蝶豆花染液的提取及其对棉织物的染色

邹 蒙，朱莉娜

（德州学院纺织服装学院，山东德州 253023）

植物染料是指利用自然界的花、草，树木的茎、叶、果实、种子、皮、根提取有效色素作为染料［1-2］。其工艺应用无毒无害，具有特殊的保健抗菌作用，是古代染料的主流［3］。随着人类文明程度日益提高，越来越多人追求简单自然、绿色环保的生活方式，对于印染行业来说，植物染料的开发应用具有很大的潜力。蝶豆花又称蓝蝴蝶，含有天然花青素，属于类黄酮类染料［4］，晾干后泡水，水呈蓝色，加入柠檬汁会变成紫色，常作为食用色素使用，少见纺织品染色。本研究以蝶豆花为染色原料，探究蝶豆花的提取工艺以及作为天然染料对棉织物的染色工艺条件，媒染可以提高染色棉织物的色牢度。对扩充植物染色色系、实现生态染色具有一定的理论价值与实践意义［5］。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：纯棉织物、丝衬、棉衬、蝶豆花（市售），无水乙醇、硫酸铝钾、磷酸二氢钠二水合物、磷酸氢二钠十二水合物（分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司），纺织品实验专用皂片（上海市纺织工业技术监督所），氯化钠（天津市致远化学试剂有限公司），L-组氨酸盐酸盐（上海米恩检测仪器有限公司），氢氧化钠［国药集团化学试剂（上海）有限公司］。

仪器：AR2130 电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司），PHS-3D 实验室酸度计（金坛市恒丰仪器制造有限公司），恒温水浴锅（上海树立仪器仪表有限公司），Datacolor AHIBA IR 染色机、Datacolor 200LAV测色配色仪［德塔颜色商贸（上海）有限公司］，紫外-可见分光光度计［岛津仪器（苏州）有限公司］，SW-8A 型耐洗试验机（青岛山纺仪器有限公司），Y571L型染色摩擦牢度仪、YG（B）631 型汗渍色牢度仪（温州大荣纺织标准仪器厂），BZGY908 标准光源箱（南通三思机电科技有限公司）。

1.2 蝶豆花色素的提取

浸提法提取：称取一定量的干燥蝶豆花，探究影响单因素料液比1∶10～1∶60、乙醇用量5%～80%、提取时间45～120 min、提取温度40～90 ℃，测试最大吸收波长（268 nm）处的吸光度，获取优化提取工艺。

1.3 蝶豆花提取液直接染色工艺

1.3.1 浸提法染色

按照优化提取工艺大量提取蝶豆花染液，测试在染色时间45～120 min、浴比1∶15～1∶65、染色温度40～90 ℃条件下棉织物染色的K/S 值，获取优化浸提法染色工艺。

1.3.2 红外线法染色

按照优化提取工艺大量提取蝶豆花染液，测试在浴比1∶25～1∶65、转速10～50 r/min、染色温度90～110 ℃、染色时间30～70 min 条件下棉织物染色的K/S值，获取优化红外线法染色工艺。

1.4 蝶豆花提取液媒染工艺

1.4.1 预媒染

将纯棉织物放入3 g/L 媒染剂溶液中，处理完后冷却至室温，拿出织物水冲（去除织物表面多余的媒染剂）、晾干（保证后续染色时固液比不变），再将织物放入蝶豆花提取液中，在最优条件下染色、冷却、水洗、晾干备用。

1.4.2 同浴媒染

将3 g/L 媒染剂放入蝶豆花提取液内充分溶解，然后加入纯棉织物，在最优条件下染色、冷却、水洗、晾干备用。

1.4.3 后媒染

将纯棉织物放入蝶豆花提取液内染色，再加入3 g/L 媒染剂，待媒染剂充分溶解后进行媒染、冷却、水洗、晾干备用。

1.5 测试

K/S 值：考虑到植物染料上染率比较低，染液杂质比较多，用残液吸光度评估上染百分率不够准确，故采用表面得色深度（K/S 值）评估染料的上染性能［6］。耐皂洗色牢度：根据GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》进行测试。耐摩擦色牢度：根据GB/T 3920—2008《纺织品色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测试。耐汗渍色牢度：根据GB/T 3922—2013《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 蝶豆花色素提取工艺优化

2.1.1 料液比

由图1 可以看出，随着料液比增大，吸光度呈下降趋势。原因是随着料液比增大，助提剂对色素的稀释作用增强，色素浓度降低。同时，根据菲克第一定律，在单位时间内浓度变化梯度越大，扩散通量越大［7］。考虑到实际操作中助提剂加入量过少，可能在提取过程中被蒸发掉，得到的提取液过少，不易操作。因此料液比选取1∶10。

图1 料液比对提取液吸光度的影响

2.1.2 乙醇用量

由图2 可知，吸光度随着乙醇用量的增加先升高后降低，在35%处达到峰值。乙醇是提取植物色素常用的亲水性有机溶剂，能够有效加快植物色素的析出与溶解，但乙醇用量过高会破坏色素的分子结构，影响提取效果。因此乙醇用量选取35%。

