天然媒染劑在五倍子色素對毛織物染色中的應用

郭麗萍，趙志軍，徐 菲，劉劍虹

(1.齊齊哈爾大學 美術與藝術設計學院，黑龍江齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

在傳統植物染色歷程中，很長一段時間內使用傳統媒染劑，即明礬、皂礬、紅礬等，現在也在使用分析純的明礬(硫酸鋁鉀)和皂礬(硫酸亞鐵)作為媒染劑。雖然相對合成染料染色對環境影響較小，但過量使用傳統媒染劑，同樣也會對生態環境和人類健康產生一定的危害[1－2]。人們在開發植物染料染色的媒染劑時，從未放棄對天然媒染劑的研究，致力于開發綠色環保、安全無毒的純天然媒染劑，將成為紡織生態染整可持續發展方向之一[3－4]。黑龍江省五大連池市風景區的鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水，含有較高的Fe2＋，高于普通水近40倍，具有天然媒染劑的特性[5－6]。本文實驗以顏色特征值為檢測指標，探討了不同變量對鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水作為天然媒染劑時，五倍子色素對毛織物的顯色效果和染色性能的影響，確定了最佳染色工藝條件。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

材料:五倍子(四川產，購于中藥店)、毛織物(10 cm×10 cm，面密度367 g/m2)、五大連池藥泉山礦水(鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水，五大連池風景區南泉)、檸檬酸(分析純，天津市東麗區天大化學試劑廠)。

儀器:HH-4數顯恒溫水浴鍋(北京市永光明醫療儀器有限公司)、pHS-2C型酸度計(北京市永光明醫療儀器有限公司)、5102型電子天平(常州第一紡織設備有限公司)、CrelagMaebethTMCol-orEye?2180UV型計算機測色配色儀(美國愛色麗公司)、NexlON 350X型 ICP-MS(美國PE公司)，WX-8000型微波消解儀(上海屹堯微波化學技術有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 色素萃取

稱取100 g五倍子，加入1 L水，浸泡24 h后，加熱至沸，待水分蒸發至0.6 L時，過濾并收集染液，該濃度下設為染液質量分數100%。重復以上操作 3次，將所得染液混合，共 1.8 L，備用[7－8]。

1.2.2 天然媒染劑的配置

取五大連池風景區南泉的鐵硅質重碳酸鹽碳酸冷礦水，密封，需在4 h內使用。

1.2.3 染色工藝

直接染:將毛織物直接投入五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

前媒染:將毛織物投入天然媒染劑中浸染15 min后擰干，再投入五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

同媒染:將毛織物投入含有天然媒染劑的五倍子染液中浸染30 min，取出擰干，水洗，陰干。

后媒染:將毛織物投入五倍子染液中浸染30 min后擰干，再投入天然媒染劑中浸染15 min，取出擰干，水洗，陰干[9－10]。

1.2.4 色度檢測

在計算機測色配色儀上測定色樣的L*、a*、b*、c*值。每一色樣測試5點，取平均值。

1.2.5 金屬離子檢測

使用NexlON 350X型ICP-MS和WX-8000型微波消解儀檢測，基本步驟依次為樣品處理→繪制標準曲線→ICP-MS測試步驟→數據處理，測得鐵硅質重碳酸鹽酸冷礦水鐵離子質量濃度34 mg/L，設定為天然媒染劑質量分數100%。

2 結果與分析

2.1 染色工藝對顏色特征值的影響

在浴比1∶30、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、染色時間30 min、媒染時間15 min、染色溫度80℃、天然媒染劑質量分數100%條件下對毛織物進行直接染、前媒染、同媒染及后媒染，不同染色工藝的顏色特征值見圖1。

圖1 染色工藝對顏色特征值的影響

由圖1可見，從不同染色工藝的顏色特征值來看，顏色特征值明度L*值的效果為:同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染，同媒染呈中灰色調，其他媒染呈淺灰色調，直接染呈淺色調；色相a*值的效果為:前媒染＞直接染＞同媒染＞后媒染，各染色工藝差異不大，除后媒染外，其他染色工藝趨于少量紅光；色相b*值的效果為:直接染＞前媒染＞后媒染＞同媒染，前媒染、同媒染、后媒染趨于微量黃光，直接染趨于少量黃光；純度c*值的效果為:直接染＞前媒染＞同媒染＞后媒染，后媒染、同媒染明顯優于前媒染和直接染，綜合衡量同媒染效果最佳。從天然媒染劑中有效成分來說，Fe2＋含量相對傳統媒染劑(皂礬)來說較低，染色性能有一定區別。前媒染毛織物在一浴中能夠吸附的Fe2＋含量不足，以至于在二浴中尚不能完全形成不溶性外軌型絡合物而固定在纖維上，反應不夠完全，致使明度較高，黃光和紅光均增多，顯色效果不佳；后媒染毛織物在二浴中面臨吸附的染液不足，而且Fe2＋含量增多，能夠與染液完全反應，黃光和紅光均減少，效果略好于前媒染；同媒染毛織物吸附相對充足的染液分子能夠立即與少量Fe2＋形成相對完全的絡合反應，表現為明度最低、黃光最少，紅光尚未達到最低點。由于五倍子是古代著名的黑色染材，所以評價五倍子毛織物染色性能以及顯色效果最佳標準為黑色調的純正程度，即明度L*值和純度c*值越低越好、色相a*和b*值越接近0越好。由此可知，染色工藝對顏色特征值影響很大，媒染工藝優于直接染，即同媒染＞后媒染＞前媒染＞直接染。五倍子對毛織物的最佳染色工藝為同媒染。

