黑豆皮色素对羊毛织物的染色工艺

赵 宽，侯秀良,李建红

(1.江阴职业技术学院 环境与材料工程系，江苏 江阴 214400；2.生态纺织教育部重点实验室(江南大学)，江苏 无锡 214122；3.广东省东莞市德绒羊绒制品有限公司，广东 东莞 523770)

天然染料绿色环保，对人体无毒无害，具有很好的生物降解性和环境相容性，是一种可持续的生物资源，有着悠久的使用历史[1-2]。黑豆皮主要成分为飞燕草素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-半乳糖苷，其色泽鲜艳、着色自然，还具有抗氧化、抗菌等多种保健生理功能[3-5]。

黑豆皮色素在纺织品染色方面的研究，目前还比较少，在丝织物[6-7]和棉织物[8]以及少量的羊毛织物[9]上有所研究。本文利用控制变量法[10-11]探究黑豆皮色素在羊毛织物上的最佳染色工艺，并对染色织物进行色牢度、抗菌性、抗紫外线性能等进行检测，以期开发其应用价值，为产业化提供理论基础。

1 试 验

1.1 试验材料和仪器

试验材料：全毛华达呢坯布,纱线线密度58 Nm/2、经密402 根/(10 cm)、纬密225 根/(10 cm)、面密度237 g/m2,无锡协新毛纺织有限公司。

药品：黑豆皮色素(陕西昊辰生物科技有限公司)，硫酸铝钾、硫酸亚铁、醋酸和碳酸氢钠(分析纯，国药控股化学试剂有限公司)。

仪器：EL-204电子天平、ME3002E天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司)，AHIBA染色机(瑞士Datacolor公司)，CI7800电脑测配色仪(上海罗中科技有限公司)，SW-12AⅡ型耐洗色牢度试验机(温州大荣纺织标准仪器厂)，YG(B)912E型纺织品防紫外性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)。

1.2 染色工艺

直接染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸调节pH值为4，室温下投入羊毛织物，1.5 ℃/min升温至90 ℃，保温90 min，取出，冷水洗，热水洗，皂洗，冷水冲洗，晾干。

预媒染色：媒染剂3%(owf)，浴比1∶100，室温下投入羊毛织物，1.5 ℃/min升温至60 ℃，保温40 min，降至室温，加入黑豆皮色素6%(owf)，醋酸调节pH值为4，1.5 ℃/min升温至90 ℃，保温90 min，取出，冷水洗，热水洗，皂洗，冷水冲洗，晾干。

同媒染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸调节pH值为4，加入媒染剂3%(owf)，1.5 ℃/min升温至90 ℃，保温90 min，取出，冷水洗，热水洗，皂洗，冷水冲洗，晾干。

后媒染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸调节pH值为4，室温下投入羊毛织物，1.5 ℃/min升温至90 ℃，保温90 min，降至室温，加入媒染剂3%(owf)，1.5 ℃/min升温至60 ℃，保温40 min，取出，冷水洗，热水洗，皂洗，冷水冲洗，晾干。

1.3 性能测试

1.3.1K/S值测定

用CI7800电脑测配色仪测定染色织物K/S值、明度值L*、红绿色彩指数a*、黄蓝色彩指数b*，每块染色织物取不同部位测3次，取平均值。

1.3.2 染色牢度测试

耐皂洗色牢度依据GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》测试，耐日晒色牢度参照GB/T 8427—2019《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》测试。

1.3.3 抗菌性能测试

抗菌性能委托国家纺织品服装服饰产品质量监督检验中心(广州)依据GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：震荡法》测试。将染色织物分为2份，将其中1份样布利用织物水洗色牢度的水洗方法进行3次水洗，另1份不做任何处理。将2块织物作为试样，并取未染色的羊毛坯布作为对照样。

1.3.4 抗紫外线性能测试

抗紫外线性能依据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 染色工艺对染色效果的影响

2.1.1 直接染色和媒染染色对染色效果的影响

将羊毛织物分别采取直接染色、硫酸铝钾预媒染色和硫酸亚铁预媒染色3种染色工艺进行染色，通过观察染色后水洗残液以及染色织物表观颜色，对比直接染色和媒染染色对染色效果的影响。

根据实验结果发现，采取直接染色得到的染色织物表观颜色呈现浅紫色，并且在染色后经过多次洗涤残液中仍然有紫色色素，说明直接染色后染色织物的色牢度比较差。采用媒染染色获得的染色织物表观颜色比直接染色的染色织物颜色明显深很多，经过反复洗涤颜色也未发生变化，说明媒染剂明显提升了黑豆皮色素的上染百分率和色牢度。同时，使用硫酸亚铁作为媒染剂时染色织物的颜色最深。