图2 乙醇用量对提取液吸光度的影响

2.1.3 提取时间

由图3 可知，105 min 时吸光度最大，随着时间的继续延长，吸光度有所下降。根据菲克第二定律预测，物质扩散导致浓度随时间变化是一个抛物型偏微分方程。当物质扩散达到平衡状态时，继续长时间的作用会对提取液浓度的提高形成反作用，破坏色素已形成的饱和状态。因此提取时间选取105 min。

图3 提取时间对提取液吸光度的影响

2.1.4 提取温度

由图4 可知，吸光度随着温度的升高先升高后降低，80 ℃时达到峰值。在植物染色中，不同的植物对热稳定性要求不同，蝶豆花含有天然花青素，不能够在高温条件下存活，因此提取温度选择80 ℃。

图4 提取温度对提取液吸光度的影响

2.2 浸提法染色工艺优化

2.2.1 染色浴比

由图5 可知，K/S 值随着浴比增加先增大后减小，在1∶25 处达到峰值，因为此时色素与织物的结合已达到平衡状态，继续增大染色浴比会影响色素在织物上的附着。因此染色浴比选取1∶25。

图5 染色浴比对纯棉织物K/S 值的影响

2.2.2 染色时间

由图6 可以看出，K/S 值随着染色时间的延长先增大后减小，在105 min 达到最大，此时色素在织物表面的扩散附着已达到饱和，继续延长染色时间会破坏色素在织物表面的平衡，使色素进入织物内部或对色素结构造成破坏，从而降低K/S 值。因此染色时间选取105 min。

图6 染色时间对纯棉织物K/S 值的影响

2.2.3 染色温度

由图7 可以看出，80 ℃时K/S 值最大。一定加热量能够刺激色素分子的活性，单位时间内会有效附着于织物表面，持续高温则会使色素分子慢慢丧失活性，蝶豆花中的天然花青素对温度较为敏感，不适宜高温染色。

图7 染色温度对纯棉织物K/S 值的影响

2.3 红外线法染色工艺优化

2.3.1 染色浴比

由图8 可知，随着染色浴比的增加，K/S 值先增大后减小，1∶55 时K/S 最大，此时色素分子与织物结合达到饱和状态，继续增加提取液用量会影响色素分子的活动范围。因此染色浴比选取1∶55。

图8 染色浴比对纯棉织物K/S 值的影响

2.3.2 染色转速

由图9 可知，随着转速的加快，K/S 值呈先上升后下降的趋势，在40 r/min 达到最大。搅拌有助于色素与织物的均匀结合，提高上染率，但转速过快，在高温下会破坏色素分子结构，不利于色素与织物的结合。因此染色转速选取40 r/min。

图9 染色转速对纯棉织物K/S 值的影响

2.3.3 染色温度

染色温度对纯棉织物K/S值的影响见图10。

图10 染色温度对纯棉织物K/S 值的影响

由图10 可知，K/S 值随着染色温度的升高逐渐下降，蝶豆花中的花青素不适宜在高温条件下染色，高温会破坏色素分子活性。因此染色温度选取90 ℃。

2.3.4 染色时间

由图11 可知，40 min 时K/S 值最大，继续延长染色时间，K/S 值呈下降趋势，这是因为在高温和红外线条件下，过长的染色时间对色素分子具有杀伤力，不利于色素与织物结合，故染色时间选取40 min。

2.4 红外线法与浸提法直接染色对比

由表1 可知，红外线法染色时间明显缩短，但温度难以控制，部分植物在高温条件下不利于染色；浸提法是植物染色中较为传统且常见的方法，染色耗时较长，控制变量少。蝶豆花含有花青素，对温度较为敏感，所以不适合高温。因此，以蝶豆花为原料进行染色，选用浸提法直接染色虽然控制时间较长，但控制变量少且操作简便，染色后棉织物K/S值可观。

表1 红外线法与浸提法直接染色对比

2.5 染色效果

蝶豆花提取液对纯棉织物的染色效果见表2。

表2 蝶豆花提取液对纯棉织物的染色效果

由表2 可知，以明矾作为媒染剂对蝶豆花提取液染色纯棉织物有一定的促染作用，后媒染的K/S 值最大，成色效果最好；染色纯棉织物的耐摩擦色牢度最好，达到国家优级纺织品标准；耐皂洗、耐汗渍色牢度有待提高；蝶豆花染色对酸碱性较为敏感，耐酸不耐碱，在酸性条件下色牢度较稳定，在碱性条件下不稳定，仍需进一步改进染液在酸碱条件下的稳定性。

3 结论

（1）蝶豆花优化提取工艺：料液比1∶10，乙醇用量35%，80 ℃，105 min。

（2）随着现代科技的进步，植物染色方法日益进步，蝶豆花可以作为天然植物染料对纺织品进行染色，浸提法更适合蝶豆花提取液染色纯棉织物，优化染色工艺：浴比1∶25，80 ℃，105 min。

（3）以明矾为媒染剂对蝶豆花染色有一定的促染作用，后媒染效果最佳。

（4）蝶豆花提取液染色纯棉织物的耐摩擦色牢度最好，符合国家优级品标准，耐皂洗、耐汗渍色牢度有待提高，在酸碱条件下的稳定性还需进一步实验探究。