水浸法提取栀子黄染料及其在亚麻棉上染色研究

马小强 潘婷

摘 要：以水浸法对天然栀子黄染料进行提取，探究浸提液pH、提取温度、浸提时间、浴比对栀子黄染料提取的影响，分析媒染方法和媒染工艺各因素对棉麻織物的染色性能影响，通过正交实验得出最佳天然栀子黄最优提取工艺和在亚麻棉上最佳媒染工艺。研究发现，水浸法提取工艺：浴比为1：50， pH=9，提取工艺为 85℃*60min，提取效果最佳。选用硫酸铝钾为媒染剂，染色方法为后媒法，媒染剂用量2g/L，媒染温度80℃，媒染时间60min，硫酸钠25g/L可达较好染色效果，皂洗牢度和湿摩擦牢度能达到3级以上。

关键词：天然染料;栀子黄;媒染剂;亚麻棉织物;色牢度

中图分类号：TS193.2              文献标识码：C           文章编号：1674-2346（2019）02-0008-07

合成染料以其丰富多彩的色泽和优良染色牢度的绝对优势占据了染料应用领域，使天然染料的发展受到很大的限制。[1]近年人们又认识到合成染料和染料中间体对人体和环境都有很大的危害，天然染料又重新被人们所重视。[2]

以栀子果实为原料提取的栀子黄染料是一种优良的具有极高应用价值的染料。[3]栀子黄染料的主要着色成分是西红花苷和西红花酸，均易溶于水、乙醇等极性溶剂。[4]在酸性条件下色素稳定性较差，中性、碱性条件下色素稳定性良好。与其他类胡萝卜色素相似，栀子黄色素耐日光性较差。[5-6]

本次实验研究天然染料栀子的提取方法，分析媒染剂和媒染方法对棉麻织物染色性能的影响。

1 实验

1.1 材料

市售栀子、硫酸铝钾（西陇化工）、硫酸铜、氯化镁、硫酸亚铁、氯化铁、氢氧化钠、盐酸（上海国药）、棉/麻 50/50（无锡通顺）。

1.2 仪器

XW-ZDR振荡式染样机（靖江新旺）、Y571摩擦牢度仪（温州大荣）、Datacolor-600 测配色仪（Datacolor）、JA1003 电子天平（力辰科技）、DHG-9240 电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒）、UV1800PC紫外可见分光光度计（上海菁华）、SW-24E耐洗色牢度试验机（温州大荣）。

1.3 栀子提取工艺

采用水浸法进行提取，称取捣碎的栀子20 g，浴比为1：30～1：100，调节pH值约为3～11，放在电炉上加热（60～95）℃*（50～120）min后过滤，利用旋转蒸发仪浓缩染液待用。取浓缩液5mL，稀释50倍，测定其吸光度。

1.4 染色工艺

直接染色法：棉麻布2g，取天然染料提取液100 mL，90℃*45min，水洗烘干。

媒染法：棉麻布2g，取天然染料提取液100 mL，以硫酸铝钾、硫酸铜、氯化镁、硫酸亚铁、氯化铁为媒染剂对纤维进行预媒染、同媒染和后媒染染色，媒染剂用量2g/L，选择最宜的媒染剂和媒染方法。

先媒法染色：预媒处理（60℃*30min）→水洗→染色（75℃*60min）→水洗、烘干。

同浴法染色：（纤维+媒染剂）染色（75℃*60min）→水洗、烘干。

后媒法染色：染色（75℃*60min）→水洗→后媒处理（60℃*30min）→水洗、烘干。

1.5 测试

1.5.1 染色织物K/S 值

采用电脑测色配色对染后织物进行K/S 值。

1.5.2 色牢度

参照GB/T 3920-1997《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》测试。

参照GB/T 3921-2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试。

2    结果与分析

2.1    栀子染料提取工艺优化

2.1.1    栀子染料提取pH的优化

称取粉状栀子20 g，加入水浴比为1：30，调节pH约为3～11，提取工艺为 80℃*60min，取浓缩液5mL，稀释50倍，测定其吸光度，如图1所示。

从图1可以看出，当pH=3～9范围内，其最大吸收波长445nm处吸光度有所增加，但变化不大;但在pH=10～11时，溶液最大吸收波峰明显增加。由于栀子黄染料的主要成分为西红花苷和西红花酸，西红花酸易溶于水，碱性条件下西红花苷水溶性增强，长分子链上的羧基发水解增强，从而使染料分子的发色基团得以更大程度的发挥显色作用，从而产生深色效应。强碱下，西红花苷水解明显，为降低水解情况，提高染料得率，故提取pH=9。

