不同酸碱条件下石榴皮色素的提取及其对棉织物的染色应用

武利利，吕佳宁，刘秋果，王彬峰，代 磊

(河南科技学院, 河南 新乡 453003)

植物染料来源于大自然，具有绿色生态可循环再生的特点。随着绿色健康消费观念的兴起，关于天然植物染料染色性能的研究，具有广阔的市场前景。石榴皮作为我国一种传统中药，富含多酚和鞣酸等成分，具有清热、解毒、抗菌等功效。石榴皮提取液染色的毛织物和丝织物，具有防紫外线性能[1-2]。为了得到理想的织物染色效果，通过改进石榴皮色素提取工艺和织物染色工艺，选用了不同溶液提取色素、不同媒染剂和辅助方法染色[3-4]，在一定程度上提升了染色织物的色泽和色牢度[5-6]。

棉织物手感柔软舒适且吸湿性较好，同时棉织物价格经济实惠，深受人们喜爱，是常见的服装面料。石榴为落叶乔木植物，在我国南北各地区均有广泛种植，石榴皮中含有的黄色素成分，是一种天然的黄色系染料，无毒、无害、无污染，其染色产品被越来越多的消费者接受和喜爱。本文以天然石榴皮为原料，采用不同pH值的20%乙醇溶液提取色素并对棉织物进行染色，探讨不同pH值条件下所提取的石榴皮染液对棉织物染色效果的影响，确定了最佳的提取pH值和媒染条件。

1 试 验

1.1 试验材料

烘干石榴皮(产地河南新乡)；纯棉平纹织物(经向密度为210根/(10 cm)，纬向密度为266根/(10 cm)，面密度93 g/m2，河南玉锦纺织品有限公司)；十二水合硫酸铝钾(明矾，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司)；五水硫酸铜(蓝矾)、硫酸亚铁(绿矾)(分析纯，天津市光复科技发展有限公司)。

1.2 石榴皮色素的提取及染色

石榴皮色素提取：将烘干的石榴皮用粉碎机粉化，石榴皮和20%乙醇按照25 g/L制备混合溶液，并用氢氧化钠和盐酸调节3种pH值(4～5、7、8～9)，在60 ℃恒温水浴锅中恒温加热40 min，抽滤得到石榴皮色素提取液，备用。

染色方法：采用石榴皮色素提取液，按浴比1∶100，采用后媒法在70 ℃恒温水浴锅中对棉织物直接染色70 min，按照0.5 g/L加入3种不同媒染剂(明矾、蓝矾、绿矾)，再染色20 min，取出水洗烘干。

1.3 性能测试

吸光度测定：利用752 N紫外分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司)测定石榴皮提取液的吸光度。

颜色特征值测定：在MAX光谱测色仪(深圳三恩驰科技有限公司)上测定L*、a*、b*、c*、h及染色深度K/S值，每个试样折叠2次随机改变测量点取5次测量的平均值。其中L*表示明度，该值越大颜色越亮，a*表示红绿轴，正数表示颜色偏红色，负数表示颜色偏绿色；b*表示黄蓝轴，正数表示颜色偏黄色，负数表示颜色偏蓝色；c*表示饱和度，其值越大颜色越纯正，色泽越鲜艳；h表示色相，主要区别颜色种类；K/S值表示染色深度，该值越大则颜色越深[7-8]。

耐皂洗色牢度测定：根据GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》中A(1)法测定棉布试样的变色和沾色牢度。

防紫外线特征测定：参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》在YG909-II纺织品防紫外线测试仪(温州方圆仪器有限公司)上，对染色前后的棉布试样随机改变测量点取3次测量平均值。

2 结果与讨论

2.1 石榴皮提取液吸光度

将3种不同pH值4～5、7、8～9及不调节pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液，稀释200倍在不同波长下测试其吸光度，吸光度曲线如图1所示。由图示出，不同pH值及不调节pH值条件下的石榴皮色素20%乙醇提取液吸光度290～330 nm波段时均出现最大值，其中pH值4～5石榴皮色素20%乙醇提取液的吸光度具有最大的波峰值。3种不同pH值条件下，石榴皮色素提取液在紫外光区均表现出了较好的吸收能力，具有一定的紫外线吸收功能。

图1 不同pH值石榴皮色素提取液吸光度曲线

2.2 不同媒染剂对棉织物染色的影响

2.2.1 颜色特征值

在不同pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液中，选用明矾、蓝矾、绿矾3种不同媒染剂对棉织物进行媒染染色，不调节pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液进行直接染色，用测色仪在D65光源，10°视角，波长400 nm条件下测试染色棉织物的颜色特征值L*、a*、b*、c*、h及K/S值，所测数值如表1所示。由表1可知，不同pH值条件下的提取液经媒染染色后，织物的颜色特征值在颜色偏黄条件下，好于不调节pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液进行直接染色所得织物的颜色特征值，且直接染色所测K/S值为3.10，染色深度不如媒染染色效果好，因此采用媒染剂进行染色。在明矾、蓝矾、绿矾3种媒染剂条件下，在pH值为7时所提取的石榴皮色素提取液中加入明矾为媒染剂时，L*值最大，棉织物染色明度最好，颜色最明亮；媒染剂为绿矾时，L*值最小，颜色最暗沉。在3种不同pH值(4～5、7、8～9)石榴皮色素提取液条件下，蓝矾媒染的b*、c*值均为最大，染出的黄色最纯正，色泽最鲜艳，绿矾媒染的b*、c*值均为最小，黄色效果最差[9-10]。