2.2 天然媒染劑質量分數對顏色特征值的影響

在浴比1∶30、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、染色時間30 min、媒染時間15 min、染色溫度80℃條件下，改變天然媒染劑質量分數對毛織物進行同媒染，天然媒染劑質量分數對顏色特征值的影響見圖2。

圖2 天然媒染劑質量分數對顏色特征值的影響

由圖2可見，隨著天然媒染劑質量分數的提高，顏色特征值明度L*值逐漸降低，純度c*值也隨之下降，說明媒染劑用量的增加，可以適當增加上染百分率；色相a*值先下降后再緩慢上升，紅光略微增加；色相b*值逐漸下降，黃光逐漸減少；總體色相傾向于灰暖黃色調，呈棕灰色調。純度c*值變化與色相b*值相近，說明b*值決定著主要色彩傾向。從圖中曲線變化趨勢來看，天然媒染劑的用量與五倍子染液和毛織物的結合尚未達到飽和狀態，沒有接近動態平衡，如果繼續增加媒染劑用量，毛織物的得色量才能達到最高。由此可知，天然媒染劑質量分數對顏色特征值影響較大，對明度L*值影響最大，其次為色相b*值和純度c*值，最后為色相a*值。因此控制天然媒染劑質量分數可以有效調整所染棕黃色調的深淺變化。

2.3 pH值對顏色特征值的影響

在浴比 1∶30，染色時間 30 min，媒染時間15 min，染色溫度80℃，五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值6)、天然媒染劑質量分數100%條件下，改變五倍子染液pH值對毛織物進行同媒染，染液pH值對顏色特征值的影響見圖3。

圖3 染液pH值對顏色特征值的影響

由圖3可見，隨著五倍子染液pH值的提高，顏色特征值明度L*值緩慢下降后再輕度上升，顏色輕微增深，影響較小。色相a*值逐漸上升，紅光增多；色相b*值逐漸下降后上升，黃光輕微減少；純度c*值輕微降低后上升，在弱堿條件下變化較大。五倍子染液pH值在3～7范圍，溶液呈淡黃色，比較穩定，當pH值大于7時，溶液呈淺黃綠色，較不穩定，導致色光開始變化。在酸性條件下染色，顏色特征值變化相對較小，在弱堿性條件下染色，顏色特征值變化較大。由此可見，染液pH值對顏色特征值有影響，尤其對色相a*和b*值。最佳五倍子染液pH值為6。

2.4 染色次數對顏色特征值的影響

在浴比 1∶30、染色時間 30 min、染色溫度80℃、五倍子染液質量分數100%(加熱前pH值為6)、天然媒染劑質量分數100%條件下，對毛織物進行同媒染，染色次數對顏色特征值的影響見圖4。

圖4 染色次數對顏色特征值的影響

由圖4可見，隨著染色次數的增加，顏色特征值明度L*值逐漸下降后平穩，顏色變深，浸染5次后達到最低值。色相a*值緩慢上升，紅光微增多，色相b*值上升后下降再緩慢上升，黃光輕微變化。純度c*值變化接近。由于天然媒染劑Fe2＋含量較低的特性，只能增加染色次數來提高染色深度，效果較為明顯。浸染次數超過5次，顏色深度不再降低，色相發生輕微變化，尤其是色相b*值和純度c*值，黃光增多，純度輕微增加。由此可見，染色次數對顏色特征值具有一定的影響，尤其是明度L*值，顏色明顯增深。最佳染色次數為5次。

3 結 論

①五倍子色素中的鞣質比較敏感，遇微量鐵離子會形成不溶性外軌型絡合物，即鞣質通過泉水中少量的鐵離子搭橋可與毛織物上的可配位基形成配合反應，提高了毛織物的上染百分率。

②染色工藝、天然媒染劑質量分數、染液pH值、染色次數對五倍子色素上染毛織物的顏色特征值均有一定影響，其中染色工藝＞天然媒染劑質量分數＞染色次數＞染液pH值的影響。

③天然媒染劑使用同媒染效果最佳，其最佳染色工藝為:浴比1∶30，染色時間30 min，媒染時間15 min，染色溫度80℃，染液質量分數100%(加熱前pH值6)，天然媒染劑質量分數100%。染色次數可以增加顏色深度，最佳染色次數為5次。

④天然媒染劑在植物染色中直接應用時保質期不超過4 h，因此實際應用時需進行延長保質期的改性處理。