2.1.2    栀子染料提取温度的优化

称取粉状栀子20g，加入水浴比为1：30，调节pH为9，提取工艺为（50～ 80）℃*60min，对比室温下提取工艺。取浓缩液5mL，稀释50倍，测定其吸光度，如图2所示。

栀子黄溶液在室温下提取效果不佳，在50℃～80℃范围内，其最大吸收波长处吸光度随温度增加而增大。但90℃～100℃时谱型变化较大，吸光度急剧增高。由此推断，栀子黄在50℃～80℃提取效果稳定，成份基本稳定不变。在90℃以上成份发生较大变化，稳定性较差。故选择提取温度为80℃。

2.1.3 栀子染料提取时间的优化

称取粉状栀子20g，浴比为1：30，调节pH为9，提取工艺为80℃*（45～135）min。取浓缩液5mL，稀释50倍，测定其吸光度，如图3所示。

在一定温度下，随着时间的增加，吸光度有所下降，在45～90min内下降不明显，但超过90min后吸光度明显降低。445nm 处为栀子黄主要成份藏花酸的特征峰，藏花酸为多烯共轭结构，随着时间增加，染料分子吸收光能量后，分子由基态变为激发态，处于激发态的分子容易发生电子跃迁，共轭体系下降，易产生浅色效应。故提取时间选为60min。

2.1.4    栀子染料提取浴比的优化

称取粉状栀子20g，浴比为1：30～1：100，调节pH为9，提取工艺为 80℃*60min。取浓缩液5mL，稀释50倍，测定其吸光度，如图4所示。

从图4可以看出，当浴比在1：30～1：50，随着浴比的增加吸光度增加明显;当浴比到1：60～1：100，吸光度下降。这是由于浴比增加，栀子黄中藏花酸和藏花苷增多，在浴比1：50达到最大。增加浴比会使浓度降低，吸光度液下降。故选择浴比为1：50。

2.1.5    栀子染料提取工艺正交实验

從上述单因素实验中选择最佳条件为：浴比为1：50，调节pH为9，提取工艺为 80℃*60min。根据上述的4个单因素中选取3个水平参数设计正交实验L9（34），以此来确定最佳工艺。见表1、表2、表3。

极差值是反应各因素对评价指标影响的大小，极差值越大表明该因素对指标影响越大，对表2分析可知，极差A>C>B>D，表明pH对栀子黄天然染料提取影响最大，温度次之，而时间影响不大，在合适范围内浴比对提取影响最小;通过正交试验得到栀子黄提取最优工艺组合为：A2B2C2D1，即浴比为1：50，调节pH为9，提取工艺为 80℃*60min。

2.2    栀子染料对亚麻棉染色工艺的优化

2.2.1    媒染方法和媒染剂对K/S及摩擦皂洗牢度影响

取栀子浓缩液20mL，加水80mL，取亚麻棉布2g。用Al3+、Mg2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+  5种金属离子分别使用先媒法、同媒法和后媒法3种染色工艺进行染色，媒染剂浓度为2g/L，并与直接染色法进行对比。染色后，测得织物K/S值、耐摩擦色牢度、耐皂洗色牢度如表4所示：

栀子直接染色法K/S值低，色牢度差。栀子黄染料在Al3+、Mg2+  2种媒染剂作用下均能使布面颜色均匀，且色牢度提高明显，布面色光未发生改变，其中布面深度依此为Al3+>Mg2;在相同的媒染剂下，后媒法>同媒法>先媒法，染色后布样能获得较为均匀的色泽。Cu2+、Fe2+、Fe3+ 处理的布样色光发生变化，后媒法染色效果最佳。媒染后织物的耐摩擦色牢度较好，特别是耐干摩擦色牢度均能达到4 级，这是因为在媒染剂的作用下，染料与纤维以较强的配位键结合在一起，提高了染色后的色牢度。根据布面色光和色牢度综合来看，选用硫酸铝钾作为媒染剂，染色方法为后媒法。

2.2.2    硫酸铝钾同媒法染亚麻棉工艺研究

1）媒染剂用量

称取棉麻布2g，取栀子染料浓缩液20mL，加水80mL，进行直接染色。后媒法媒染参考工艺为：媒染剂用量0～5g/L，媒染温度60℃，媒染时间60min，硫酸钠10g/L，ph为6，水洗皂洗后测定K/S值如表5所示。

