黑米提取液对桑蚕丝织物的染色性能研究

于学智，姜洪武，张月，王秋兰

（1.辽东学院服装与纺织学院，辽宁丹东118003；2.辽东学院化学工程学院，辽宁丹东118003）

天然染料是从植物、动物或矿物中提取的，很少或没有经过化学加工的染料，一般对人体无毒、无害，同时具有一定的保健功能，若用于纺织品染色，符合现行生态纺织品的发展趋势[1-3]。黑米染料是黑米壳及种皮中含有的天然红色素，主要成分为黄酮类化合物中的花色苷类物质，主要是矢车菊素和芍药素[4-6]。花青素是一种广泛应用的天然色素，除着色功能外，还具有一定的抗氧化、抑菌功效[7-8]。目前，花青素作为食品、饮料天然色素已得到广泛应用，作为纺织品的天然染料亦有研究报道，例如宋墩墩等[9]研究了红米红色素对锦纶及桑蚕丝的染色性能，贾艳梅[10]研究了媒染剂对黑米色素冷轧堆法染色柞蚕丝的影响。本实验研究黑米提取液对桑蚕丝的染色性能，探讨各工艺因素（温度、时间、pH及媒染剂）对染色性能的影响，并对染色牢度及染色试样的抗紫外线性能进行了测试。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：桑蚕丝炼白绸、黑米（市售）。

药品：浓硫酸、冰醋酸、柠檬酸、硫酸铝钾、硫酸亚铁（均为分析纯），中性皂粉（市售）。

仪器：HH-恒温水浴锅（巩义予华仪器厂），T6紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），HL型染色小样机（靖江市海澜装备厂），Y-571B耐摩擦色牢度测试仪、SW-12A耐水洗色牢度测试仪（温州大荣纺织仪器公司），X-rite Color-Eye 7000A电脑测色配色仪（美国X-Rite公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 提取黑米染料

黑米用清水冲洗，取50 g浸泡于1 L蒸馏水中，于60～70℃恒温浸提2 h，提取液过滤后定容至1 L，作为染液备用。

1.2.2 染色工艺

直接染色：将桑蚕丝织物2 g浸入到100 mL染液中（浴比1∶50），40℃入染，分别在不同温度、时间、pH条件下进行染色，染色试样进行水洗、皂洗、水洗、晾干。

媒染染色：采用后媒染色工艺，硫酸铝及硫酸亚铁作为媒染剂。将直接染色试样取出后放入含媒染剂2 g/L的媒浴中，于50℃处理30 min，然后试样进行水洗、皂洗、水洗、晾干。

1.3 测试

紫外-可见光谱：取黑米提取液5 mL，用蒸馏水稀释一定倍数，采用紫外-可见分光光度计在200～700 nm波长范围内扫描，以蒸馏水作为空白样。对提取液及添加硫酸亚铁或硫酸铝的染料溶液进行光谱扫描，媒染剂在溶液中的质量浓度为1 g/L。

颜色：将每块织物折叠4层，用测色配色仪测定，记录每个波长下的K/S值，测定3次，取平均值；L、a、b色坐标，织物折叠4层，测定3次，取平均值。

耐皂洗色牢度及耐摩擦色牢度：分别依据GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》及GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测定。

2 结果与讨论

2.1 影响染色性能的因素

2.1.1 染浴pH及染色用酸

图1表明，加入3种酸调节染浴pH=4.0～5.5时，染色试样的K/S值均高于提取原液（pH≈7）染色试样。对于不同种类的酸度调节剂，以冰醋酸染色试样得色最深浓，浓硫酸染色试样得色最淡，柠檬酸染色试样介于二者之间。对于同一种染色用酸，pH=4时染色试样的K/S值最高，pH=5.5时次之，pH=7时最低。适宜的染色用酸是冰醋酸，染浴pH=4。

