改性黄连素的制备及其对腈纶等织物的染色性能研究

刘玉霞，李 仟，买文鹏

(河南工程学院 化工与印染学院，河南 郑州 450007)

天然染料与合成染料相比，具有环境相容性好、容易被微生物降解等得天独厚的优势. 随着人们消费水平和生活品质的不断改善，天然染料的开发与应用自然而然地成为了社会各界关注的焦点[1-4]. 黄连素是唯一具有阳离子化学结构的植物性染料，能够直接上染丝、羊毛和阴离子改性棉等[5-7]. 但是，黄连素在色牢度方面表现较差，导致其应用前景有相当大的局限性. 本文研究了黄连素改性前后对腈纶、棉、毛、蚕丝等6种织物的染色性能.

1 实验部分

1.1 实验材料

纺织材料：蚕丝机织物，纯棉机织物(市售，140 g/m2)，纯羊毛机织物(市售，140 g/m2)，腈纶机织物，锦纶机织物，涤纶机织物(以上均为标准织物).

试剂：无水乙醇，冰乙酸，浓盐酸，甲醇，KBr，以上试剂均为分析纯. 黄连粉末(中药房购买)，pH值缓冲溶液(采用氢氧化钠和磷酸、乙酸、硼酸三酸溶液配置).

1.2 实验仪器

仪器：Thermo Nicolet IR200型红外光谱仪，Bruker DPX 400(400MHz)型超导核磁共振仪，红外线高温高压染色机，TU-1901型双光束紫外-可见分光光度计(上海一派印染技术有限公司)，YG 611E日晒牢度测试仪(莱州市电子仪器有限公司)，CE-7000A测色配色仪(美国爱色丽公司).

1.3 实验方法

1.3.1 黄连素的提取与提纯

根据单因素实验结果，研究四因素三水平的正交实验. 称取10 g黄连粉末，以最佳工艺条件提取. 提取液用旋转蒸发仪蒸发浓缩，然后加入30 mL 10%的乙酸溶液，60 ℃水浴加热，然后趁热抽滤. 滤液滴加浓盐酸沉淀结晶，得黄连素粗品. 粗品用水重结晶纯化.

1.3.2 黄连素的改性

称取2 g黄连素纯品，放入50 mL耐热坩埚中，置于高温电炉加热反应. 加热程序：室温下38 min加热到190 ℃，然后持续加热15 min. 自然降温至80 ℃，取出，自然冷却.

黄连素的改性反应见图1.

图1 黄连素的改性

1.3.3 染色方法

称取未改性黄连素和改性黄连素各1.0 g，加水溶解，倒入500 mL容量瓶中定容待用.

在红外线高温高压染色机内对织物进行染色，浴比1∶50，用缓冲液调节染液pH值为4～5. 常温入染，升温速率1 ℃/min，在设定温度条件下染色(涤纶织物130 ℃，其他织物100 ℃)1 h，结束后水洗、烘干.

1.4 测试方法

颜色特征值测定：测定试样的K/S值，选用D65光源和10°观察角，试样测定4次取平均值.

耐日晒性能测定：将染色织物分别日晒3、6、10 h后测定日晒样与未日晒样品之间的色差ΔE.

2 结果与分析

2.1 黄连素的提取

选择乙醇浓度、料液比、提取时间、提取温度为考察因素，进行四因素三水平的正交实验，其因素和水平如表1所示.

表1 L9(34)正交实验因素和水平

正交实验结果及方差分析见表2. 由表中的R值可知，各因素对浸提率的影响大小为D>B>A>C，即提取温度对浸提率有显著性影响. 通过K值可判断出最佳的提取条件是D3B3A1C3，即温度为65 ℃、料液比为1∶50(g /mL)、乙醇浓度为75%、浸提时间为90 min.

表2 乙醇浸提法提取黄连素正交实验结果与分析

2.2 紫外-可见吸收光谱曲线测定

图2是黄连素与改性黄连素的紫外光谱图. 通过图2可以看出，改性后黄连素的最大吸收波长在488 nm处，与黄连素的最大吸收波长(426 nm)相比，发生了红移，可能原因是改性后结构中的酚羟基以酚氧基负离子的形式存在.

2.3 黄连素和改性黄连素的结构表征

图3是黄连素与改性黄连素的红外图谱. 通过图3可以看出，改性后羟基的吸收峰明显增强.

图2 黄连素与改性黄连素的紫外光谱图

图4是黄连素的核磁共振图谱，图5是改性黄连素的核磁共振图谱. 通过图4和图5可以看出，改性后，化学位移4.0附近少了一个甲基的吸收峰.

图3 黄连素与改性黄连素的红外图谱

图4 黄连素的核磁共振图谱

2.4 染色结果

2.4.1 黄连素与改性黄连素的染色性能比较

图6是黄连素与改性黄连素的染色结果. 从图6能明显看出，改性后的黄连素对腈纶织物的染色性能下降，但是对蚕丝织物、棉织物、羊毛织物、锦纶织物和涤纶织物的染色性能明显提高，特别是对蚕丝织物的染色性能有很大提高. 这可能是因为改性后，染料分子中羟基与蚕丝织物有氢键作用，增强了与织物间的作用力.

图5 改性黄连素的核磁共振图谱

图6 黄连素与改性黄连素的染色结果

2.4.2 黄连素与改性黄连素的耐日晒性能比较

日晒色差数据处理结果见表3，染色后织物的日晒牢度结果见表4. 由表4可知，用改性后的黄连素进行染色，蚕丝和腈纶织物的日晒牢度有了明显的提高，推测原因也跟染料分子中羟基与织物间的氢键作用有关.

表3 日晒色差数据处理结果

表4 染色后织物的日晒牢度

3 结论

采用L9(34)正交实验确定优化的黄连素提取工艺，对提取的黄连素进行提纯、改性，将改性后的黄连素用于腈纶等织物的染色. 结果发现，改性后除了腈纶，其他织物的染色性能都有明显改善，日晒牢度也有所提高.