板栗壳色素对牛奶纤维和棉纤维同色性染色研究

许志忠，苏 北

(河南工程学院 化工与印染工程学院，河南 郑州 450007)

板栗壳色素属于黄酮类物质，具有良好的水溶性、耐光性和热稳定性，显略带金属光泽的棕色，可用于纺织品着色，具有较好的使用前景[1]。用板栗壳天然色素对牛奶纤维和棉纤维混纺织物染色，可得到人们喜爱的天然棕色。牛奶纤维和棉纤维混纺使织物具备两者优点，既实用又环保，符合时代发展趋势，但两种纤维的染色性能不一样，会导致混纺织物同浴染色出现色差。因此，研究染色工艺条件对同色性的影响，可为牛奶纤维和棉纤维混纺织物的染整加工提供一定借鉴。

1 试验部分

1.1 材料及仪器

纤维：牛奶纤维，白度为82%，上海正家牛奶丝有限公司；棉纤维，白度为81%，泉州金棉纤维制品有限公司。

试剂：氯化钠、冰乙酸，分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司；壳聚糖，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；皂粉，工业品，广东立白企业集团有限公司；板栗壳，市售，工厂下脚料。

仪器：BSM2204型电子天平，精度为0.1 mg，上海卓精电子科技有限公司；HH-ZK4型恒温水浴锅，巩义市予华仪器有限责任公司；Color-Eye 7000A型电脑测色仪，美国X-Rite公司；SW-12A型耐皂洗色牢度测试机，温州方圆仪器有限公司；Y571N型耐摩擦牢度测试仪，温州方圆仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1板栗壳色素提取

将40 g板栗壳粉末(经过打磨机粉碎制成)放入1 000 mL烧杯中，并加入400 mL蒸馏水，放在红外加热炉上加热至沸腾，加热期间用玻璃棒适当搅动，使板栗壳粉末充分受热以利于色素提取，保温60 min，趁热过滤，将冷却滤液放入容量瓶中并补加蒸馏水至500 mL，贮存备用。

1.2.2棉纤维改性

由于板栗壳色素对棉纤维上染率较低，染色情况较差，故对棉纤维进行改性处理，使其带有阳离子以提高上染率。壳聚糖改性棉纤维工艺如下：浴比1∶50，改性液中乙酸质量分数5%，壳聚糖质量浓度0～8.0 g/L，改性温度80 ℃，改性时间40 min。改性过程需要先将乙酸配制好，再将壳聚糖加入其中充分搅拌直至完全溶解，放入棉纤维进行改性，水洗后于80 ℃烘干备用。

1.2.3牛奶纤维和棉纤维同浴染色

(1)染色工艺条件

在设计的同浴染色工艺条件下，对牛奶纤维和改性前后的棉纤维进行同浴染色。染色工艺条件如下：纤维0.8 g(0.4 g牛奶纤维和0.4 g改性棉纤维)，板栗壳色素质量分数60%(即取板栗壳色素提取液24 mL)，氯化钠质量浓度40 g/L，浴比1∶50，染色温度80 ℃，染色时间60 min。

(2)试验步骤

称量：天平准确称量漂白后的牛奶纤维和棉纤维各0.4 g。

配制染液：按试验处方计算所需染液(即板栗壳色素提取液)和氯化钠用量，在染杯中加入计量好的板栗壳色素提取液，补充所需要的蒸馏水。

浸染染色：将牛奶纤维和棉纤维用蒸馏水润湿后挤干，投入染液中开始染色。将染杯置于恒温水浴锅中升温至80 ℃，在此温度下染15 min后加入一半准备好的氯化钠，续染15 min后加入剩余的氯化钠，再续染30 min，保持搅拌防止染色不匀。

染色完成：将温度降至50 ℃，用夹子把纤维夹出用冷水洗，晾干后比较纤维的染色情况。

1.3 测试方法

1.3.1表面色度值测试

试样的表观色深K/S值、明亮度值(黑白)L*、红绿色轴值a*、黄蓝色轴值b*和色差ΔE在Color-Eye 7000A型电脑测色仪上测定，采用D65光源和10°观察角[2]。

1.3.2牢度测定

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》[3]要求，用SW-12A型耐皂洗色牢度测试机进行测定。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》[4]要求，用Y571N型耐摩擦色牢度测试仪进行测定。