表1 不同媒染剂及pH值条件下染色棉织物颜色特征值

3种不同pH值条件下所提取的石榴皮色素提取液中，加入不同媒染剂后对棉织物染色的K/S值(表1)，可知，蓝矾为媒染剂条件下棉织物的K/S值最大，所染颜色最深，绿矾次之，明矾最小[11]。

2.2.2 染色效果

在不同pH值石榴皮色素20%乙醇提取液条件下，将明矾、蓝矾、绿矾作为媒染剂对棉织物染色的颜色效果如图2～4所示，由图示出，在绿矾为媒染剂条件下，织物颜色色相不再是明显的黄色色相，其发生了变化，呈现出棕褐色，这是由于绿矾中的亚铁离子与石榴皮色素结合形成的络合物结构，使色相发生了变化[12]。从表1和图2～4综合来看，蓝矾作为媒染剂染色棉织物效果最好。同时，虽然绿矾所媒染的织物的K/S值大于明矾所媒染的织物，染色深度较好，但由于色相发生了变化，不适用于黄色系的染色。在pH值为7时所提取的石榴皮色素提取液中，明矾和绿矾染色棉织物的K/S值相差较小，深度基本一致，作为石榴皮染料黄色系染色媒染剂，明矾好于绿矾[13-14]。

图2 明矾媒染效果

图3 蓝矾媒染效果

图4 绿矾媒染效果

2.3 耐皂洗色牢度分析

不同pH值石榴皮提取液棉织物染色的耐皂洗色牢度测试结果如表2所示。可以看出，在不同pH值条件下提取的石榴皮色素在不同媒染剂条件下所染的棉织物的耐皂洗沾色牢度均在4级及以上，效果较好。在蓝矾媒染条件下，其变色牢度为3～4级，具有一定的可应用性。在明矾媒染剂条件下，随着提取石榴皮色素pH值的提高，石榴皮染液pH值变高，由酸性到中性，再到碱性，其变色牢度逐渐变好。

表2 耐皂洗色牢度测试结果 级

2.4 防紫外线分析

根据GB/T 18830—2009相关标准，抗紫外线性能的评价主要指标包括紫外平均透过率(UVA和UVB)与防护指数UPF值，其中UVA(315～400 nm)为长波紫外区，UVB(280～315 nm)为中波紫外区。当测试样品的UVA和UVB透过率低于5%且UPF值大于40时，才能说明服装具有防紫外线能力。所测防紫外线结果如表3所示。可知，相比未染色白棉布，染色后织物的UPF值变化较小，UVA和UVB透过率较大，均低于标准要求，石榴皮提取液对棉织物染色后防紫外线能力提高较少，但是石榴皮提取液在紫外光区吸光度较好，这是因为染色的棉织物面密度较小，纱线空隙影响了防紫外线功能[15-16]。

表3 防紫外线测试结果

3 手工扎染蜡染设计应用

利用石榴皮提取液，通过捆扎、缝扎、夹扎等技法，将纯棉白坯布进行染色[17-18]，染色效果如图5所示，面料着色后产生质朴、自然的图案效果。将熔蜡绘花于纯棉白坯布后，以石榴皮提取液浸染，染色后布面呈现出黄底白花，风格独特，具有朴实、原生态的图案效果。

图5 石榴皮色素在棉布扎染应用中的效果图

4 结 论

①在3种不同pH值4～5、7、8～9及20%乙醇提取液条件下提取石榴皮色素，其对棉织物染色效果更好。采用后媒法，在不同pH值(4～5、7、8～9)及20%乙醇提取石留皮色素，后加入明矾、蓝矾、绿矾3种媒染剂对棉织物染色，石榴皮色素提取液中pH值为7时，明矾为媒染剂时，染色棉织物所测颜色特征值L*值最大，明度最好，颜色最亮；绿矾媒染时L*值最小，色相变为棕褐色；蓝矾媒染的b*、c*值均为最大，染出的黄色最纯正，色泽最鲜艳，3种媒染剂中蓝矾为媒染剂，棉织物染色效果最好。绿矾媒染的K/S值大于明矾，但由于色相发生了变化，不适用于黄色系染色，明矾作为棉织物黄色系媒染剂染色效果好于绿矾。

②在耐皂洗色牢度中染色棉织物的沾色均在4级及以上，效果较好，且好于变色效果。在蓝矾媒染条件下，其耐皂洗变色牢度主要在3～4级，具有一定的可使用性。在明矾媒染剂条件下，随着pH值的升高，其耐皂洗变色牢度逐渐变好。

③3种不同pH值下的石榴皮提取液吸光度，在紫外光区显示出一定的紫外线吸收能力，但对实验所用棉织物染色后，防紫外线功能没有显著提高，石榴皮色素染色的实验所用棉布不具有防紫外功能。