五倍子染料在桑蠶絲/羊毛混紡織物上的染色性能

許 磊，張 蓉，虞 琳，陸 濤，陶 然，顧文娟

(1.蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 蘇州 215009； 2.江蘇省絲綢工藝與材料工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，江蘇 蘇州 215009； 3.國(guó)家絲綢及服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心， 江蘇 蘇州 215128；4.蘇州市纖維檢驗(yàn)院， 江蘇 蘇州 215128)

天然染料因?yàn)槠渲饕獊?lái)源于植物、礦物、動(dòng)物或微生物等[1]，具有較好的環(huán)保性能和自然亮麗的色澤，而且可能賦予織物一些特有的性能被很多研究人員所關(guān)注[2-4]。部分印染企業(yè)也對(duì)其應(yīng)用前景比較認(rèn)可，目前已經(jīng)有少量的天然染料的棉、桑蠶絲產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上。

但天然染料由于價(jià)格昂貴，原料供應(yīng)、新工藝開(kāi)發(fā)不足等問(wèn)題導(dǎo)致天然染料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐遲緩。因此，通過(guò)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)天然染料的新工藝，拓展其在不同織物品種上的應(yīng)用[5-7]，提升其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景具有積極的意義。桑蠶絲和羊毛均為動(dòng)物蛋白纖維，具有較好的吸水性及手感，其織物具有柔軟光滑，吸濕透氣，懸垂性優(yōu)良特性而被消費(fèi)者喜愛(ài)。研究天然染料在桑蠶絲/羊毛織物上的應(yīng)用，可開(kāi)發(fā)天然環(huán)保的新產(chǎn)品[8-10]，并為羊毛及其混紡織物的天然染料加工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣提供參考。

本文主要研究了天然染料五倍子在桑蠶絲/羊毛混紡織物上的應(yīng)用，確定了最佳工藝參數(shù)。在此條件下處理的織物不但具有較好的色牢度，而且K/S值較大，得色較深，且能賦予織物較好的功能效果。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及藥品

絲毛綾(桑蠶絲/羊毛50/50，蘇州新民紡織有限公司)；五倍子染料(工業(yè)級(jí)，常州美勝生物材料有限公司)；無(wú)水碳酸鈉，無(wú)水三氯化鐵，一水合檸檬酸(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 儀器及設(shè)備

YG902C型紫外線透過(guò)率測(cè)試儀(南通三思機(jī)電科技有限公司)；JY-24型常溫振蕩染樣機(jī)(常州第二紡織儀器廠)；Datacolor 600測(cè)色配色系統(tǒng)(德塔顏色商貿(mào)(上海)有限公司)；Y571B型摩擦牢度測(cè)試儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；SW-12A型耐洗色牢度實(shí)驗(yàn)機(jī)(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；JA1003 型電子天平(溫州市大榮紡織儀器有限公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 直接染色工藝

直接染色工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 直接染色工藝流程圖

將染料配制成染浴，染料用量為5%(owf)， 60 ℃時(shí)將織物放入染浴，以1 ℃/min的速度升溫至90 ℃，保溫30 min后，取出，用50 ℃溫水清洗并晾干。

1.3.2 前媒染染色工藝

前媒染染色工藝流程圖見(jiàn)圖2。

配制媒染浴，媒染劑5 g/L，60 ℃時(shí)將織物放入媒浴，以1 ℃/min的速度升溫至90 ℃，保溫30 min后，取出放入60 ℃染浴(染料用量5%(owf))，升溫至90 ℃，染色30 min，取出后溫水清洗并晾干。

1.3.3 同浴媒染染色工藝

同浴媒染染色工藝流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 同浴媒染染色工藝流程圖

將染料5%(owf)，媒染劑5 g/L，一起加入配制媒染浴，60 ℃時(shí)放入織物，以1 ℃/min的速度升溫至90 ℃，保溫30 min后，取出用溫水清洗并晾干。

