天然染料大黃在莫代爾纖維上的染色工藝研究

劉 華，位 麗(鹽城紡織職業技術學院 紡織工程系，江蘇 鹽城 224005)

天然染料大黃在莫代爾纖維上的染色工藝研究

劉 華，位 麗
(鹽城紡織職業技術學院 紡織工程系，江蘇 鹽城 224005)

以大黃染料染得更黃、顏色越深、牢度更好的莫代爾織物為出發點，研究了金屬離子對天然染料大黃染液的影響和染色工藝參數對莫代爾染色效果的影響，測試了染色莫代爾織物的防紫外線性能，并優化了染色工藝。結果表明：Al3+對大黃染液顏色影響很小，Fe2+對大黃染液只有輕微增色作用。Al3+用于莫代爾織物媒染具有良好的染色效果，大黃染色莫代爾織物具有抗紫外線性能，大黃染料金屬鋁預媒染的最佳工藝為：浴比1∶25，媒染劑質量濃度1.6 g/L，植物染料質量濃度20 g/L，染液pH6，溫度100 ℃。

天然染料；大黃；莫代爾纖維；染色工藝；正交試驗

天然染料從天然植物、動物或礦產中獲得，不經人工合成，無化學添加，色澤自然淡雅，在今日崇尚回歸自然、生態環保的觀念下，將有廣闊的前景[1]。大黃是一種傳統染料，大黃中的蒽醌類衍生物(蘆薈大黃素、大黃酸、大黃素等)具有較強的抗菌消炎作用[2]。大黃染料多用于羊毛、絲綢、棉等天然纖維的染色[2-4]，在莫代爾纖維上應用尚未見相關報道。本研究以常見的媒染劑對莫代爾纖維進行媒染，探討大黃染料對莫代爾織物染色性能的影響。

1 試 驗

1.1 材料及藥品

莫代爾機織物(40 cm×40 cm，110 cm×70 cm，已前處理)，大黃(鹽城市中藥飲片有限公司)，FeSO4?7H2O、KAl(SO4)2?12H2O、乙醇等(分析純，煙臺市雙雙化工有限公司)。

1.2 儀器及設備

CX-350A型高速多功能粉碎機(上海市晟喜制藥機械有限公司)，Y571B型摩擦色牢度儀(南通三思機電有限公司)，防紫外(UV)透過及防曬測試系統(英國SDL公司)，SW-12B型耐洗色牢度試驗機(南通三思機電有限公司)，Datacolor 600型分光光度計(Datacolor公司)，YG600型恒溫水浴振蕩器(南通三思機電有限公司)，UV-1801型紫外/可見分光光度計(北京瑞利分析儀器公司)，pH-200計(徐州亞名儀器儀表有限公司)，尼龍濾網(400目)。

1.3 大黃色染液的制備

稱取一定質量的大黃(已利用高速多功能粉碎機粉碎，30目金屬篩網過濾)，加入20倍的水浸提1 h，放入微波爐中，微波(功率500 W)累積輻射時間5 min，然后放到65 ℃的超聲波中萃取15 min。過濾，濾渣同法再提，合并2次濾液，濾液定容至一定體積，以此為染液。

1.4 大黃色素耐離子穩定性評價

大黃主要成分中帶有大量羥基，分子結構如圖1所示，它具有較好的水溶性，同時可以與金屬離子形成配位鍵，從而通過這些金屬離子與纖維以絡合結構的形式結合。綜上分析，大黃可與金屬離子發生絡合，可利用紫外/可見分光光度計掃描添加少量金屬離子大黃色素溶液吸收光譜。