2.1.2 媒染方式对染色效果的影响

以硫酸亚铁为媒染剂，采取预媒染色、同媒染色和后媒染色3种方式进行染色，染色织物K/S值和颜色特征值测试结果见表1。

表1 媒染方式对染色效果的影响

从表1可以看出，在3种媒染染色方法中，预媒染色织物颜色最深，同媒染色颜色最浅，这主要是媒染剂硫酸亚铁与黑豆皮色素同浴时，在染液中先形成部分的络合物吸附在羊毛纤维表面，影响了黑豆皮色素继续向羊毛纤维内部扩散[12]，导致上染百分率下降，颜色偏浅。同时，媒染方式对色光也有所影响，预媒染色和后媒染色织物色光偏黄红，同媒染色织物色光偏绿，主要是由于媒染剂、黑豆皮色素、羊毛纤维结合的顺序不同，氢键、范德华力、离子键等结合力的顺序也不同[13]，造成色光的偏差。

2.2 预媒染色工艺因素的影响

2.2.1 黑豆皮色素用量对染色效果的影响

采用硫酸亚铁预媒染色，黑豆皮色素用量分别为3%、6%、9%、12%(owf)，染色织物的K/S值和颜色特征值见表2。

表2 黑豆皮色素用量对染色效果的影响

由表2分析得出，随着黑豆皮色素用量的增加，染色织物的K/S值越来越大，但是当用量为9%(owf)时，K/S值最大，继续提高用量，K/S值反而略有下降，这主要是因为羊毛纤维上的染座数量有限，染料上染会有一个饱和值，达到饱和值后，再增加染料用量反而造成染料聚集在染液中而不上染到纤维上[14]。

2.2.2 pH值对染色效果的影响

采用硫酸亚铁预媒染，黑豆皮色素用量为9%(owf)，染液pH值分别为3、4、5，染色织物K/S值和颜色特征值见表3。

表3 pH值对染色效果的影响

由表3可知，当黑豆皮染液的pH值为4时，羊毛染色织物的K/S值最大。而且随着染液pH值的变化，a*值和b*值都显现规律性下降趋势，从鲜艳透亮的红黄色系变成了暗沉的蓝绿色系。尤其是当pH值从3到4时，a*值从8.27下降到3.22，说明染液pH值对黑豆皮色素的红光影响很明显。

综上，黑豆皮色素最佳染色工艺为采用硫酸亚铁预媒染，黑豆皮色素用量为9%(owf)，染液pH值为4。

2.3 染色织物性能测试

2.3.1 染色牢度测试

采用硫酸亚铁预媒染，黑豆皮色素用量为9%(owf)，染液pH值为4，染色织物的色牢度见表4。可知，染色织物的耐皂洗色牢度和耐人造光色牢度均符合国家标准要求。

表4 染色织物的色牢度

2.3.2 抗菌性能测试

采用硫酸亚铁预媒染，黑豆皮色素用量为9%(owf)，染液pH值为4，染色织物的抗菌性能测试数据见表5。

表5 染色织物的抑菌率

由表5可知，染色织物虽然对白色念珠菌的抗菌效果不好，染色后只有10%的抑菌率，水洗3次后更是失去了对白色念珠菌的抑菌性，但是对大肠杆菌的抑菌率达到了75%以上，对金黄色葡萄球菌的抑菌率更是大于99%，在水洗3次后其抑菌性几乎没有变化，说明其具有较好的抗菌性，究其原因，是因为黑豆皮色素中含有大量的花色苷，花色苷是一种黄酮类化合物，是一种天然抗菌物质，已与羊毛纤维结合，使织物具有了抗菌性能。

2.3.3 抗紫外线性能测试

采用硫酸亚铁预媒染，黑豆皮色素用量为9%(owf)，染液pH值为4，染色织物的抗紫外线性能测试数据见表6。

表6 染色织物的抗紫外性能

由表6可以看出，染色后织物紫外线防护系数有了很大提高；另外，对长波的阻拦提高了10倍左右，对短波的阻拦也有改善，综合抗紫外线性能有了显著提升。说明黑豆皮色素具有天然的抗紫外线性能，染色织物可用作抗紫外线的服用面料。

3 结 论

使用黑豆皮色素对羊毛织物进行染色，在直接染色、硫酸亚铁预媒染、硫酸铝预媒染3种方式中，经直接观察得出硫酸亚铁预媒染上染百分率最高。利用控制变量法，调整媒染方式、染料用量、染色pH值这3个主要变量，通过测试K/S值，得出最佳染色工艺为：硫酸亚铁预媒染染色工艺，染色浴比1∶100，染色温度60 ℃，预媒染时间40 min，硫酸亚铁用量为3%(owf)，黑豆皮色素用量为9%(owf)，pH值为4，染色温度90 ℃，染色时间90 min。

在最佳染色工艺条件下获得的染色织物，耐皂洗色牢度和耐人造光色牢度符合国家标准，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有良好的抑制作用，抗紫外线性能有显著的提升。