1.3.4 后媒染染色工藝

后媒染染色工藝流程圖見(jiàn)圖4。

圖4 后媒染染色工藝流程圖

60 ℃時(shí)將織物放入染浴，以1 ℃/min的速度升溫至90 ℃，保溫30 min后，取出放入60 ℃媒浴，升溫至90 ℃，媒浴染色30 min，取出后溫水清洗并晾干。染色工藝參數(shù)：染色浴比1∶50，用碳酸鈉或者檸檬酸調(diào)節(jié)染浴的pH值，水浴鍋升溫速率1 ℃/min，60 ℃溫水水洗。

1.4 性能測(cè)試

用Datacolor測(cè)色儀測(cè)定織物K/S值，采用D65光源、10° 觀察視角，試樣折疊成4 層，不同位置測(cè)試4 次，取平均值。

UPF 值參照GB/T 18830—2009 《紡織品 防紫外線性能的評(píng)定》測(cè)試；耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》測(cè)試；耐水洗色牢度參照GB/T 3921.2—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水洗色牢度》測(cè)試；按照GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 評(píng)定變色用灰色樣卡》，GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 評(píng)定沾色用灰色樣卡》進(jìn)行評(píng)定。抗菌性能參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評(píng)價(jià) 第3部分：振蕩法》測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 染色方法的選擇

天然染料染色可添加媒染劑提高染色效果，采用不同的媒染染色方法會(huì)影響織物的性能和染色效果。選擇三氯化鐵作為媒染劑，分別采用直接染色(無(wú)媒染劑)、前媒染染色、同浴媒染染色、后媒染染色4種染色工藝進(jìn)行討論，三氯化鐵媒染劑媒染方式的影響見(jiàn)表1。

表1 染色方法對(duì)織物性能的影響

由表1可以看出，直接染色和同浴媒染織物的K/S值較低，說(shuō)明桑蠶絲/羊毛織物得色量低，顏色淺。前媒染染色和后媒染染色織物K/S值都較高，織物得色量較高，顏色較深。再通過(guò)織物的UVA、UVB透過(guò)率及防護(hù)系數(shù)UPF值可以得出，直接染色和同浴媒染的桑蠶絲/羊毛織物紫外線防護(hù)能力稍差，而后媒染染色織物的UPF值達(dá)到了50，抗紫外線性能較好。對(duì)比4組染色織物的耐摩擦色牢度可以看出，直接染色和前媒染染色的織物耐摩擦色牢度都較好。對(duì)比耐水洗色牢度可以看出，前媒染染色織物沾色4級(jí)，其他較好。綜上所述，五倍子染料采用三氯化鐵后媒染染色織物的綜合性能最好。

2.2 pH值對(duì)織物性能的影響

pH值會(huì)影響染料上染的性能，改變pH值進(jìn)行探討，同時(shí)考慮到蛋白質(zhì)纖維耐酸不耐堿的特性，測(cè)試不同pH值條件下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。按照后媒染染色工藝進(jìn)行染色。浴比為1∶50，染料用量為5%(owf)，媒染劑5 g/L，測(cè)試不同pH值時(shí)桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。pH值對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表2。由表2可以看出， pH值大于7時(shí)，在堿性條件下染色對(duì)桑蠶絲/羊毛織物的影響較大，K/S值下降且耐摩擦色牢度也差于在中性和酸性條件下的效果。再對(duì)比UVA、UVB透過(guò)率及紫外防護(hù)系數(shù)UPF值可知，當(dāng)pH值為7、9、11時(shí)，UPF值稍低，當(dāng)pH值為3、5時(shí)，UPF值較高，織物紫外線防護(hù)性能較好。pH值為5時(shí)，織物的耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度較好，色深K/S值較大，且抗紫外防護(hù)系數(shù)UPF值也較大，綜合考量， pH值為5較合適。

表2 pH值對(duì)織物性能的影響

2.3 媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響

媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)染色性能也有一定的影響，測(cè)試不同媒染劑質(zhì)量濃度條件下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。染色工藝為：織物質(zhì)量1 g，浴比為1∶50時(shí)，染料用量為5%(owf)，pH值為5。媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表3。

