印度小葉紫檀色素的提取及其對棉織物的染色性能

鄒 蒙，朱莉娜

（德州學院紡織服裝學院，山東德州 253023）

中國作為紡織大國，植物染料染色自古有之。隨著時代的發展，對人體有一定副作用的化學染料卻以方便快捷等優點逐漸取代傳統植物染料。近年來，人們追求綠色環保健康的生活，對紡織服裝工業來說，這是對植物染料市場一次全面的探索及拓展。本研究對植物染料印度小葉紫檀進行探討。

“印度小葉紫檀也作檀香紫檀，是世界著名的紅木樹種之一，其木材及木制品極為珍貴，亦具有重要的藥用價值。中國對檀香紫檀木材的利用已有悠久的歷史，主要是制作高檔紅木家具和工藝品。”［1］而將加工制作家具等剩下的木屑進行收集整理，可以用作天然染色材料。棉纖維作為4大天然纖維（棉、麻、毛、絲）之一，具有柔軟、保暖、舒適、透氣性好等優良性質。［2］棉織物與印度小葉紫檀染液的結合具有更高的利用價值和應用前景。

1 實驗

1.1 材料和儀器

材料：純棉織物（市售），印度小葉紫檀木屑（購自藥店），無水乙醇、硫酸鋁鉀（分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司），硫酸亞鐵（天津市福晨化學試劑廠）。

儀器：AR2130電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司），Datacolor AHIBA IR染色機、Datacolor 200LAV測色配色儀［德塔顏色商貿（上海）有限公司］，恒溫水浴鍋（上海樹立儀器儀表有限公司），紫外-可見分光光度計［島津儀器（蘇州）有限公司］，SW-8A型耐洗試驗機（青島山紡儀器有限公司），BZGY908標準光源箱（南通三思機電科技有限公司），Y571L型染色摩擦牢度儀（溫州大榮紡織標準儀器廠）。

1.2 印度小葉紫檀天然染料的提取

稱取干燥粉碎的印度小葉紫檀木屑以提取印度小葉紫檀色素［提取劑乙醇30%～70%（體積分數），料液比1∶10～1∶50，溫度30～90 ℃，時間30～90 min］，將提取液過濾多余殘渣后冷卻密封。［3］

1.3 印度小葉紫檀的染色工藝

1.3.1 直接染色

浸提（遞推）法：以印度小葉紫檀木屑提取液為染液染色（浴比1∶30～1∶70，時間45～105 min，溫度50～90 ℃），待樣液降至室溫后取出布料，洗掉浮色，自然晾干。紅外線染色法：以印度小葉紫檀木屑提取液為染液染色（浴比1∶30～1∶70，時間30～70 min，溫度90～110 ℃，轉速10～50 r/min），待樣液降至室溫后取出布料，洗掉浮色，自然晾干。

1.3.2 媒染染色［4］

預媒染：先將純棉織物放入3 g/L媒染劑溶液中處理一定時間，冷卻至室溫，取出布料水洗去除表面多余的媒染劑，晾干；再將布料放入印度小葉紫檀木屑提取液中，在優化條件下染色，冷卻、水洗、晾干。

同浴媒染：將純棉織物放入含3 g/L媒染劑的印度小葉紫檀木屑提取液中，在優化條件下染色，冷卻、水洗、晾干。

后媒染：先將純棉織物放入印度小葉紫檀木屑提取液中染色，再加入3 g/L媒染劑，待充分溶解后進行媒染，冷卻、水洗、晾干。

1.4 測試

上染率：利用紫外-可見分光光度計在印度小葉紫檀色素的最大吸收波長482 nm處測試吸光度，計算上染率=(1-A1C1/A0C0)×100%，其中，A1為殘液吸光度；A0為原液吸光度；C1為殘液稀釋倍數；C0為原液稀釋倍數。

耐皂洗色牢度：參考GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗耐皂洗色牢度》測試。

耐摩擦色牢度：參考GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗耐摩擦色牢度》測試。

2 結果與討論

2.1 印度小葉紫檀提取工藝優化［5］

2.1.1 料液比

如圖1所示，隨著料液比的增大，吸光度下降，在1∶10處吸光度最高。這是因為料液比越大，對相同質量印度小葉紫檀木屑的提取溶劑越多，部分色素殘留于水中，對色素溶液的提取率造成影響。因此優化提取料液比為1∶10。

圖1 料液比對提取液吸光度的影響

2.1.2 乙醇用量

由圖2可知，隨著乙醇用量的增加，吸光度先增大后減小，乙醇用量為50%時吸光度最高。因為乙醇用量過高，對染料分子刺激過大，使得部分染料分子失去活性，阻礙細胞液的釋放，色素提取效果變差。所以，乙醇優化用量為50%。

圖2 乙醇用量對提取液吸光度的影響

2.1.3 提取時間

由圖3可知，隨著提取時間的延長，吸光度先增大后減小，在提取時間為45 min時吸光度最高。原因是經過長時間的高溫提取，染料分子結構遭到破壞，色素分子的有效成分喪失；時間過短，色素尚未完全溶于溶劑中。所以優化提取時間為45 min。

圖3 浸提時間對提取液吸光度的影響

2.1.4 提取溫度

由圖4可知，隨著提取溫度的升高，吸光度先增大后緩慢減小，提取溫度為60 ℃時吸光度最高。原因是經過長時間的高溫提取，染料分子中的有效成分被破壞，影響提取效果。所以優化提取溫度為60 ℃。

