檳榔色素對棉/苧麻織物的染色性能

胡艷麗

(江西服裝學院，江西 南昌 330201)

植物染料因源于自然而呈現出了較好的生物降解性，其用于織物染色已有幾千年的悠久歷史[1]。隨著“回歸自然，倡導綠色生活”消費理念的不斷深入人心，天然纖維織物用植物染料進行染色，不僅可有效提高產品的附加值，還能滿足消費者對服裝面料綠色環保要求[2-4]。因此，天然植物染料提取及其在織物染色中的應用研究是綠色紡織服裝發展的重要組成部分[5-6]。近幾年，茜草、靛藍、紫草和姜黃等典型植物染料在紡織染整領域得到大量應用，一些小眾化的植物染料也都有一定的實踐應用[7]。

檳榔屬棕櫚科植物，果實中含有檳榔堿、兒茶素、黃酮及膽堿類化合物等成分[8-9]。研究表明，檳榔果除了具有藥用價值外，還可以作為黑色染料和食用色素的提取材料，特別是新鮮檳榔果實中有一定含量的色素[10]。鄭亞軍等[11]對該色素的提取工藝、穩定性及抗氧化性等進行了研究。Shekh等[12]通過實驗證明新鮮檳榔果所提取色素的主要成分是檳榔堿和兒茶素類化合物，其中部分成分具有較好的抗紫外線效果。檳榔色素中含有活性羥基和羧基可與天然纖維上的官能團形成氫鍵，這為其上染天然纖維織物提供了條件。但目前有關檳榔色素應用于天然纖維織物的染色和功能整理卻鮮有報道。本文以質量分數50%乙醇(含0.1 mol/L 鹽酸)為提取液，通過正交試驗得到檳榔色素提取的較優工藝，并在此基礎上對棉/苧麻混紡織物進行染色及功能設計研究，為檳榔色素在紡織服裝領域中的應用提供實踐依據。

1 試驗部分

1.1 材料及主要試劑

棉/苧麻(55/45)混紡織物(市場購買，面密度121 g/m2)；乙醇、鹽酸(國藥集團化學試劑有限公司)；硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵、硫酸銅(上海阿拉丁生化科技股份有限公司)；酵母浸粉、大豆蛋白胨(北京耀友科技有限公司)；金黃色葡萄球菌、大腸桿菌(南昌大學附屬第二醫院實驗室)。

1.2 檳榔色素的提取

取一定質量的新鮮檳榔洗凈后去青衣切成絲，然后烘干粉碎過篩得到檳榔粉末，按照一定的料液比加入提取溶劑恒溫震蕩一定時間，過濾得到提取液，反復提取 3 次，將所得濾液在7 500 r/min條件下離心10 min，獲得的上清液即為檳榔色素溶液。以料液比A、提取溫度B、提取時間C作為因子，設計L9(33)正交試驗，進行檳榔色素提取較優工藝的探究，因子水平表如表1所示。檳榔色素的提取效果以吸光度為參考指標。

表1 正交試驗因子水平表

1.3 染色工藝

直接染色：取10 g棉/苧麻混織物經去離子水清洗后浸入100 mL檳榔色素提取液中進行染色，以2 ℃/min升溫速率至70 ℃續染1 h，所得染色試樣編號為1#。

預媒染色：將3塊質量為10 g的棉/苧麻混紡織物清洗后分別浸入到質量濃度為5.0 g/L的硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵和硫酸銅溶液中，在60 ℃條件下處理30 min，然后取出麻/棉混紡織物試樣，清洗表面多余的金屬媒染劑后進行干燥。最后將得到的3塊試樣按直接染色工藝進行上染，染色試樣編號對應為2#、3#和4#。

1.4 性能測試

1.4.1 吸光度測試

檳榔色素提取溶液按規定稀釋后用UV752N型紫外可見分光光度計(上海悅析儀器科技有限公司)進行測試，得到的吸收光譜圖，如圖1所示。其中最佳波長為505 nm，以該波長條件下所測吸光度為參考指標研究提取檳榔色素的較優工藝。

圖1 檳榔色素的吸收光譜圖

1.4.2 染色效果測試

選用Color-Eye 7000 A型電腦測配色系統(美國X-Rite公司)測定試樣的顏色特征值L*、a*、b*、c*及K/S值，探討棉/苧麻織物上染檳榔色素的效果。染色牢度分別參照GB/T 8427—2008《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度 氙弧》、GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》和GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》進行測試。

1.4.3 抑菌、抗氧化及防紫外線測試

棉/苧麻織物染色前后的抗菌效果測試參照GB/T 20944—2008 《紡織品抗菌性能的評價》進行，抑菌率P按式(1)計算：

(1)

式中：A為0接觸時間抗菌處理樣的細菌數；B為接種24 h培養之后抗菌處理樣的細菌數。

棉/苧麻織物染色前后的抗氧化測試參照1,1—二苯基—2—三硝基苯肼(DPPH)自由基清除試驗[5]進行，首先配制濃度為0.15 mmol/L的DPPH 醇溶液，將織物原樣及經過染色后的試樣分別放置在該醇溶液中避光反應30 min，取出試樣晾干后用紫外分光度計測試試樣在波長為 520 nm 處的吸光度H，運用式(2) 計算 DPPH 自由基清除效率S：

(2)

棉/苧麻織物染色前后的防紫外線性能參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》進行測試，測試指標為紫外平均透過率及防護指數UPF。其中透過率包括2個區域：長波紫外區UVA(315～400 nm)透過率和中波紫外區UVB(280～315 nm)透過率。該標準規定測試樣品的UVA和UVB的透過率均不超過5%，且UPF大于40，說明織物具備較好的防紫外線效果[13]。

