天然染料花生皮色素对毛条的染色工艺探讨

王 晓,聂振川,王子涵,刘刚中,王 娟

(1.烟台南山学院 纺织与服装学院,山东 烟台 265706;2.山东南山智尚科技股份有限公司,山东 烟台 265706)

花生皮作为农副产物,每年产量74万余吨,花生皮为红棕色膜,其主要成分为水分、灰分、脂肪、蛋白质、纤维、单宁及各种色素,具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、抑制肿瘤及止血消肿等功效[1-2]。花生皮色素是从花生皮中提取的天然着色剂,粗品提取率可高达29.22%,花生皮染料中酚类化合物以原花青素为主,其次为黄酮类化合物,另外还有花色苷、黄酮、二氢黄酮等,耐光、耐氧化、耐酸碱,染色性能好。

将花生皮作为天然染料的来源应用到纤维上较少,曹志强等研究了花生皮天然染料在羊毛织物上的染色,发现同媒染色后织物耐干湿色牢度均有所提高,且织物颜色与直接染色相比差别较大[3]。Pandey等研究了花生皮染料在羊毛、蚕丝及棉织物上的染色,染色织物具有良好的牢度性能、防紫外线和亲肤性,得出花生皮这一农业副产物在纺织品染色上的应用具有可行性。但现有技术中只是利用花生皮色素对羊毛织物染色进行了一些探讨,还不能满足实际生产的需要[4-5]。对毛条染色方法的研究较少,通过试验探讨不同因素对毛条染色效果的影响,并对色牢度和强力进行测试,确定最佳染色工艺。

1 花生皮色素对毛条的染色工艺

1.1 材料、试剂与仪器

洗净毛条(12.5 tex),花生皮。

硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁、甲酸、明矾、烧碱(氢氧化钠)、无水碳酸钠、皂片、固色剂TS-102。

Y571B型摩擦色牢度仪(宁波纺织仪器厂),SW-24D 耐洗色牢度试验机(宁波纺织仪器厂),YG004E型电子单纤维强力仪(宁波纺织仪器厂),UV-2000 紫外可见光分光光度计(杭州哈析仪器仪表有限公司),721型光谱仪,数显恒温水浴锅,EL602 电子秤,Y801 N 型恒温八篮烘箱,EL20 型实验室p H 计,RE-501型旋转蒸发仪(上海科兴仪器有限公司)。

1.2 花生皮色素提取

花生皮色素制备流程如下[1,6]:取花生皮→烘干→研磨→提取→离心(时间为10 min,转速为1 000 r/min)→过滤→蒸发→冷却→计算粗品提取率。

提取工艺条件为乙醇浓度60%、料液比1∶30、温度40 ℃、时间60 min。花生皮染料粗品提取率可达29.22%。

1.3 花生皮色素对毛条的染色工艺

采用同媒法上染毛条,将染料和媒染剂明矾同时加入到染浴中,升温至90 ℃,保温一定时间,同时进行媒染处理,染色后进行固色,热水冲洗,最后冷水冲洗并烘干[7]。染色工艺曲线如图1所示。

图1 同媒法染色工艺曲线

1.4 K/S 值测试

采用美国Datacolor SF-600电脑测色仪在D65光源下,以10°为视角100%紫外过滤和全反射的条件下测试,每个样品测试8次,求均值[11]。

2 花生皮色素对毛条的染色结果分析

对影响花生皮色素上染毛条染色效果的因素(p H值、染料用量、染色温度、染色时间),通过单因素试验进行讨论,寻求上染较佳工艺[8]。

2.1 p H值对染色效果的影响

以花生皮染料为染液,设定染料用量12%(owf)、染色温度90℃、保温时间80 min,在p H 值范围为4～8内进行试验,p H 值对花生皮色素上染效果的影响见表1。

表1 p H 值对毛条上染效果的影响

从表1可看出,K/S值随p H 值的增加先增大后减小,在p H 值为6左右时最高。p H 值过大,纤维难与染料结合,得色下降且纤维损伤也会增加,可选择p H 值为6.0进行实践。

2.2 染料用量对染色效果的影响

染料上染量取决于纤维中能与花生皮色素化学分子反应的基团[9]。以花生皮染料为染液,设定染色温度90 ℃、保温时间80 min、p H 值6.0,采用染料用量2%(o wf)～16%(owf)、分度值为2进行试验,染料用量对毛条上染效果的影响见表2。

表2 染料用量对毛条上染效果的影响

由表2 可看出,随花生皮染料用量的增加,纤维K/S值增加,当花生皮染料用量增加到4%左右时,K/S值增加速率最快,花生皮染料用量继续增加,K/S值增加速率放缓,花生皮染料用量为6%(o wf)到12%(owf)之间的K/S值基本匀速增加,且在染料用量为12%(owf)左右时达到最大,用量继续增加,K/S值基本不变[10]。因此染料用量为12%(owf)时染色效果最佳,毛条的上染效果最好。

2.3 染色温度对染色效果的影响

以花生皮染料为染液,设定染料用量12%(owf)、保温时间80 min、p H 值6.0,采用染色温度60～95℃、分度值为5 ℃进行试验,染色温度对花生皮色素上染效果的影响见表3。

表3 染色温度对毛条上染效果的影响

由表3可见,随温度增加K/S值也增加,当温度超过90 ℃后,K/S值升高并不明显,而且温度越高对纤维的损伤也越大,因此最佳上染温度确定为90 ℃。

2.4 保温时间对染色效果的影响

以花生皮染料为染液,设定染料用量12%(owf)、染色温度90 ℃、p H 值6.0,保温时间对花生皮色素上染效果的影响见表4。

表4 保温时间对毛条上染效果的影响

由表4可知,时间为50 min时染料只是附着在纤维表面,并没有与纤维中的基团发生反应。而70 min时染料分子进入纤维内部,与纤维中的基团发生反应。80 min时染料分子上染基本完成,90 min上染效果变化不明显。确定花生皮色素上染毛条最佳保温时间为80 min。

3 纤维性能测试结果和分析

用同媒法在花生皮色素用量12%(owf)、染色温度90 ℃、p H 值6、保温时间80 min的条件下进行染色,测定染色前后纤维的性能变化。

3.1 色牢度测试结果

分别对染色后纤维的耐洗色牢度、耐日晒色牢度、耐摩擦色牢度进行测试,结果见表5。

表5 花生皮染料染羊毛纤维的色牢度

由表5可知,染色后纤维的各项色牢度均达到4级及以上,特别是耐摩擦色牢度达到4～5级。

3.2 纤维强力和断裂伸长测试结果

用YG004E 型电子单纤维强力仪,按照GB/T 4711—1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长试验方法》对染色前后纤维进行强力测试。染色前后纤维的断裂强度和断裂伸长率结果见表6。染色后纤维的断裂强度和断裂伸长损伤较少。

表6 花生皮染料染羊毛纤维的强力和断裂伸长

4 结 论

(1)花生皮色素是在浴比1∶30、p H 值3、温度40℃、乙醇浓度60%、时间60 min的条件下提取,花生皮染料粗品提取率可达29.22%。

(2)通过同媒法进行染色试验,花生皮色素染毛条最佳工艺条件为染料用量12%(owf)、染色温度90℃、p H 值6、保温时间80 min。

(3)花生皮色素染毛条后,毛条的耐水洗色牢度、耐日晒色牢度、耐摩擦色牢度均在4级以上,且染色对纤维的强力、断裂伸长影响较小。