天然媒染剂在五倍子色素对毛织物染色中的应用

郭丽萍，赵志军，徐 菲，刘剑虹

(1.齐齐哈尔大学 美术与艺术设计学院，黑龙江齐齐哈尔 161006；2.齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005)

在传统植物染色历程中，很长一段时间内使用传统媒染剂，即明矾、皂矾、红矾等，现在也在使用分析纯的明矾(硫酸铝钾)和皂矾(硫酸亚铁)作为媒染剂。虽然相对合成染料染色对环境影响较小，但过量使用传统媒染剂，同样也会对生态环境和人类健康产生一定的危害[1－2]。人们在开发植物染料染色的媒染剂时，从未放弃对天然媒染剂的研究，致力于开发绿色环保、安全无毒的纯天然媒染剂，将成为纺织生态染整可持续发展方向之一[3－4]。黑龙江省五大连池市风景区的铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水，含有较高的Fe2＋，高于普通水近40倍，具有天然媒染剂的特性[5－6]。本文实验以颜色特征值为检测指标，探讨了不同变量对铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水作为天然媒染剂时，五倍子色素对毛织物的显色效果和染色性能的影响，确定了最佳染色工艺条件。

1 实 验

1.1 材料与仪器

材料:五倍子(四川产，购于中药店)、毛织物(10 cm×10 cm，面密度367 g/m2)、五大连池药泉山矿水(铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水，五大连池风景区南泉)、柠檬酸(分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂)。

仪器:HH-4数显恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器有限公司)、pHS-2C型酸度计(北京市永光明医疗仪器有限公司)、5102型电子天平(常州第一纺织设备有限公司)、CrelagMaebethTMCol-orEye®2180UV型计算机测色配色仪(美国爱色丽公司)、NexlON 350X型 ICP-MS(美国PE公司)，WX-8000型微波消解仪(上海屹尧微波化学技术有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 色素萃取

称取100 g五倍子，加入1 L水，浸泡24 h后，加热至沸，待水分蒸发至0.6 L时，过滤并收集染液，该浓度下设为染液质量分数100%。重复以上操作 3次，将所得染液混合，共 1.8 L，备用[7－8]。

1.2.2 天然媒染剂的配置

取五大连池风景区南泉的铁硅质重碳酸盐碳酸冷矿水，密封，需在4 h内使用。

1.2.3 染色工艺

直接染:将毛织物直接投入五倍子染液中浸染30 min，取出拧干，水洗，阴干。

前媒染:将毛织物投入天然媒染剂中浸染15 min后拧干，再投入五倍子染液中浸染30 min，取出拧干，水洗，阴干。

同媒染:将毛织物投入含有天然媒染剂的五倍子染液中浸染30 min，取出拧干，水洗，阴干。

后媒染:将毛织物投入五倍子染液中浸染30 min后拧干，再投入天然媒染剂中浸染15 min，取出拧干，水洗，阴干[9－10]。

1.2.4 色度检测

在计算机测色配色仪上测定色样的L*、a*、b*、c*值。每一色样测试5点，取平均值。

1.2.5 金属离子检测

使用NexlON 350X型ICP-MS和WX-8000型微波消解仪检测，基本步骤依次为样品处理→绘制标准曲线→ICP-MS测试步骤→数据处理，测得铁硅质重碳酸盐酸冷矿水铁离子质量浓度34 mg/L，设定为天然媒染剂质量分数100%。

2 结果与分析

2.1 染色工艺对颜色特征值的影响

在浴比1∶30、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、染色时间30 min、媒染时间15 min、染色温度80℃、天然媒染剂质量分数100%条件下对毛织物进行直接染、前媒染、同媒染及后媒染，不同染色工艺的颜色特征值见图1。

图1 染色工艺对颜色特征值的影响

由图1可见，从不同染色工艺的颜色特征值来看，颜色特征值明度L*值的效果为:同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染，同媒染呈中灰色调，其他媒染呈浅灰色调，直接染呈浅色调；色相a*值的效果为:前媒染＞直接染＞同媒染＞后媒染，各染色工艺差异不大，除后媒染外，其他染色工艺趋于少量红光；色相b*值的效果为:直接染＞前媒染＞后媒染＞同媒染，前媒染、同媒染、后媒染趋于微量黄光，直接染趋于少量黄光；纯度c*值的效果为:直接染＞前媒染＞同媒染＞后媒染，后媒染、同媒染明显优于前媒染和直接染，综合衡量同媒染效果最佳。从天然媒染剂中有效成分来说，Fe2＋含量相对传统媒染剂(皂矾)来说较低，染色性能有一定区别。前媒染毛织物在一浴中能够吸附的Fe2＋含量不足，以至于在二浴中尚不能完全形成不溶性外轨型络合物而固定在纤维上，反应不够完全，致使明度较高，黄光和红光均增多，显色效果不佳；后媒染毛织物在二浴中面临吸附的染液不足，而且Fe2＋含量增多，能够与染液完全反应，黄光和红光均减少，效果略好于前媒染；同媒染毛织物吸附相对充足的染液分子能够立即与少量Fe2＋形成相对完全的络合反应，表现为明度最低、黄光最少，红光尚未达到最低点。由于五倍子是古代著名的黑色染材，所以评价五倍子毛织物染色性能以及显色效果最佳标准为黑色调的纯正程度，即明度L*值和纯度c*值越低越好、色相a*和b*值越接近0越好。由此可知，染色工艺对颜色特征值影响很大，媒染工艺优于直接染，即同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染。五倍子对毛织物的最佳染色工艺为同媒染。

