石榴皮染料提取及对棉织物的染色应用

武利利,刘秋果,吕佳宁,刘佩佳,徐珍珍,许文莉,康慧琪

(河南科技学院,河南 新乡 453003)

植物染料来自大自然,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,具有一定市场前景。天然植物染料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。经石榴皮色素提取液染色的毛织物和丝织物,还具有防紫外线性能[1-2]。为了得到理想的石榴皮染色效果,通过改进石榴皮色素提取工艺和织物染色工艺,选用不同的溶液提取色素和不同的媒染方法[3-4],在一定程度上提升了染色织物的色泽和耐用牢度[5-6]。

棉织物因棉纤维纤细,手感柔软舒适,吸湿性较好,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。以天然石榴皮为原料,用20%的乙醇提取染料,研究不同pH 值和媒染剂对棉织物染色性能的影响。

1 石榴皮染料的提取及染色试验

1.1 材料与仪器

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

仪器:752N 紫外分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司);FW200高速万能粉碎机(北京中兴伟业仪器有限公司);恒温水浴锅(北京永光明医疗仪器厂);电子天平(上海精天电子仪器有限公司);YG909纺织品防紫外线测试仪(温州方圆仪器有限公司);MAX 光谱测色仪(深圳三恩驰科技有限公司)。

1.2 石榴皮色素的提取及染色

将石榴皮用粉碎机粉化,然后和20%乙醇按照25 g/L制备混合溶液,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。

染色方法采用后媒法,按浴比1∶100,染液pH 值用NaOH 和盐酸调节,在不同染浴pH 值(4～5、7、8～9)条件下,在70 ℃恒温水浴锅中直接染色70 min,按照0.5 g/L 加入蓝矾、明矾、绿矾不同媒染剂,再染色20 min,取出水洗烘干。

1.3 测试指标

(1)颜色特征值

在三恩驰MAX 光谱测色仪上测定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 值表示了染色深度,该值越大则颜色越深[7-8]。

(2)吸光度

利用752N 紫外分光光度计测定石榴皮提取液的吸光度。

(3)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》中A(1)法测定棉布试样的变色和沾色。

(4)防紫外线特征

在YG909-II纺织品防紫外线测试仪上,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 不同pH值对石榴皮提取液吸光度影响

在3种不同pH 值下,20%乙醇溶液,恒温60 ℃,时间40 min,提取石榴皮色素,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,从图中可以看出在300 nm 波段,20%乙醇提取液pH 值4～5时出现最大值。在3种不同pH 值条件下,在紫外光区400 nm 以内的吸光度均表现出了较好的吸收能力,说明具有一定的防紫外线功能。

图1 不同pH 值石榴皮提取液吸光度曲线

采用后媒染法对棉织物进行染色,在测色仪采用D65光源、10°角度、波长400 nm 条件下,测定染色织物颜色特征值L*、a*、b*、c*、h°及K/S 值,不同媒染剂条件下棉织物的颜色特征值见表1。由表1颜色特征数值分析可知,在pH 值为7 和8～9时,即中性和碱性条件下,媒染剂为明矾,L*值最大,染出棉织物明度最大,颜色最亮,在3种pH 值中蓝矾媒染条件下的b*、c*值均为最大,说明了3种媒染剂中蓝矾对石榴皮色素染棉布有较好的媒染效果[9-10]。

表1 不同pH 值下染色棉织物的颜色特征值

2.2 不同媒染剂对石榴皮色素染色棉织物的影响

对石榴皮色素提取液,利用蓝矾、明矾、绿矾3种不同种类的媒染剂,采用后媒染法对棉织物进行染色,在不同媒染剂条件下的K/S 值如图2所示。K/S 值在颜色特征值里面代表了染色深度,其数值越大,染色越深,从图中可知蓝矾的染色深度最大,绿矾次之,明矾最小[11]。

在不同pH 值绿矾媒染剂条件下,由表2可看出颜色色相不再是明显的黄色色相,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络合物结构,使色相发生了变化[12]。从图2和表2综合来看,虽然绿矾的K/S 值大于明矾,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中性条件下明矾和绿矾染色深度基本一致,作为媒染剂与绿矾相比明矾更适合作为石榴皮染料的黄色系染色[13-14]。

表2 不同媒染剂染色效果

图2 不同媒染剂下染色棉织物的K/S 值

2.3 石榴皮色素染色棉布的耐皂洗色牢度

表3为石榴皮染料染色棉织物的耐皂洗色牢度测试结果。由表3 可以看出,在3 种不同媒染剂、不同pH 值条件下棉织物的沾色均在4 级及以上,效果较好。在蓝矾媒染条件下,其变色牢度主要在3～4级,具有一定的可使用性。在明矾媒染剂条件下,随着pH值升高,染液由酸性到中性,再变化为碱性,其变色牢度逐渐变好。

表3 耐皂洗色牢度测试结果

3 石榴皮色素在手工扎蜡染中的设计应用

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,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,染色效果如图3所示。

图3 石榴皮染液在棉布扎蜡染应用中的效果图

4 结论

(1)用石榴皮染色棉织物,在pH 值为7 和8～9时,即中性和碱性条件下,媒染剂为明矾,L*值最大,染出棉织物的颜色明度最大。在蓝矾媒染条件下的b*、c*值均为最大,染色后的棉布黄色效果为最好,明矾、蓝矾、绿矾3种媒染剂中蓝矾对石榴皮染棉布有较好的媒染效果。绿矾的K/S 值大于明矾,染色深度低于蓝矾,但由于色相发生了变化,呈现棕褐色,不适用于黄色系的染色。在pH 值为7时明矾和绿矾染色深度基本一致,明矾为媒染剂更适合作为石榴皮染料的黄色系染色。

(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,其变色牢度主要在3～4级,具有较好的可使用性。在明矾媒染剂条件下,随着pH 值升高,其变色牢度逐渐变好。