从表5可看出，加入媒染剂后，布面颜色增加明显，这是因为媒染剂和栀子黄中水杨酸结构络合后，能提高染料在织物上结合。但由于金属络合离子增加，易产生过度络合现象，造成染料与纤维络合结构分子量增大，染料脱落，布面颜色有所下降。故选媒染剂浓度为2g/L。

2）媒染温度

称取棉麻布2g，取栀子染料浓缩液20mL，加水80mL，进行直接染色。后媒法媒染参考工艺为：媒染剂用量2g/L，媒染温度50～90℃，媒染时间60min，硫酸钠10g/L，水洗皂洗后测定K/S值如表6所示。

从表6可看出，升高温度，布面颜色先升后降。这是因为随着温度升高，亚麻棉纤维溶胀增加，媒染剂热运动提高，使得媒染剂与纤维、染料分子之间络合能力增强，提高了其分子结合力，从而使得颜色加深。而温度超过80℃时，栀子黄中花色苷和花色酸水解加剧，造成减色效应。故媒染温度为80℃。

3）媒染时间

称取棉麻布2g，取栀子染料浓缩液20mL，加水80mL，进行直接染色。后媒法媒染参考工艺为：媒染剂用量2g/L，媒染温度80℃，媒染时间30～100min，硫酸钠10g/L，水洗皂洗后测定K/S值如表7所示。

从表7可看出，随着时间增加，布面K/S值也增加。但超过60min后，K/S值稳定在一定的范围，波动不大。这是因为纤维上能与染料和Al3+形成稳定络合结构的染座已饱和，继续延长媒染时间效果不大。故媒染时间为60min。

4）硫酸钠用量

称取棉麻布2g，取栀子染料浓缩液20mL，加水80mL，进行直接染色。后媒法媒染参考工艺为：媒染剂用量2g/L，媒染温度80℃，媒染时间60min，硫酸钠0～60g/L，水洗皂洗后测定K/S值如表8所示。

从表8可以看出，在硫酸钠0～25g/L时，随着用量增加，布面K/S增加;超过25g/L略有下降。这是因为纤维素纤维表面的羟基在溶液中电离形成大量的负电荷聚集在纤维表面，从而形成双电位层;在一定浓度范围内，硫酸钠能降低电位层，起到一定促染作用。而进一步提高硫酸钠浓度，效果不明显。故选择硫酸钠的用量为25g/L。

5）正交实验

根据上述的4个单因素中选取3个水平参数设计正交实验L9（34），以此来确定最佳工艺。见表9、表10、表11。

从上表中极差分析可知，极差C>A>B>D，表明硫酸铝钾后媒染色工艺中温度对染色影响最大，媒染剂浓度次之，而媒染时间影响不大，硫酸钠浓度对提取影响最小。通过正交试验得到栀子黄硫酸铝钾后媒染色工艺为：媒染剂用量2g/L，媒染温度80℃，媒染时间60min，硫酸钠20g/L。

3    结论

1）栀子黄水浸法提取工艺：正交试验得到栀子黄提取最优工艺为：浴比为1：50，调节pH为9，提取工艺为 80℃*60min。

2）硫酸鋁钾后媒染色效果最佳，布面颜色均匀，且干湿摩擦牢度和皂洗牢度提高明显高的。通过正交实验，最佳后媒工艺为：媒染剂用量2g/L，媒染温度80℃，媒染时间60min，硫酸钠20g/L。

参考文献

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[6]常铎，薛毅.天然栀子黄色素稳定性研究[J].郑州工程学院学报，2004，25（2）：82- 84.

Abstract： This paper explores the effect of leaching liquor pH，extraction temperature，extraction time and bath ratio on gardenia dyestuff by extracting with immersion method，and analyzes the effects of mordant dyeing method and process on the dyeing properties of cotton and linen fabrics.The optimum extraction process of natural gardenia yellow and the best mordant dyeing process on linen cotton are obtained by orthogonal experiment.The research shows that the extraction effect is the best when the process with immersion method is as follows：the bath ratio was 1：50，pH=9，and the extraction process is 85 ℃ *60 min.When potassium aluminum sulfate is used as mordant，the dyeing method is post-mordant.When the dosage of mordant is 2g/L，the mordant dyeing temperature is 80 ℃，the mordant dyeing time is 60 min，and the sodium sulfate 25g/L，the better dyeing effect can be achieved，and the soaping and wet rubbing fastness can reach over grade 3.

Key words： nature dyestuff;gardenia;dye mordant;linen fabrics;color fastness