碧根果壳色素稳定性及对蚕丝织物染色性能

李淼妍，朱周宇，苏海鸣，宁一鸣，丁 洪

（苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215021）

碧根果又名薄壳山核桃、长寿果，除了含有丰富的营养外，还具有一定的药用保健功能，逐渐受到人们的青睐，因此近年来的种植和消费量越来越大。但是目前碧根果壳主要被当成垃圾进行处理，既污染环境又浪费资源［1］。由此，人们针对碧根果综合利用的研究越来越多，包括提取抑菌、抗氧化成分，制作活性炭、提取食用色素等深加工处理［2］。

从植物原料中提取的天然色素无毒、无害、无污染，具有较好的生物可降解性，与环境有较好的相容性，具有合成染料难以比拟的优越性［3］。随着人们绿色环保意识的提高，对天然染料在纺织品上的应用研究日益增多，特别是从废弃资源中提取色素，提高纺织品的生态加工性，克服了直接从植物中提取天然色素对资源造成的破坏等问题［4］。

本实验以碧根果壳为原料提取色素，研究碧根果壳色素的稳定性以及对蚕丝织物的染色性能，以期为废弃资源再利用和新型天然色素生态染整技术的开发提供理论依据。

1 实验

1.1 材料

蚕丝针织物（单位面积质量105 g/m2，鑫缘茧丝绸集团股份有限公司），碧根果壳（市场收集，粉碎，过40 目筛），氢氧化钠、柠檬酸、柠檬酸钠（分析纯），明矾（市售工业品），皂片（标准品，上海纺织工业技术监督所）。

1.2 仪器

磁力搅拌水浴锅（巩义市予华仪器有限责任公司），TU-1900 型紫外-可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），Ultra Scan XE 型分光测色仪（美国Hunter Lab 公司），SW-12A 型水洗色牢度实验机（无锡纺织仪器厂），Y（B）902 型汗渍色牢度烘箱（温州市大荣纺织仪器有限公司），低噪振荡染样机（靖江市新旺染整设备厂），紫外光照灯箱（自制）。

1.3 实验方法

1.3.1 碧根果壳色素提取

称取粉碎后的碧根果壳细粉25 g，加入500 mL 5 g/L NaOH 溶液中，然后置于磁力搅拌水浴锅中，95 ℃提取40 min，抽滤，定容至500 mL，将其作为碧根果壳色素提取液。

1.3.2 碧根果壳色素染色

将20 mL 色素提取液和1 g/L 平平加O 混合配制染液，用柠檬酸和柠檬酸钠缓冲溶液调节至指定pH，置于低噪振荡染样机中，40 ℃投入蚕丝织物（浴比为1∶40），以1 ℃/min 升温至指定温度，恒温染色一定时间，再以3 ℃/min 降温至50 ℃，取出；80 ℃下皂洗（浴比为1∶40，中性皂片2 g/L）20 min，80 ℃热水洗（浴比为1∶40）20 min，冷水冲洗，晾干。

1.3.3 媒染实验

预媒染：配制4%的明矾媒染液，升温至60 ℃，将织物放入其中（浴比1∶40）媒染40 min，再按照1.3.2的方法进行染色。

同浴媒染：将4%的明矾媒染剂加入染液中，再按照1.3.2的方法进行染色。

后媒染：先按照1.3.2 的方法进行染色，再用4%的明矾媒染液进行媒染。

1.4 测试

酸碱稳定性：取10 mL 色素提取液，分别用不同pH 的缓冲溶液稀释至100 mL，室温下静置60 min，观察颜色变化，测定吸光度，绘制光谱曲线。

耐光稳定性：取10 mL 色素提取液，用pH 为4 的缓冲溶液稀释至50 mL，置于直径为10 cm 的培养皿中，放置于紫外光照灯箱（25 W 紫外灯下20 cm 处）中光照6 h，每隔3 h取样测定吸光度，绘制光谱曲线。

金属离子稳定性：取10 mL 2 g/L 金属离子溶液加入10 mL 色素提取液中，用pH 为4 的缓冲溶液稀释至100 mL，室温下静置60 min，观察现象，取上清液测定吸光度，绘制光谱曲线。

分光光度值：使用紫外-可见分光光度计在400～700 nm 处进行扫描，测定色素溶液的吸光度，并绘制光谱曲线。

颜色特征值：将染色织物折叠成4 层，采用分光测色仪进行测试，D65光源，10°视场，扫描范围为400～700 nm，测试4次，取平均值［5］。

色牢度：耐光色牢度：参考GB/T 8427—2008［6］《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》进行测试；耐汗渍色牢度：参考GB/T 3922—2013［7］《纺织品色牢度试验耐汗渍色牢度》进行测试；耐皂洗色牢度：参考GB/T 3921—2008［8］《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》的A（1）方法进行。

