红蓝草色素对棉针织物的染色研究

刘家伟 刘彦均 黄俊伟 梁柏希 董凤春

（五邑大学，广东 佛山 528010）

1 试验部分

1.1 主要实验材料及仪器

主要实验材料：红蓝草，棉织物，无水乙醇，蒸馏水，碳酸钠，冰醋酸，硫酸铁，五水硫酸铜。实验仪器：BSA223S 电子天平，HH-6 恒温水浴锅，DHG-9070A 电热恒温鼓风干燥箱，PHS-25 PH 计，Datacolor SF600 测色配色仪，Y571B 染色摩擦色牢度仪。

1.2 红蓝草预处理与染液提取

预处理工艺流程：称取新鲜红蓝草500g→自来水清洗3 次→自然晾干24h→烘箱烘干（60℃，3h）→剪碎并均匀混合→真空塑封保存。

染液提取：使用电子天平称取20g 红蓝草干并用量筒量取800ml 去离子水于染杯中，用玻璃棒搅拌至全部没入水中，盖上表面皿，将染杯在95℃的恒温水浴锅浸煮70min，随后进行抽滤处理得到红蓝草色素澄清提取液。

1.3 染色工艺

1.3.1 直接染色工艺

称量并裁剪尺寸为5cm×20cm 的棉针织布样，按1：70（g：mL）的浴比配制6g/L 的红蓝草色素染液，调节pH值为5，在35℃恒温下染色60min，染色后洗净烘干。

1.3.2 铁离子媒染法

1.3.2.1 预媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），然后置入2%owf 硫酸铁与去离子水配制的媒染浴中，在25℃的水浴下预处理30min，然后再置入pH 值为5 及色素浓度为6g/L 的红蓝草色素中，在35℃下染色60min，染色后洗净烘干。

1.3.2.2 同媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），以2%owf 的硫酸铁为媒染剂，媒染剂与pH 值为5 及色素浓度为6g/L 红蓝草色素同浴，在35℃下同浴媒染60min，染色后洗净烘干。

1.3.2.3 后媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），先用pH 值为5 及色素浓度为6g/L 红蓝草色素溶液在35℃下染色60min，然后置入3%owf 的硫酸铁与去离子水配制的媒染浴中，在45℃下后媒染30min，染色后洗净烘干。

1.3.3 铜离子媒染法

1.3.3.1 预媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），然后置入4%owf 硫酸铁与去离子水配制的媒染浴中，在45℃的水浴下预处理30min，然后再置入pH 值为5 及色素浓度为6g/L 的红蓝草色素溶液中，在35℃下染色60min，染色后洗净烘干。

1.3.3.2 同媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），以4%owf 的硫酸铁为媒染剂，媒染剂与pH 值为5 及色素浓度为6g/L 红蓝草色素同浴，在35℃下同浴媒染45min，染色后洗净烘干。

1.3.3.3 后媒染染色法

浴比为1：70（g：mL），先用pH 值为5 及色素浓度为6g/L 红蓝草色素溶液在35℃下染色60min，然后置入4%owf 的硫酸铁与去离子水配制的媒染浴中，在45℃下后媒染30min，染色后洗净烘干。

2 结果与讨论

2.1 染液pH 值对染色效果的影响

裁剪并称量8 块尺寸为5cm×20cm 的棉针织布样，然后按照浴比1：70（g：mL）、染液浓度6g/L、35℃、染色时间60min 的条件，分别量取红蓝草色素溶液置于8 个染杯中，调节红蓝草色素染液的pH 为3、4、5、6、7、8、9、10 后并贴好标签，再置入到数显恒温水浴锅中进行染色。染色结束后，将样品织物取出后进行充分水洗、烘干，依次测定K/S 值和干/湿摩擦沾色牢度，记录、整理并分析数据测得红蓝草色素染后织物的染色效果，如图1 所示。

图1 pH 对染色效果的影响

据图1 分析可得，在其他工艺条件固定的情况下，在pH 值在3-5 内时，棉针织布样K/S 值随着pH 上升而增大。而当pH 值在5-10 的范围内时，棉针织布样K/S 值随着pH 上升而下降。这主要是因为在自然界中，一些天然的植物色素可以当酸碱指示剂，在不同pH 值下呈现出不同的颜色及颜色的鲜艳程度也会有所不同。对于红蓝草色素而言，在pH 值为5 的条件下颜色更深，从而使红蓝草色素染色的深度的上限升高。从另外一个因素来讲，虽然纤维素的苷键对酸比较敏感，但是35℃及pH 值为5 的染色条件是一个低温的弱酸条件，这对棉织物的结构性能影响不会太大。

