火炬树果穗染料对4种纤维的染色性能

于 颖

（辽东学院化学工程学院，辽宁丹东 118000）

火炬树为漆树科盐肤木属植物，别名鹿角漆、火炬漆［1］，在我国各地园林、绿地普遍栽培，为理想的水土保持和园林风景造林用树种，其根、叶、花等均有十分广泛的用途，尤其果穗多而大，鲜红锥状直立，形同火炬，宿存时间长，从其中提取的色素因黄酮类含量较高而具有强大的抗氧化性和抗菌活性，在食品着色方面有一定的应用［2-3］，而作为染料在纺织品染色方面暂无相关报道。火炬树果穗染料中的色素主要为花色苷素黄酮类化合物，其中还含有1%以上的火炬红苷（化学式如下），火炬红苷是具有光泽的红色粉末，易溶于水和乙醇而水解成红色染料。本研究将火炬树果穗染料应用在4 种纤维上，并对其染色效果进行对比，既拓展了纺织品染色天然染料的来源，降低了染色成本，又提高了火炬树的附加值。

1 实验

1.1 材料

纤维：100%柞蚕丝（江苏南通市海门市晨硕蚕丝厂），100%羊毛纤维（河北日伊丰达绒毛加工有限公司），大豆蛋白复合纤维（河南淮阳华康生物化学工程联合集团公司），牛奶蛋白纤维（上海正家牛奶丝科技有限公司）。药品：火炬树果穗（采自辽东学院校园内），硫酸亚铁、硫酸铝钾、硫酸铜、氯化镧晶体、碳酸钠、醋酸（均为分析纯），中性皂液（市售）。

1.2 仪器

UV-1201 型紫外-可见分光光度计（北京瑞丽分析仪器公司），AL-IC 型分析天平［梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司］，SHZ-88 型水浴恒温振荡器（江苏省金坛市医疗仪器厂），PHS-3C 精密pH 计（上海精密科学仪器有限公司），Y571-L 型染色摩擦牢度仪（莱州市电子仪器有限公司），SC-80A 色差仪（北京康光仪器有限公司），Datacolor-400 电脑测色配色仪（美国Datacolor 公司），H-24CF 型耐洗色牢度仪（厦门Rapid 公司），60 目标准筛，DHG-9203A 型电热恒温鼓风干燥箱（江苏华青流体科技有限公司）。

1.3 火炬树果穗染料的制备及稳定性评价

称取除籽晾干、粉碎后过60 目筛的火炬树果穗10 g，按料液比为1∶30 加入蒸馏水，提取温度50 ℃，提取时间60 min，提取后的残渣加入蒸馏水，料液比为1∶20，提取温度50 ℃，提取时间30 min，冷却后过滤残渣。合并两次提取液，定容至500 mL 容量瓶中。测定提取液对温度、pH 的稳定性。

1.4 染色工艺

直接染色：以火炬树果穗提取液作为染液，用醋酸-碳酸钠调节pH 为4，染色温度分别为羊毛和柞蚕丝80 ℃，大豆蛋白和牛奶丝60 ℃，染色时间均为45 min，浴比为1∶30，取出经3 g/L 皂液于50 ℃清洗10 min，水洗，烘干。

媒染染色：先将4 种纤维按照直接染色条件进行染色，再加入5.0 g/L 媒染剂（稀土LaCl3·7H2O 用量为1.0 g/L），浴比为1∶30，染色温度分别为羊毛和柞蚕丝80 ℃，大豆蛋白和牛奶丝50 ℃，pH=4.5，染色时间均为30 min，取出经5.0 g/L 皂液于40 ℃清洗10 min，水洗，烘干。

1.5 测试

颜色特征值：利用测色配色仪在D65光源下测试K/S值（颜色深度）、L*（亮度值）、a*（红绿色度值）、b*（黄蓝色度值）、c*（彩度值）、H*（色相）。

色牢度：按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》和GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测定。

2 结果与分析

2.1 火炬树果穗染料的稳定性

2.1.1 酸碱度对染料吸光度及颜色的影响

在室温下，用醋酸-碳酸钠调节染料的pH 为1～12，测定不同pH 条件下染料吸光度及颜色的变化。由表1 可知，当pH 小于5 时，染料颜色鲜红，吸光度较高；在弱酸性及中性条件（pH=6～7）下，染料红色减弱，吸光度减小；在碱性条件下，颜色由蓝黑色变为蓝绿色，且随着pH 升高颜色加深，吸光度变化明显。染料颜色的变化是由色素结构发生变化所致，说明染料的颜色和稳定性易受pH 影响。在酸性条件下，色素的稳定性好，在碱性条件下稳定性较差。因此，火炬树果穗染料适用于酸性环境。

