壳聚糖改性棉麻织物的茜草染色工艺研究

严晓慧(辽东学院 化工与机械学院，辽宁 丹东 118003)

0 引言

1 实验方法

棉麻纤维是应用最广泛的纤维素纤维之一，在一般情况下对碱是稳定的，在碱中只发生膨化，不产生水解，常温下不会对强力造成影响。

但是，如果暴漏在没有阳光照射的空气中时，碱将会对于纤维素的氧化产生催化作用，从而加快其内纤维素的氧化和降解。棉麻混纺的纤维不仅价格便宜，并且保留了棉麻各自的特性，如环保，透气，悬垂性好，穿着舒适。棉和亚麻的生产过程绿色自然且环保健康，棉麻织物是比较适宜于人体的一种贴身性纺织品[1]。

壳聚糖是仅次于纤维素的第二大自然资源[2]，它的分子结构与纤维素相似，并且与大多数纤维素纤维具有良好的亲和力。它可以通过氢键或共价键与纤维上的活性基团结合。壳聚糖在溶液中带正电荷，易于吸附在织物表面，这可以减少织物表面的负电荷，同时减少染色过程中纤维对染料的库仑排斥力[3]。

茜草是一种历史悠久的植物染料，它是一种媒染染料。茜草的色素属于蒽醌结构，它不是一种单一的化合物，而是一系列的同系物或同分异构体。这些色素的结构与其他现代的分散染料结构类同，但又比其他分散染料多了一个羧基，因此，水溶性比其他分散型染料稍高，但仍然不易直接溶于乙醇和水，只能在高温状态下分散与水中[4-5]。

一般在使用天然植物染料染色时需要用媒染剂来提高染色性能，丰富色相，使用较多的是金属媒染剂，能够提高其染色牢度且成本较低，缺点是对人体健康存在潜在的影响，染色所剩的废水若处理不妥当还会造成严重的环境污染。茜草染料对于纤维素纤维的附着率较低，染色时需要借助媒染剂来帮助染料上染，文章主要探究壳聚糖改性棉麻织物的茜草染色工艺。

1.1 茜草染料提取方法

(1)配备2 g/L的碳酸钠溶液500 mL备用；

(2)取10 g茜草粉(经过粉碎机粉碎的茜草根)加入500 mL烧杯之中；

(3)向烧杯中加入250 mL的碳酸钠溶液；

(4) 将烧杯放入水浴锅中加热至95℃，并保温45 min；

(5) 采集溶出液，抽滤并定容至250 mL，重复两次。

1.2 壳聚糖改性方法

配制5%浓度的乙酸溶液，用5%的乙酸溶解壳聚糖，壳聚糖改性液的质量浓度为15 g/L，然后将棉麻织物浸渍在该溶液中，用水浴锅加热，改性温度为80℃，改性时间60 min，浴比1:50，然后取出烘干，得到壳聚糖改性的棉麻织物。

1.3 茜草染色实验

采用单因素实验法探索茜草染料染色的最佳工艺。浴比设定为1:50，通过改变茜草染料染液的浓度、振荡染样机温度、染色时间和媒染剂的用量来确定茜草染色的最优工艺条件。对改性前后的棉麻织物进行对比染色，染色完成后，测试染色色深值、最大K/S值、摩擦及水洗牢度，根据测试结果确定茜草染料染色的最佳工艺。

2 结果与讨论

2.1 染液浓度的影响

分别配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%浓度的茜草染液，对壳聚糖改性后的棉麻织物进行染色，浴比1:50、染色温度65℃，时间90 min。通过对比染色的色深值，可以发现随着茜草染液浓度的上升，棉麻织物对于茜草染料的上染率有不同程度的提升，因此，改性棉麻织物对茜草染料的上染率随着染液浓度的增加是呈上升趋势的。

2.2 染色温度的影响

配制0.6%浓度的茜草染液五份，浴比1:50，将染色温度分别设定为45℃、55℃、65℃、75℃、85℃，染色时间90 min。通过对比不同温度下的棉麻织物染色后的色深值和最大K/S值可以发现，随着温度的不断升高，棉麻织物的色深呈现先下降后上升再下降的一个趋势，如图1所示。可以看出茜草染料染色的最佳温度为75 ℃，染色温度继续上升会使上染率下降。

图1 染色温度对K/S值的影响

2.3 染色时间的影响

配制0.6%浓度的茜草染液五份，浴比1:50，将染色时间分别设定为40 min、50 min、60 min、70 min、80 min，染色温度60 ℃。通过对比不同染色时间后的棉麻织物的K/S值，可以得出结论：随着染色时间的增加，茜草染料对于棉麻织物的附着率也在不断的增加，但是增加的程度也越来越缓慢，最后趋于平稳，染色达到平衡状态。从实验结果中可以看出，如图2所示。茜草染料染色在60 min时的K/S值最大为1.399。

图2 染色时间对K/S值的影响

2.4 媒染剂用量的影响

配制0.6%浓度的茜草染液五份，浴比1:50，染色时间60 min，染色温度60℃。结束后调整媒染温度为30℃，染色时间30 min，加入不同剂量的媒染剂0 g/L、0.1 g/L、0.2 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L。通过添加不同剂量的媒染剂，从实验结果中可以得出，如图3所示。随着媒染剂用量的增加，茜草染料对于棉麻纤维的上染率增加，整体呈上升趋势。在无媒染剂的条件下，茜草染料对于棉麻纤维的上染率较低。

图3 媒染剂用量对K/S值的影响

2.5 染色牢度测试

染色牢度是指染色后的织物在使用或进一步加工的时候，对抗外部因素的抵抗力，其中的检验项目有耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐干洗色牢度、日晒色牢度等，通常进行色牢度试验时，是染色物的变色程度和对贴衬物的沾色程度，对色牢度评级，除耐光色牢度为八级外，其余均为五级。级数越高，表示色牢度越好。文章主要测试茜草染色棉麻织物的耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。

经上述测试结果得出：改性前，棉麻织物的耐摩擦牢度为2级，耐洗色牢度为2级，加入媒染剂之后，牢度提升为3级，而改性后，棉麻织物的耐摩擦牢度为3级，耐洗色牢度也为3级，加入媒染剂之后，色牢度可以提升至4级，通过对比改性前后的色牢度可以发现，改性后的棉麻织物的色牢度普遍强于改性之前。

3 结语

壳聚糖改性之后的棉麻织物和改性之前的棉麻织物做对比，改性之后的茜草染料的上染率优于壳聚糖改性之前，色牢度方面较之改性之前也有不同程度的提升。改性之后的织物染色和未改性加媒染剂的织物作对比，提升不是特别明显。在茜草染色的单因素实验中可以看出，茜草染液的浓度和棉麻织物的上染率成正比，浓度越高，染色效果越好。探讨温度对染色效果的影响时，发现在75 ℃时，茜草染液染棉麻织物的色深值最高，最佳工艺为：染色温度为75 ℃、染色时间为60 min、媒染剂柠檬酸0.4 g/L。改性后媒染的棉麻织物对于茜草染料的吸附最好。

未改性的棉麻织物的耐摩擦牢度和耐皂洗牢度为2级，棉麻织物经过壳聚糖改性后，其耐摩擦牢度为3级，耐皂洗牢度为3级，棉麻织物经过壳聚糖改性后，其染色的色牢度会提高1～2级。