天然红茶染料的提取及在桑蚕丝织物上的染色

沈艺丹，汝吉东

（常熟理工学院 纺织服装与设计学院，江苏 常熟 215500）

草木染具有深厚的历史文化底蕴和鲜明的民族特色，红茶经过百年的滥觞精进、纵横开阖，屡次代表中国茶叶走向世界[1]，并且红茶中的茶色素具有抗氧化、抗菌、抗病毒等功效[2]，将天然红茶作为染料运用于草木染技术中，不仅是对中国传统工艺技术的传承，也开拓了红茶在服装产业的应用方向。

桑蚕丝具有优良的染色性能，对酸、中、碱性染料都能上染[3]。针对桑蚕丝织物对天然染料染色的色牢度低、抗紫外效果差等问题，通常使用媒染剂改善，但媒染剂会污染环境，所以选用天然单宁酸媒染剂。本研究主要探讨天然红茶染料的提取和对桑蚕丝织物的上染及其染色牢度等情况[4]，为实现天然红茶染料提取和染色过程的天然环保化提供参考[5]。

1 红茶天然色素的提取

1.1 材料、试剂与仪器

材料：红茶、去离子水；试剂：无水乙醇、稀盐酸、氢氧化钠；仪器：SYC-2A双功能水浴恒温振荡器、PHS-3C pH计、FA2104电子天平、DHG-9070A电热鼓风恒温干燥箱、SHZ-D循环水式真空汞、紫外-可见分光光度计。

1.2 试验方法

1.2.1 红茶染料的提取

本试验采用金骏眉作为天然染料，采用无水乙醇提取法提取色素。取1 g天然红茶磨成小颗粒，按相应料液比加入适量无水乙醇，将恒温振荡器设定成相应温度、时间进行提取，静置、冷却、过滤。采用单因素试验法，分别考察料液比、提取温度、无水乙醇质量分数和提取时间对色素提取率的影响。

1.2.2 最大吸收波长与色素含量测定

稀释100倍提取液，去离子水作空白参比，扫描200～800 nm波长得到吸收光谱，如图1所示，色素在278 nm处的吸光度最大。取红茶浸提液2 mL，在100 mL定容瓶内稀释定容后，于最大吸收波长处测定吸光度，以测定浸提液中的色素含量。

图1 红茶提取液吸收光谱曲线

1.3 结果与讨论

1.3.1 料液比

在试验时间40 min、试验温度60 ℃、无水乙醇质量分数60%的条件下，保持40 V匀速振荡，将料液比分别设置为1∶5、1∶10、1∶20、1∶50，考察料液比对吸光度的影响，结果如图2所示。由图2可知，红茶提取液的吸光度随着料液比的减小先升后降，料液比为1∶20时提取效果最佳。

图2 料液比对吸光度的影响

1.3.2 无水乙醇质量分数

在试验时间40 min、试验温度60 ℃、料液比1∶20的条件下，保持40 V匀速振荡，将无水乙醇质量分数分别设置为40%、50%、60%、70%，考察无水乙醇质量分数对红茶色素吸光度的影响，结果如图3所示。由图3可知，无水乙醇质量分数在60%时提取效果较佳，当水与有机溶剂处于合理配比时，可使红茶色素极大程度地溶出。

图3 无水乙醇质量分数对吸光度的影响

1.3.3 试验温度与时间

在试验时间40 min、无水乙醇质量分数60%、料液比1∶20的条件下，保持40 V匀速振荡，将试验温度分别设置为60、70、80、90 ℃，考察试验温度对红茶色素吸光度的影响；在料液比1∶20、试验温度60 ℃、无水乙醇质量分数60%的条件下，保持40 V匀速振荡，将试验时间分别设置为40、60、80、100 min，考察试验时间对红茶色素吸光度的影响。根据结果可知，天然红茶色素的吸光度随着试验时间的延长而升高，并且在80 min时达到最大；提取效果随着温度的升高先增后减，提取温度为90 ℃时最优。

2 红茶染料对桑蚕丝织物染色

2.1 材料、试剂与仪器

材料：蚕丝、红茶、去离子水；试剂：单宁酸、无水乙醇、无水碳酸钠；仪器：SYC-2A双功能水浴恒温振荡器、PHS-3C pH计、SW-12J耐洗色牢度试验机、Y571A耐摩擦色牢度测试仪、DHG-9070A电热鼓风恒温干燥箱、SHZ-D循环水式真空汞。

2.2 试验方法

2.2.1 桑蚕丝织物的处理与染液提取

首先，在室温下进行15 min预处理，按照1∶50的料液比，加入1.2 g/L的无水碳酸钠；其次，在沸煮（98～100 ℃）情况下煮练90 min，随后用50 ℃温水浸泡10 min；最后，在室温下用冷水洗净，晾干，并且在最优提取条件下提取染液备用。

2.2.2 媒染

采用前媒染法，选用单宁酸作为媒染剂。具体如下：先将处理好的桑蚕丝织物浸泡在单宁酸媒染剂溶液中，并于45 ℃水浴中处理45 min，取出样布再投入红茶提取液（料液比1∶40）中，15 min内将染液升温至90 ℃，染色60 min，皂煮，冷水洗，烘干。

2.2.3 正交试验

对已经过上述处理的桑蚕丝织物进行染色。先将桑蚕丝织物洗净挤干水分，取织物1 g在室温下入染，按照所需温度、pH、单宁酸媒染剂用量这3个因素进行3水平染色正交试验，水洗后晾干，测定其上染率，以此评定和比较各组试验织物的上染情况，并探讨各个因素对桑蚕丝织物染色效果的影响，确定最佳染色条件。

2.3 性能测试

分别依照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》、GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》等文件进行耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度测试和色牢度的评级。

2.4 结果与讨论

2.4.1 正交试验分析

由表1可知，影响因素由大到小依次为温度、pH、单宁酸用量。考虑到天然色素的成分复杂，温度过高易导致染料分解变质，染色温度定为90～100 ℃，试验中为了操作方便采用沸染。染色最优工艺条件为沸煮、单宁酸5.0 g/L、弱酸pH=5、染色60 min。

表1 3因素3水平染色正交试验

2.4.2 前媒染法的染色性能

针对经过上述优化工艺处理的桑蚕丝织物与未处理织物进行上染率和色牢度对比，由试验结果可知，经过前媒染染色后的织物耐皂洗沾色和耐皂洗变色都有一定程度的改善，耐摩擦色牢度和耐日晒色牢度良好，并且织物的上染率有所提高。

3 结论

（1）天然红茶的最佳提取工艺：料液比1∶20、无水乙醇质量分数60%、试验时间80 min、试验温度90 ℃。

（2）红茶上染桑蚕丝的最佳工艺（前媒染法）：单宁酸用量5.0 g/L、pH=5、温度100 ℃。

（3）天然单宁酸媒染剂对环境无污染且改善了上染效果，为天然染料在织物中的染色提供了环保帮助，并且通过上述最佳提取和染色工艺处理后，桑蚕丝织物的上染率、耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度都有了明显提升。