图1 染色用酸及pH对染色K/S值的影响

2.1.2 染色温度及时间

染色温度及时间对试样K/S值的影响见图2。

图2 染色温度及时间对试样K/S值的影响

从图2可以看出，当染色时间相同时，染色试样的K/S值随染色温度升高而增大，以100℃染色时试样的K/S值最高。原因可能是随着温度的升高，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。在同一染色温度下，随染色时间延长，试样的K/S值增大，尤其是染色初始阶段，K/S值随染色时间延长提高显著。当染色时间达到80 min后，增幅趋缓，染色过程接近动态平衡。适宜的染色温度为100℃，染色时间为80 min。

2.1.3 媒染剂

媒染剂及pH对染色织物色度值的影响见表1。

表1 媒染剂及pH对染色织物色度值的影响

由表1可以看出，在所有染色条件下，硫酸亚铁和硫酸铝媒染试样的K/S值均较直接染色试样提高，其中，硫酸亚铁媒染试样K/S值提高显著，而硫酸铝媒染试样提高幅度不大。与直接染色试样相比较，硫酸亚铁媒染试样的明度值均显著降低，红绿值a由正值变为负值，黄蓝值b数值降低（或为负值），明度值L和艳度值C明显降低，表明试样色光由直接染色时的偏红光、偏黄光变为偏绿光、偏蓝光，色泽变暗，颜色由直接染色的红棕色变为浓淡不一的灰色。与硫酸亚铁媒染试样类似，经硫酸铝媒染后，试样的明度值L下降，艳度值C减小，红绿值a降低，黄蓝值b变为负值，试样色调为葡萄灰色。媒染剂对试样色泽的影响是因为黑米花青素具有与金属离子络合的性质，媒染剂分子与黑米染料以及蚕丝分子之间形成了配位键，染料-金属离子配合物的色泽不同于黑米色素自身的颜色，致使媒染试样的色调与直接染色试样不同。图3为添加媒染剂前后黑米提取液的紫外-可见吸收光谱，可以看出媒染剂对黑米染料光谱形态的显著影响以及可能引起的色素颜色变化。

图3 不同条件下黑米提取液的紫外-可见光谱

pH对媒染试样K/S值的影响与直接染色类似，以pH=4.0时色深值最高，黑米提取原液（pH≈7）色深值最低。经媒染处理后，染色用酸的种类影响不大，不同pH下媒染试样的K/S值较为接近。综上分析，pH=4.0、硫酸亚铁作为媒染剂时，织物的K/S值最高。

2.2 染色牢度及抗紫外线性能

由表2可以看出，直接染色试样的色牢度不高，体现在耐皂洗变色牢度低和耐湿摩擦色牢度较低，还不能完全满足服饰用品牢度需求。经媒染处理后，试样的耐皂洗褪色、沾色及耐摩擦色牢度均明显提高，各项色牢度达3级以上。媒染剂在花青素分子和蚕丝纤维之间形成配位键，改善了染料与纤维的结合牢度，使耐皂洗色牢度和耐湿摩擦色牢度得到提高。染色桑蚕丝织物的耐日晒色牢度均较差，媒染试样较直接染色试样有所提高，但幅度不大。

由表2可知，黑米染料染色的桑蚕丝织物具有一定的紫外线防护性能，染色前试样的紫外线透射率分别为13.56%（TUVA）和9.65%（TUVB），UPF值为6.87，经黑米染料染色后，其UPF指数提高，尤其以硫酸亚铁媒染试样最高（为37）。染色试样具有紫外线防护性能，是因为黑米花青素具有紫外线吸收性能，媒染试样借助媒染剂在染料及蚕丝纤维分子间形成了配位键，使得蚕丝纤维上固着的染料量增多，因而媒染试样较直接染色试样有更好的抗紫外线性能。

表2 染色牢度及抗紫外性能测试结果

3 结论

（1）黑米提取液直接上染桑蚕丝织物适宜的染色条件：冰醋酸调节pH=4，温度100℃，时间80 min。

（2）硫酸亚铁及硫酸铝媒染均可以获得较直接染色更高的染色深度，以硫酸亚铁媒染得色量最高。媒染工艺中，酸性条件染色时各染色用酸及pH对染色K/S值的影响不显著。

（3）媒染试样的耐皂洗及耐摩擦色牢度达到3级以上，但耐日晒色牢度不佳。媒染试样显示出一定的紫外线防护性能。