圖1 大黃主要成分的結構Fig.1 Structure of the main components of Rhubarb

1.5 染 色

采用不同媒染工藝，恒溫法對莫代爾織物進行染色。染色浴比1︰25，保溫時間60 min，升溫速率1.5～2.0 ℃/min，媒染劑(FeSO4?7H2O、KAl(SO4)2?12H2O)質量濃度0.4～2.8 g/L，植物染料大黃質量濃度(將染液中大黃全部折算成植物大黃質量)4～24 g/L，染色溫度70～100 ℃，染液pH4～9。預媒染、后媒染時間30 min，溫度60 ℃，浴比1∶25。染后皂洗(洗衣粉2 g/L，80 ℃，1 min)，溫水洗(40 ℃，60 s)，冷水洗凈，陰干。

1.6 測試方法

1.6.1 上染率的測定

利用UV-1801型紫外/可見分光光度計分別測定染色前后染液的吸光度，然后按照式(1)計算上染率。

式(1)中：A0為染色前染液的吸光度；A1為染色后殘液的吸光度。1.6.2 顏色特征值的測定

使用Datacolor 600型分光光度計測試染后織物L*、a*、b*、c*、h*、K/S等值，D65光源，10°視場。1.6.3 色牢度的測試

耐摩擦色牢度按GB/T 3920－2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》執行，耐皂洗色牢度按GB/T 3921－2008《紡織品色牢度試驗 耐皂洗色牢度》執行。

1.6.4 防紫外線測試

采用GB/T 18830－2009《紡織品防紫外線性能的評定》測定織物防紫外性能，主要測試紫外線防護系數UPF值及紫外線平均透射率T(UVA)AV和T(UVB)AV來表示試樣的抗紫外線性能。

2 結果與分析

2.1 大黃色素離子穩定性研究

大黃染液的質量濃度為0.64 g/L，添加少量金屬離子的大黃染液，溶液澄清度良好，未見明顯絮狀沉淀，可見大黃染液與Al3+、Fe2+相溶性良好。添加Al3+后，大黃染液的顏色幾乎沒有變化，只是顏色發亮，另外從圖2可知吸收光譜曲線幾乎重疊，因此添加Al3+對大黃染液的顏色影響很小。而添加Fe2+后，大黃染液顏色有些發暗，但從圖3可知5條吸收光譜曲線的形狀基本相同，從而得出Fe2+對大黃染液影響很小，只有很輕微的增色作用。綜上可見，大黃色素在常見金屬離子中的穩定性較好[5]。

圖2 硫酸鋁對大黃染液可見吸收光譜的影響Fig.2 Effect of Aluminum Sulfate on absorption spectrum of Rhubarb dye

圖3 硫酸亞鐵對大黃染液可見吸收光譜的影響Fig.3 Effect of Ferrous Sulfate on absorption spectrum of Rhubarb dye

2.2 媒染劑對染色性能的影響

2.2.1 媒染劑的選擇

在其他染色條件相同的情況下，采用不同的媒染劑染色，所染布樣的顏色特征值見表1。從表1可以看出，Fe2+媒染劑使所染布樣的顏色發暗，L*相對較小，b*值和Al3+媒染相比相對小些，但K/S值均比較大。Al3+媒染劑使所染布樣的b*值明顯變大，K/S值和媒染Fe2+媒染相比相對小些，但比無媒染大。綜合考慮染色莫代爾織物的b*、K/S值，發現大黃染液對莫代爾織物的染色比較適宜的媒染方法是Al3+預媒染。

表1 媒染方法對染色莫代爾顏色特征值的影響Tab.1 Effect of the mordant dyeing method on color index of Modal fabrics

2.2.2 媒染劑質量濃度對K/S影響

從圖4媒染劑鋁離子質量濃度對大黃染液染色莫代爾織物顏色特征值K/S值的影響可以看出：隨著鋁離子質量濃度的增大，K/S值也逐漸增加，當媒染劑質量濃度為1.6 g/L時，K/S值達到最高，繼續增加媒染劑質量濃度，K/S值下降。這是因為在預媒染時，媒染劑使用越多，與織物結合的媒染劑也相應增加，最終導致上染到織物上的染料量也比較多，K/S值逐漸增加。當媒染劑質量濃度超過一定值后，鋁鹽更容易與染料分子絡合，削弱了染料與纖維的親和力，造成K/S值下降。