2.2 天然媒染剂质量分数对颜色特征值的影响

在浴比1∶30、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、染色时间30 min、媒染时间15 min、染色温度80℃条件下，改变天然媒染剂质量分数对毛织物进行同媒染，天然媒染剂质量分数对颜色特征值的影响见图2。

图2 天然媒染剂质量分数对颜色特征值的影响

由图2可见，随着天然媒染剂质量分数的提高，颜色特征值明度L*值逐渐降低，纯度c*值也随之下降，说明媒染剂用量的增加，可以适当增加上染百分率；色相a*值先下降后再缓慢上升，红光略微增加；色相b*值逐渐下降，黄光逐渐减少；总体色相倾向于灰暖黄色调，呈棕灰色调。纯度c*值变化与色相b*值相近，说明b*值决定着主要色彩倾向。从图中曲线变化趋势来看，天然媒染剂的用量与五倍子染液和毛织物的结合尚未达到饱和状态，没有接近动态平衡，如果继续增加媒染剂用量，毛织物的得色量才能达到最高。由此可知，天然媒染剂质量分数对颜色特征值影响较大，对明度L*值影响最大，其次为色相b*值和纯度c*值，最后为色相a*值。因此控制天然媒染剂质量分数可以有效调整所染棕黄色调的深浅变化。

2.3 pH值对颜色特征值的影响

在浴比 1∶30，染色时间 30 min，媒染时间15 min，染色温度80℃，五倍子染液质量分数100%(加热前pH值6)、天然媒染剂质量分数100%条件下，改变五倍子染液pH值对毛织物进行同媒染，染液pH值对颜色特征值的影响见图3。

图3 染液pH值对颜色特征值的影响

由图3可见，随着五倍子染液pH值的提高，颜色特征值明度L*值缓慢下降后再轻度上升，颜色轻微增深，影响较小。色相a*值逐渐上升，红光增多；色相b*值逐渐下降后上升，黄光轻微减少；纯度c*值轻微降低后上升，在弱碱条件下变化较大。五倍子染液pH值在3～7范围，溶液呈淡黄色，比较稳定，当pH值大于7时，溶液呈浅黄绿色，较不稳定，导致色光开始变化。在酸性条件下染色，颜色特征值变化相对较小，在弱碱性条件下染色，颜色特征值变化较大。由此可见，染液pH值对颜色特征值有影响，尤其对色相a*和b*值。最佳五倍子染液pH值为6。

2.4 染色次数对颜色特征值的影响

在浴比 1∶30、染色时间 30 min、染色温度80℃、五倍子染液质量分数100%(加热前pH值为6)、天然媒染剂质量分数100%条件下，对毛织物进行同媒染，染色次数对颜色特征值的影响见图4。

图4 染色次数对颜色特征值的影响

由图4可见，随着染色次数的增加，颜色特征值明度L*值逐渐下降后平稳，颜色变深，浸染5次后达到最低值。色相a*值缓慢上升，红光微增多，色相b*值上升后下降再缓慢上升，黄光轻微变化。纯度c*值变化接近。由于天然媒染剂Fe2＋含量较低的特性，只能增加染色次数来提高染色深度，效果较为明显。浸染次数超过5次，颜色深度不再降低，色相发生轻微变化，尤其是色相b*值和纯度c*值，黄光增多，纯度轻微增加。由此可见，染色次数对颜色特征值具有一定的影响，尤其是明度L*值，颜色明显增深。最佳染色次数为5次。

3 结 论

①五倍子色素中的鞣质比较敏感，遇微量铁离子会形成不溶性外轨型络合物，即鞣质通过泉水中少量的铁离子搭桥可与毛织物上的可配位基形成配合反应，提高了毛织物的上染百分率。

②染色工艺、天然媒染剂质量分数、染液pH值、染色次数对五倍子色素上染毛织物的颜色特征值均有一定影响，其中染色工艺＞天然媒染剂质量分数＞染色次数＞染液pH值的影响。

③天然媒染剂使用同媒染效果最佳，其最佳染色工艺为:浴比1∶30，染色时间30 min，媒染时间15 min，染色温度80℃，染液质量分数100%(加热前pH值6)，天然媒染剂质量分数100%。染色次数可以增加颜色深度，最佳染色次数为5次。

④天然媒染剂在植物染色中直接应用时保质期不超过4 h，因此实际应用时需进行延长保质期的改性处理。