2 结果与讨论

2.1 牛奶纤维和棉纤维同浴染色

板栗壳色素染牛奶纤维和棉纤维的颜色特征值和色差是在最大吸收波长470 nm下测得的，如表1所示。

表1 两种纤维同浴染色的颜色特征值及色差Tab.1 Color characteristic value and color difference value of two fibers dyed in one bath

由表1可知，在设定的工艺条件下同浴染色所得两种纤维的颜色特征值和色差较大，牛奶纤维着色较好，棉纤维的K/S值较小，说明牛奶纤维的上染率高于棉纤维。这是因为棉纤维与板栗壳色素带有同号电荷，两者之间存在斥力作用，导致板栗壳色素对棉纤维上染率低。

2.2 壳聚糖浓度对染色棉纤维K/S值的影响

壳聚糖对棉纤维进行改性常用的工艺有浸轧和浸渍两种，分别适用于织物和散纤维。本研究采用适合棉散纤维的浸渍工艺。文献[5-7]的选取条件为浴比1∶50、改性液中乙酸质量分数5%、改性温度80 ℃、改性时间40 min，此工艺仅重点对壳聚糖质量浓度变化的影响因素进行研究，选取的壳聚糖质量浓度分别为0 g/L、0.5 g/L、1.0 g/L、2.0 g/L、4.0 g/L、8.0 g/L，选取0 g/L是为了消除乙酸处理对结果的影响。板栗壳色素染棉纤维的K/S值是在最大波长470 nm下测得的，如表2所示。

表2 壳聚糖浓度变化对染色棉纤维K/S值的影响Tab.2 Effect of chitosan concentration on K/S value of dyed cotton fibers

由表2可知，当壳聚糖质量浓度为0～2.0 g/L时，随着壳聚糖浓度的增大，K/S值增大。这是因为随着壳聚糖浓度的提高，改性后与棉纤维结合的壳聚糖量增大，从而降低了棉纤维的负电性，染色时板栗壳色素与棉纤维之间的斥力作用减少，板栗壳色素对棉纤维的上染率提高。当壳聚糖质量浓度为2.0～8.0 g/L时，随着壳聚糖浓度的增大，K/S值变化不大。从生产经济性出发，选取壳聚糖质量浓度为2.0 g/L。

2.3 牛奶纤维和壳聚糖改性棉纤维同浴染色

板栗壳色素染牛奶纤维和改性棉纤维的颜色特征值和色差都是在最大吸收波长470 nm下测得的，如表3所示。

表3 牛奶纤维和改性棉纤维同浴染色的颜色特征值及色差Tab.3 Color characteristic value and color difference value of milk fibers and modified cotton fibers

由表3可知，板栗壳色素对改性后棉纤维的染色效果较好。对比表1可知，改性后棉纤维对色素的吸附量显著提升，同浴染色棉纤维的K/S值较大，牛奶纤维的K/S值有所减少，色差约为2，同色性较好。采用壳聚糖对棉纤维进行改性，棉纤维能够与壳聚糖发生反应，并且在表面引入季铵盐正离子，板栗壳色素和改性后棉纤维表面的季铵盐离子因库仑力相吸引，会有更多色素吸附在棉纤维表面，进而提升了色素的上染率[8]。

表4 耐皂洗色牢度与耐摩擦色牢度Tab.4 Color fastness to soaping and rubbing

2.4 耐皂洗色牢度与耐摩擦色牢度

牛奶纤维及改性棉纤维染色后的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度结果见表4。由表4可知，在同浴染色条件下，所染的牛奶纤维和改性棉纤维有较好的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。

3 结论

(1)确定壳聚糖改性棉纤维的工艺为浴比1∶50、乙酸质量分数5%、壳聚糖质量浓度2.0 g/L、改性温度80 ℃、改性时间40 min，此时K/S值较大。

(2)在同浴条件下，用板栗壳色素对两种纤维进行染色，牛奶纤维着色较好，棉纤维着色较差，同色性较差。

(3)棉纤维经过壳聚糖改性处理后，板栗壳色素对棉纤维的上染情况改善，同浴染色后，K/S值相比未改性棉纤维显著增大，其他颜色特征数据也接近牛奶纤维，色差约为2，取得了较好的同色性，且有较好的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。