研究进展[J]. 天津中药大学学报, 2016, 35(2): 136-137.

[10]张海凤, 张绍良, 张春雷, 孟庆华. 具抗自由基与紫外防护功效黄酮类化合物的研究进展[J]. 日用化学工业, 2008, 38(1): 54-57.

[11]黄红英, 刘晶, 赵丽萍. 春秋两季小叶黄杨叶片中抗紫外辐射物质总黄酮含量的比较[J]. 湘南学院学报, 2012,33(5): 37-39.

[12]张英锋, 范林, 马子川. 防晒剂防晒机理及其应用[J].化学世界, 2007(12): 762-765.

[13]王玉林, 何锦凤, 王维民, 董银卯. 某些天然植物成分防晒机理及其应用[J].日用化学工业, 2013, 43(1):73-77.

Dyeing and Anti-UV Performance of Cattail Pollen Pigment on Silk Fabric

WANGYan,YANGMeng-nan,MAZhi-yuan,CAOJi-liang

(School of Materials and Chemical Engineering, Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007)

Cattail pollen pigment was used to dye silk fabric, the influence of pH value, dyeing temperature, cattail pollen dosage and temperature-holding time on the dyeing performance of silk fabric was studied and the repeated dyeing effect of cattail pollen dye solution residue was explored. The K/S value and color characteristic values of the fabric were tested to explore the color properties of the dyed fabric and the anti-UV performance was tested. The experiment results showed that the right conditions for cattail pollen dyeing silk fabric were that the dosage of cattail pollen was 3.125g/L, pH value 4, dyeing at 90℃ for 60min, and UPF value of the dyed fabric was 32.22, the dry and wet friction fastness were level 5, the staining of washing fastness was level 4-5, the cotton staining was level 5 and the color fading fastness was level 3.

natural dye silk anti-UV dyeing cattail pollen

2017-05-05

2016年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201611517046),河南工程学院开放实验室项目(gcxy2017006)。

王妍(1994-)，女，本科，研究方向：纺织品染整工艺。

曹机良(1982-)，男，博士研究生，讲师。

TS193

A

1008-5580(2017)03-0105-05