表1 不同pH 条件下染料的吸光度及颜色变化

2.1.2 温度对染料吸光度及颜色的影响

在pH=4 的条件下，量取火炬树果穗染料多份，分别在30～100 ℃下处理30 min，测定各溶液的吸光度并观察颜色。由表2 可知，温度对染料的色泽及吸光度影响较小。随着温度的升高，颜色鲜艳度和吸光度变化微小，无浑浊现象，说明染料具有很好的耐热稳定性，能保证在较高染色温度下使用。但温度过高对色素的减色作用增强，染料中红色素略有损失，所以应避免长时间接触高温，使用时不宜超过80 ℃。

表2 温度对染料吸光度及颜色的影响

2.2 火炬树果穗染料对4种纤维染色性能的比较

2.2.1 颜色特征值

由表3 可以看出，各染色纤维得色较深，特别是在媒染剂作用下，K/S值进一步提高，这说明染料和纤维间有良好的亲和性。4 种纤维直接染色和媒染染色均为羊毛的K/S值最高，其次是柞蚕丝，牛奶蛋白的K/S值略高于大豆蛋白。这是由于4 种纤维都属于蛋白质纤维，蛋白质的基本组成为氨基酸，结构通式为NH2CHRCOOH。羊毛中酸碱性和极性氨基酸含量多，化学反应性较蚕丝活泼；羊毛纤维表面的鳞片层较紧密，鳞片内部正副皮质层含有较多的极性基团，染座多于蚕丝，所以大部分染料在羊毛上的得色高于蚕丝［4］。牛奶蛋白和大豆蛋白纤维的氨基酸总含量相近，但少于羊毛和蚕丝［5-7］，染料、纤维之间的库仑引力较弱，导致上染速率慢，平衡后染料上染纤维量少［8-9］，所以牛奶蛋白和大豆蛋白纤维的K/S值小于羊毛和蚕丝。在相同的染色条件下，达到上染平衡时，牛奶蛋白纤维上的染料浓度高于大豆蛋白，即牛奶蛋白对染料的吸附量高于大豆蛋白［10］，因此，牛奶蛋白的K/S值高于大豆蛋白。

由表3 还可知，不同媒染剂对4 种纤维K/S值的影响由大到小依次为Fe2+、稀土、Al3+、Cu2+、直接染色。Fe2+媒染对染色纤维的颜色影响最大，与直接染色相比，纤维K/S值增加最多，染色纤维呈现墨绿色和深橄榄绿色；稀土作为媒染剂可起到匀染和染色增深等作用，K/S值明显增大，染色纤维呈现均匀的琥珀色和小麦色；Al3+媒染纤维的K/S值变化也较大，染色纤维呈现珊瑚红和沙棕色；Cu2+媒染纤维的K/S值增加幅度最小，染色纤维呈现芦苇绿色和淡绿色。

表3 染色纤维的颜色特征值

2.2.2 染色牢度

由表4 可知，4种纤维经火炬树果穗染料染色后，除大豆蛋白纤维的耐皂洗色牢度稍差外，其余染色纤维的色牢度均较好。经不同媒染剂媒染后，4 种染色纤维的色牢度均较好，达到3 级及以上，其中羊毛和柞蚕丝铁媒染达到4 级。媒染还进一步提高了牛奶蛋白纤维的耐皂洗色牢度以及大豆蛋白纤维的耐摩擦色牢度。

表4 染色纤维的色牢度

3 结论

（1）火炬树果穗染料的颜色和稳定性易受pH 影响，有较强的耐热性，可在pH 小于等于5、80 ℃以下使用。

（2）火炬树果穗染料着色力强，对4 种纤维有着优良的亲和性，无论直接染色还是媒染都易上染，染色纤维有多种色相，弥补了天然染料色相的不足。

（3）除大豆蛋白纤维直接染色的耐皂洗色牢度稍差外，其余纤维直接染色和媒染色牢度均较好，达到3级及以上。