圖4 媒染劑質量濃度對K/S值的影響Fig.4 Effect of the mordant concentration on the K/S value

2.2.3 鋁離子對上染率的影響

大黃無媒染和大黃鋁預媒染在起染90 min時都已經達到吸附平衡，另外從圖5也可以看出，大黃鋁預媒染最終上染率比無媒染色大10 %左右。這是因為大黃色素成分與媒染劑鋁離子形成絡合物后，可吸收更多的色素分子，從而提高上染率[6]。

圖5 鋁預媒染與無媒染莫代爾織物上染速率比較Fig.5 Comparison of dye-uptake between the Modal fabrics dyed with Aluminum pre-mordant and no mordant

2.3 pH值對K/S值的影響

從圖6可以看出，在其他染色條件相同下，莫代爾織物在酸性染浴中染色樣的K/S值隨染色pH值的提高而增大，pH值達到6后，K/S值迅速降低。這是因為隨pH值的升高，大黃色素中的羧基、羥基電離度增大，染料溶解度增加，有助于染色的順利進行，故K/S值增大；但當pH值達到一定值后，纖維素陰離子對大黃色素陰離子產生一定的排斥作用，故上染率下降，K/S值減小，綜上所述染色pH值應選6左右[7]。

2.4 染色溫度對K/S值的影響

在只改變染色溫度的情況下，染色織物表面深度K/S值與染色溫度的關系見圖7。可見所染布樣的表面色深度K/S值開始值隨著染色溫度的升高而逐漸增大，80 ℃以后更加明顯。這是因為莫代爾纖維用大黃染料染色是吸熱過程[8]，隨著染色溫度的升高，染料的吸附繼續增加，升溫會使染色平衡向纖維的方向移動，故K/S值逐漸增大。綜上確定染色溫度為90～100 ℃。

圖6 染色pH值對K/S值的影響Fig.6 Effect of dyeing pH value on K/S Value

圖7 染色溫度對K/S值的影響Fig.7 Effect of dyeing temperature on K/S Value

2.5 染料質量濃度不同對K/S值的影響

如圖8所示，隨著大黃染料質量濃度的增加，纖維上染料吸附量也愈高，平衡吸附量也越大，K/S值有明顯增大的趨勢。當染料質量濃度增加到20 g/L后，染色莫代爾織物的K/S值增加比較平緩，因為染料質量濃度達到一定值后，織物吸附的染料量趨于飽和。

圖8 染料質量濃度對K/S值的影響Fig.8 Effect of the dye concentration on K/S Value

2.6 防紫外性能

織物的防紫外性能主要看防護指數，即UPF和UVA值。根據國家標準，只有UPF大于30，且T(UVA)AV小于5 %時，才能稱為防紫外線產品。大黃染色莫代爾織物的防護指數都大于該標準，充分顯示染色莫代爾織物具有抗紫外性能[9]。

表2 大黃染色莫代爾織物的抗紫外指標Tab.2 Uvioresistant index of Modal fabrics dyed with Rhubarb dye

2.7 染色正交試驗

正交試驗選取媒染劑質量濃度、染色pH值、染料質量濃度(植物大黃質量)、染色溫度為影響因素。正交試驗方案根據L9(34)設計，其他染色條件為鋁預媒染，恒溫染色。以濕摩擦牢度、莫代爾織物染色深度(K/S)、b*為評價指標，試驗結果及極差分析見表3。各試驗的顏色特征值及色牢度(摩擦牢度、皂洗牢度)見表4、表5。

由表5試驗結果可以看出，每個試驗的耐摩擦色牢度中干摩擦牢度和皂洗牢度中的白布沾色、原樣褪色均較好，達到3級以上，且變化不大。只有部分試驗的濕摩擦牢度未達到國家標準。

由表3試驗結果和極差分析可知，影響K/S值的先后順序為：B＞D＞C＞A。植物染料質量濃度對染色織物的K/S值影響最大，隨著染料質量濃度增加，染液中染料分子數目增多，纖維同染料分子結合的概率增加。其次是染色溫度，上染百分率隨著染色溫度的升高而增加，故K/S值也逐漸增加。