由上述分析可得出，红蓝草色素直接上染棉针织物的染液最佳pH 值应取5。

2.2 染色温度对染色效果的影响

裁剪并称量8 块尺寸为5cm×20cm 的棉针织布样，按照浴比1：70（g：mL）、染液浓度6g/L、染色时间60min、pH 值为5 的条件，将红蓝草色素溶液置于8 个染杯中，编号并贴好标签置入到数显恒温水浴锅中分别加热到25、35、45、55、65、75、85、95℃，然后将8 块棉针织物用去离子水润湿后依次放入到对应的的染杯中保温60min 进行染色，在染色过程中定时搅拌。染色结束后，将样品织物取出后进行充分水洗、烘干，依次测定K/S 值和干/湿摩擦沾色牢度，记录、整理并分析数据测得红蓝草色素染后织物的染色效果，如图2 所示。

图2 染色温度对染色效果的影响

从图2 分析可得出，红蓝草色素在不同温度上染棉针织物时，在25-35℃内，棉织物布样的K/S 值随着温度上升而上升。这是因为适当升温有利于红蓝草色素分子上染棉织物。当高于35℃后，随着温度的升高开始下降。一方面可能是因为红蓝草色素存在一种可逆的色素分子的分解，当升温时红蓝草色素会发生分解，当降温时红蓝草色素分子又会复原，所以温度过高会影响红蓝草色素上染棉织物。另一方面，当温度太高时，与棉纤维结合的红蓝草色素分子又会处于游离状态析出来。

由上述分析可得，红蓝草色素直接染棉织物布样的最佳温度应为35℃。

2.3 染色时间对染色效果的影响

裁剪并称量6 块尺寸为5cm×20cm 的棉针织布样，按照浴比1：70（g：mL）、染液浓度6g/L、pH 值为5、染色温度35℃的条件，分别量取量6g/L 红蓝草色素溶液置于6 个染杯中，编号并贴好标签置入到数显恒温水浴锅中进行染色。将6 个样品织物分别放入并保温15、30、45、60、75、90min，在染色过程中定时搅拌。染色结束后，将样品织物取出后进行充分水洗、烘干，依次测定K/S 值和干/湿摩擦沾色牢度，记录、整理并分析数据，测得红蓝草色素染后织物的染色效果如图3 所示。

据图3 分析可得出，在15-60min 的范围内，延长染色的时间，棉针织布样的K/S 也相应提高，并在60min时达到最大值。这主要是因为红蓝草色素分子与棉纤维的接触及结合需要时间，并伴随着时间的增加，红蓝草色素分子与棉纤维的结合越多，最终会达到一个纤维上染的饱和状态。在60min 之后，随着染色时间的增加，棉织物的K/S 缓慢下降并逐渐趋于平衡状态。由上述分析可得，红蓝草色素直接染棉织物布样的最优时间应取60min。

2.4 染色方法对染色效果的影响

按照1.3 工艺参数，统一对5cm×20cm 的棉针织布样进行染色，分别测量其K/S 值。

由表1 可知，根据不同染色方法的K/S 值的对比，其中铁离子的后媒染效果是最好的，其次的是铜离子预染法，而直接染色法的染色效果最差。

表1 染色方法对染色效果的影响

3 结论

（1）不同染液pH 对K/S 值大小的影响为：pH 在3～5 内，K/S 值随着pH 上升而增大，pH=5 为最高，pH=3为最低，而pH 在5～10 内，K/S 值随着pH 上升而减小，pH=5 为最高，pH=10 为最低，故染液pH=5 时为最佳。

（2）不同染色温度对K/S 值大小的关系为：35℃＞45℃＞25℃＞55℃＞65℃＞75℃＞85℃＞95℃。

（3）不同染色时间对K/S 值大小的关系为：时间为15～60min 时，K/S 值从低依次升高，60min 之后，随着染色时间的增加，棉织物的K/S 缓慢下降并逐渐趋于平衡状态，综合考虑生产效率及节能减排等方面因素，染色时间60min 为最佳。

（4）不同染色方法的K/S 值大小的关系为：铁离子后媒染＞铜离子预媒染＞铜离子同媒染＞铜离子后媒染＞铁离子同媒染＞铁离子预媒染＞直接染色。

（5）在综合考虑染色效果、经济、环保、节能减排等情况后，由以上试验得知，最佳染色工艺为：染液pH=5，染色温度35℃，染色时间60min，染色方法为铁离子后媒染。