2 结果与讨论

2.1 影响碧根果壳色素稳定性的因素

2.1.1 pH

由图1 可以看出，pH 为3 时，吸光度最小，pH 为4～6 时，光谱曲线基本一致。随着pH 的增加，吸光度增大，这有可能是由酸性条件下色素的溶解度下降所引起。但是吸光度随着波长的变化趋势基本一致，说明碧根果壳色素在pH 为3～8时基本稳定。

2.1.2 光照时间

由图2 可知，随着光照时间延长，吸光度基本未下降，而在低波长处稍有增大，但增大幅度均比较小，且在光照3、6 h 时吸收光谱曲线基本一致，说明短时间的光照对碧根果壳色素的稳定性影响较小。

2.1.3 金属离子

由图3 可以看出，铝离子、镁离子以及亚铁离子对碧根果壳色素的稳定性均有影响，金属离子与色素配位结合后可能会改变其颜色，这是由于与金属离子形成配位键后，络合色素的平面性增强，增大了共轭体系［9-10］。其中，亚铁离子使色素溶液的吸光度值明显增大，表明亚铁离子对碧根果壳色素起着一定的增色作用［4］。当在溶液中加入铝离子时，吸光度值减小，色素溶液颜色变浅，且有沉淀生成，这也说明了色素与铝离子配位键的形成。

2.2 蚕丝织物染色工艺优化

2.2.1 pH

由图4 可以看出，在pH 为3～6 时，随着pH 的增大，染色织物的K/S值下降；pH 为3时，K/S值最大。

碧根果壳色素中主要是多酚类化合物，分子中含有酚羟基，在水溶液中呈弱负电性，而蚕丝纤维是两性蛋白质纤维，具有等电点，在等电点以下时，纤维表面呈正电性，可以通过静电引力吸附色素，进而提高上染率。因此碧根果壳色素染色蚕丝织物的pH可以选择3。

2.2.2 染色温度

由图5 可以看出，随着染色温度的升高，染色织物的K/S值略增大；95 ℃时，K/S值最大。这是因为温度升高，纤维膨胀体积增大，染料分子聚集度降低，平均动能增大，染料更容易进入纤维内部［11］。因此，蚕丝织物的染色温度选择90～95 ℃。

2.2.3 染色时间

由图6 可以看出，随着染色时间的延长，染色织物的K/S值逐渐增大，但是趋势并不明显。因此蚕丝织物的染色时间可以选择40～60 min。

2.2.4 媒染

由图7 和表1 可以看出，以明矾作为媒染剂，媒染方法对染色织物的K/S值有一定的影响。其中，预媒染的K/S值最大，同浴媒染的K/S值最小。这是由于预媒染后金属离子通过配位键与蚕丝纤维进行结合，从而为碧根果壳色素的上染提供了新的染座，在染色时，色素分子可以通过配位键上染纤维，进而提升了上染率；在同浴媒染工艺中，一部分金属离子和色素分子有可能在染浴中发生配位反应而形成络合染料，造成染料分子增大、溶解度下降，甚至产生沉淀，这将不利于碧根果壳色素对纤维的上染，最终使得色量下降［12］。

此外，由表1 可以看出，媒染后织物的彩度下降，说明金属离子络合后，色素会变得萎暗，鲜艳度下降；媒染后色相角稍有变化，但是影响不大。

表1 媒染工艺对蚕丝织物K/S 值和颜色特征值的影响

由表2可知，直接染色织物的耐汗渍色牢度较好，但耐皂洗色牢度和耐光色牢度较差；媒染处理能在一定程度上提升染色织物的色牢度，这是由于媒染后金属离子可以与色素分子和纤维大分子形成配位键结合，提升色素的稳定性，提高色素与纤维之间的作用力。从媒染方法看，同浴媒染对织物色牢度的提升作用最明显，经过同浴媒染后织物的耐皂洗色牢度、耐汗渍色牢度均大于等于3～4 级，这是由于同浴媒染工艺中色素与金属离子的配位反应最充分。但耐光色牢度仍然只有2～3级，还有待进一步研究改善。

表2 媒染工艺对蚕丝织物色牢度的影响

3 结论

（1）碧根果壳色素具有较好的耐酸碱稳定性和耐光稳定性，金属离子可以通过络合反应改变碧根果壳色素的颜色。

（2）碧根果壳色素对蚕丝织物的染色优化工艺：温度90～95 ℃，时间40～60 min，pH 为3。

（3）媒染处理可以改善碧根果壳色素的染色性能，经过媒染后织物的鲜艳度下降；预媒染有利于提高染色的得色量，同浴媒染对织物的色牢度提升效果比较好。