圖4 提取溫度對提取液吸光度的影響

2.2 浸提法染色工藝優化

2.2.1 染色時間

由圖5可知，在染色時間為45～60 min時，K/S值無明顯升降變化，可能是因為染色時間過短，色素難以完全附著在棉織物上；當染色時間達到90 min時，K/S值處于峰值，此時色素最活躍，對棉織物的附著力最強；當染色時間長達105 min時，K/S值下降，因為染色時間過長，部分色素遭到破壞。故優化染色時間為90 min。

圖5 浸提法染色時間對染色棉織物K/S 值的影響

2.2.2 浴比

由圖6可知，隨著浴比的增大，K/S值整體呈先增大后減小的趨勢。浴比為1∶30時，K/S值偏低，這是因為浴比偏小，染液濃度大，在高溫下染色，染料的聚集程度相對較高，在染色過程中，以溶解狀態釋放的染料單分子數量較少；浴比為1∶50時K/S值最大，即此時以溶解狀態釋放的染料單分子最多，上染率最高；隨著浴比的繼續增大，K/S值減小，原因是浴比越大，染液濃度越低，染料分子對棉織物的親和性降低。所以優化浴比為1∶50。

圖6 浸提法浴比對染色棉織物K/S 值的影響

2.2.3 染色溫度

由圖7可知，隨著染色溫度的升高，K/S值增大，在染色溫度為90 ℃時K/S值最大。因為染色溫度較低時，在相同染色時間內，染料分子滲透性較差，K/S值降低。所以，優化染色溫度為90 ℃。

圖7 浸提法染色溫度對染色棉織物K/S 值的影響

2.3 紅外線染色法工藝優化

2.3.1 浴比

由圖8可知，隨著浴比的增大，K/S值整體呈現上升趨勢。1∶30～1∶50時K/S值偏低，無明顯上升趨勢，這是因為浴比偏小，染液濃度較大，在高溫下染色，染料的聚集程度相對較高，在染色過程中，以溶解狀態釋放的染料單分子數量較少；1∶70時K/S值最大，即此時以溶解狀態釋放的染料單分子最多，上染率最高。所以優化浴比為1∶70。

圖8 紅外線染色法浴比對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.2 染色溫度

由圖9可知，當染色溫度升高至95 ℃時K/S值最大，說明上染率最高；繼續升高溫度，K/S值降低，這是因為染色溫度過高，染料分子的有效成分被破壞，尚未滲透到面料內部便因高溫失去活性。所以，優化染色溫度為95 ℃。

圖9 紅外線染色法染色溫度對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.3 轉速

由圖10可知，轉速為10～30 r/min時，K/S值緩慢上升，因為轉速過低，染料分子運動緩慢，在相同時間內對面料的滲透性、吸附性不高；轉速為40 r/min時K/S值最大；轉速為50 r/min時K/S值下降，因為轉速過高，染料分子因運動劇烈遭到破壞。所以優化染色轉速為40 r/min。

圖10 紅外線染色法轉速對染色棉織物K/S 值的影響

2.3.4 染色時間

由圖11可知，隨著染色時間的延長，K/S值下降，原因是高溫染色時間越長，染料分子結構越容易被破壞，色素對面料的附著性越差，上染率越低，K/S值下降。優化染色時間為30 min。

圖11 紅外線染色法染色時間對染色棉織物K/S 值的影響

比較浸提法與紅外線染色法，兩者K/S值差別不大，但是紅外線加速了染色，染色時間大大縮短，省時快捷；并且紅外線染色法設有轉速這一變量，數據更精確，能更有效地控制印度小葉紫檀提取液對純棉織物的染色。

2.4 媒染對棉織物染色效果的影響

2.4.1 K/S值

由表1可知，媒染染色棉織物的K/S值大于直接染色。根據Kubelka-Munk顏色深度方程可知，加入媒染劑后提取液的有色物質濃度升高，使提取液的染色性能提高。本實驗選用的棉織物經密大于緯密，經紗較緯紗上染面積大，所以棉織物經向的顏色深度均高于緯向。兩種媒染劑均是預媒染的增色效果最佳，預媒染和同浴媒染時硫酸亞鐵上色更深。

表1 不同媒染劑對染色棉織物經緯向K/S 值的影響

2.4.2 色牢度

由表2可知，預媒染的耐皂洗色牢度較好；其他染色方法的棉沾、絲沾都達到了4級以上，變色為3～4級或4級，耐皂洗色牢度還有待提高。耐摩擦色牢度均達到了4級以上，達到服用要求；染色方式對耐摩擦色牢度的影響不明顯。

表2 印度小葉紫檀染色純棉織物的色牢度

3 結論

（1）印度小葉紫檀色素的優化提取工藝：乙醇用量50%，溫度60 ℃，時間45 min，料液比1∶10。

（3）印度小葉紫檀提取液直接染色棉織物紅外線染色法的優化工藝：時間30 min，浴比1∶70，溫度95 ℃，轉速40 r/min。

（3）媒染染色棉織物的K/S值大于直接染色，預媒染效果相對最優。

（4）媒染提高了棉織物的耐皂洗、耐摩擦色牢度，并且均能滿足服用要求。