2 試驗結果與分析

2.1 檳榔色素提取工藝

檳榔色素提取的正交試驗結果如表2所示。

表2 檳榔紅色素提取的正交試驗結果

由表2可知：檳榔色素提取過程中的3個影響因子的顯著性次序為B>A>C，即以質量分數為50%乙醇(含0.1 mol/L 鹽酸)為提取液，在恒溫震蕩過程中提取溫度對檳榔色素提取效果的影響最大，其次是料液比，最后是提取時間。由此得到較優提取工藝條件是B3A1C3，即當料液比為1∶20，70 ℃下提取120 min所提取的檳榔色素效果最好。這是因為當檳榔質量恒定時，料液比越大意味著加入的提取液越多，雖然色素被提取的效率最大，但由于色素被稀釋后濃度較低，所以吸光度較低，而較高提取溫度及較長的提取時間有利于色素提取。

2.2 染色效果分析

在較優檳榔色素提取工藝件下制備100 mL染液，棉/苧麻混紡織物清洗后分別采用直接染色和金屬媒染劑預媒染色進行上染，織物染色效果對比如表3所示。可知：棉/苧麻混紡織物直接上染檳榔色素后試樣的K/S值僅為1.23，染色牢度相對較差，耐曬色牢度和耐摩擦色牢度不能滿足穿著用紡織品規定染色牢度3～4級的要求。而將棉/苧麻混紡織物用金屬媒染劑進行預處理后再進行染色，其染色K/S值和染色牢度都得到了一定程度的提高。這是因為金屬媒染劑可以同時與棉/苧麻混紡織物中的纖維素纖維大分子上的羥基及檳榔色素大分子水解后的羧基之間形成產生較強的氫鍵，進一步形成“纖維素纖維-金屬媒染劑-檳榔色素”絡合物，從而實現明顯提升染色深度及染色牢度的效果。與此同時，染色棉/苧麻混紡織物由于使用金屬媒染劑的種類不同導致其染色效果也存在一定的差異，其中采用硫酸亞鐵對棉/苧麻混紡織物進行預媒染色所得K/S值最大，綜合染色色牢度較好。而采用硫酸鋁鉀對棉/苧麻混紡織物進行預媒染染色可明顯提高織物的明度，采用硫酸銅則在一定程度上使棉/苧麻混紡織物泛淺綠光。

表3 檳榔色素上染棉/苧麻混紡織物的染色效果

2.3 抑菌、抗氧化及防紫外線效果分析

棉/苧麻混紡織物上染檳榔色素的同時，由于檳榔色素中的兒茶素具有較強的殺菌作用，該成分與細菌接觸的過程中，其分子結構上的酚羥基與細菌細胞壁的羧基、肽基及氨基結合的同時，疏水性苯環結構也與蛋白質大分子發生結合，使細菌細胞的生存環境受到嚴重破壞，因無法進行正常代謝而失去活性。此外，這些酚羥基對·OH也有較強的清除作用，兒茶素類化合物也顯示出了一定的防紫外線能力。棉/苧麻混紡織物染色前后抑菌、抗氧化及防紫外線效果如表4所示。

由表4可知：棉/苧麻織物原樣對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為47.5%和39.2%，由于苧麻纖維具有抗菌效果而賦予了棉/苧麻織物一定的抗菌作用，但其這仍不能滿足GB/T 20944—2008對紡織品抑菌率的要求。此外，織物原樣對DPPH自由基的清除率為24.16%，UVA和UVB的平均透過率分別是16.28%和11.74%，說明棉/苧麻織物也不能滿足GB/T 18830—2009對紡織品抗氧化性和防紫外線

表4 棉/苧麻混紡織物染色前后抑菌、抗氧化及防紫外線效果

的要求。檳榔色素棉/苧麻織物直接染色后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別提高至81.4%和77.5%，DPPH自由基清除率為44.30%，UVA和UVB的平均透過率及紫外線防護指數UPF分別達到了7.06%、4.92%和57.28。棉/苧麻織物用金屬媒染劑進行預媒染染色后，其上染檳榔色素的含量增加，織物的抑菌、抗氧化及防紫外線能力都得到了大幅增強。尤其是選用硫酸亞鐵作為媒染劑時，棉/苧麻織物由于可吸附更多的檳榔色素，從而賦予了染色織物更好的功能性，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率都超過了90%，分別提升到94.1%和90.7%，DPPH自由基清除率為88.54%，UVA和UVB的平均透過率及紫外線防護指數UPF也分別達到了3.64%、2.26%和102.04，賦予了棉/苧麻織物較好的抑菌、抗氧化及防紫外線效果。

3 結 論

① 以新鮮檳榔果實為原料，質量分數50%乙醇(含0.1 mol/L 鹽酸)作為提取液，利用正交試驗得到檳榔色素提取的較優工藝為：料液比1∶20，70 ℃條件下提取120 min。

② 棉/苧麻織物直接上染檳榔色素后的染色K/S值及色牢度較低。用金屬媒染劑硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵和硫酸銅進行預媒染色，形成了“纖維素纖維-金屬媒染劑-檳榔色素”絡合物，可明顯提升染色效果。采用硫酸亞鐵進行預媒染染色織物K/S值最大，綜合染色牢度最好。

③ 棉/苧麻織物因上染檳榔色素而具有一定的抑菌、抗氧化及防紫外線能力。選用硫酸亞鐵作為媒染劑，棉/苧麻織物上染檳榔色素色后對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌率分別為94.1%和90.7%，DPPH自由基清除率為88.54%，UVA和UVB的平均透過率及紫外線防護指數UPF分別達到了3.64%、2.26%和102.04，賦予了織物較好的復合功能性。