影響b*的因素先后順序是：C＞D＞A＞B，pH值影響比較大，b*隨著pH值增大而減小，說明織物色光黃光減弱，這與大黃天然染料的pH值穩定性相一致[4]，說明pH值接近中性使大黃的結構發生了一定程度的變化。染色溫度影響也比較大，這是因為溫度升高，染料擴散動能增加，有利于更多染料向纖維內部擴散，故b*隨溫度的升高而逐漸增大。

影響濕摩擦牢度的先后順序為：B＞D＞C＞A，染料質量濃度影響最大，這是因為染料濃度越高，在纖維上未與纖維固著的染料分子越多，故色牢度越差，染色溫度影響也比較大。當反應溫度比較高時，染料分子的運動速度及纖維大分子鏈的振動比較劇烈，染料分子與纖維中可反應的基團碰撞的幾率增大，反應越充分，故溫度越高色牢度越好。

表3 正交試驗方案及結果分析Tab.3 Table of schemes of the orthogonal experiments and the analysis of results

表4 正交試驗染色莫代爾織物的顏色特征值Tab.4 Color index of Modal fabrics dyed by the orthogonal test

表5 正交試驗染色莫代爾織物的色牢度Tab.5 Color fastness of Modal fabrics dyed by the orthogonal test

大黃染料對莫代爾織物的染色效果以濕摩擦色牢度、色度K/S、b*為依據綜合考慮，優化組合為A2B2C2D3，即在浴比1︰25條件下，媒染劑質量濃度1.6 g/L，植物染料質量濃度20 g/L，染液pH值為6，溫度為100 ℃。

3 結 論

1)Al3+對大黃染液顏色影響很小，Fe2+對大黃染液影響也很小，只有輕微增色作用；

2)Al3+預媒染適用于大黃染液對莫代爾織物的染色，媒染劑質量濃度1.6 g/L時，染色織物K/S值達到最高，鋁預媒染上染率比直接染色方法大10 %左右；

3)大黃染莫代爾織物具有抗紫外性能；

4)大黃鋁預媒染的最優工藝為：浴比1∶25條件下，媒染劑質量濃度1.6 g/L，染料質量濃度20 g/L，染液pH6，溫度100 ℃。

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Study on dyeing process of Modal fi ber with natural dye Rhubarb

LIU Hua, WEI Li
(Department of Textile Engineering, Yancheng Textile Vocational Technology College, Yancheng 224005, China)

In order to achieve more yellow Modal fabric with deeper color and higher fastness by Rhubarb dye, this thesis investigates the influence of metal-ion on natural dye Rhubarb and the effect of the dyeing parameters on the dyeing effect of Modal fabric, tests the anti-ultraviolet property of the dyed Modal fabric and optimizes the dyeing process. The research shows that the effect of Al3+ions on the color of the natural Rhubarb dye is very small, and the Fe2+ions have slight hyperchromic effect of on the natural Rhubarb dye liquor. In addition, the Modal fabric dyed with Al3+mordant can achieve good dyed effect, and the Modal fabric dyed with Rhubarb dye has anti-ultraviolet property. The optimum process of pre-mordant dyed with Rhubarb dye aluminum is that the bath ratio is 1∶25, the concentration of aluminum mordant is 1.6 g/L, the concentration of the Rhubarb dyestuff is 20 g/L, pH value is 5, and the dyeing temperature is 100 ℃.

Natural dye; Rhubarb; Modal fiber; Dye; Orthogonal experiments

TS193.5

A

1001-7003(2012)07-0013-06

2012-03-01；

2012-05-15

江蘇省科技型企業技術創新資金項目(BC2010455)；江蘇省現代教育技術研究立項課題(2011-R-18799)

劉華(1970－ )，男，副教授，主要從事漿紗、織物及生態紡織品開發研究。