表3 媒染劑質(zhì)量濃度對(duì)織物性能的影響

由表3可以看出，隨著媒染劑質(zhì)量濃度的增加，織物的K/S值呈上升趨勢(shì)。但當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度為10 g/L時(shí)，媒染劑質(zhì)量濃度增加，K/S值反而下降，這可能是溶液中金屬離子達(dá)到一定濃度時(shí)，對(duì)五倍子染料的絡(luò)合配體產(chǎn)生影響，導(dǎo)致色深下降。再對(duì)比UVA、UVB透過(guò)率及防護(hù)系數(shù)UPF值可知，當(dāng)媒染劑質(zhì)量濃度大于4 g/L時(shí)，UPF值都達(dá)到了50，抗紫外線性能較好。織物的耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度在媒染劑質(zhì)量濃度4 g/L時(shí)最好。本文實(shí)驗(yàn)選擇媒染劑質(zhì)量濃度4 g/L。

2.4 染色溫度的影響

染色溫度的變化對(duì)織物上染有較大的影響，改變?nèi)旧珳囟仍?0～95 ℃之間進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試不同染色溫度條件下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。染色工藝為：織物質(zhì)量為1 g，浴比為1∶50時(shí)，染料用量為5%(owf)，媒染劑4 g/L，pH值為5。染色溫度對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表4。

表4 染色溫度對(duì)織物性能的影響

由表4可以看出，當(dāng)染色溫度為30 ℃和50 ℃時(shí)，K/S值較高，織物得色量高，上染效果好。將染色溫度升高至80 ℃和95 ℃時(shí)，K/S值相對(duì)較低，上染效果下降，這可能是溫度升高，五倍子染料與桑蠶絲/羊毛織物吸附平衡中解吸更加顯著，反而導(dǎo)致色深下降。通過(guò)UVA、UVB透過(guò)率及防護(hù)系數(shù)UPF值可以看出當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，防紫外線性能最好，80 ℃時(shí)最差。30 ℃時(shí)耐摩擦色牢度及耐水洗色牢度較好。溫度大于80 ℃時(shí)，染色織物的耐摩擦色牢度、耐水洗色牢度也較好。綜合考量，染色溫度選擇30 ℃。

2.5 染色時(shí)間的影響

為了探討染色時(shí)間對(duì)上染的影響，改變?nèi)旧珪r(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試不同染色時(shí)間條件下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。工藝條件選擇2.4最優(yōu)數(shù)據(jù)，測(cè)試不同染色時(shí)間下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。染色時(shí)間對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表5。

表5 染色時(shí)間對(duì)織物性能的影響

由表5可以看出，幾種染色時(shí)間下的織物K/S值都比較接近，且隨著染色時(shí)間延長(zhǎng)K/S值反而有下降趨勢(shì)。從UVA、UVB透過(guò)率及防護(hù)系數(shù)UPF值可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)間為30 min時(shí)，UPF值為50，紫外線防護(hù)性能最好。增加染色時(shí)間UPF值反而下降，結(jié)合K/S值下降情況來(lái)分析，說(shuō)明時(shí)間染色時(shí)間的增加反而影響五倍子染料在織物上的吸附，進(jìn)而影響媒染后的色深值，因此染色時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。和其他幾種染色時(shí)間相比，染色30 min時(shí)耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度也較好，故實(shí)驗(yàn)染色時(shí)間選擇30 min。

2.6 媒染時(shí)間的影響

媒染時(shí)間對(duì)染料的絡(luò)合有一定的影響。對(duì)不同媒染時(shí)間進(jìn)行探討，測(cè)試后媒染染色時(shí)間對(duì)桑蠶絲/羊毛織物的染色性能的影響。其他工藝條件選擇2.5中最優(yōu)數(shù)據(jù)，測(cè)試不同媒染時(shí)間下桑蠶絲/羊毛織物的染色性能。媒染時(shí)間對(duì)織物性能的影響見(jiàn)表6。

表6 媒染時(shí)間對(duì)織物性能的影響

由表6可知：織物的K/S值在后媒法媒染時(shí)間為40 min時(shí)最大，但此時(shí)的UPF值相對(duì)較小。從UVA、UVB透過(guò)率及防護(hù)系數(shù)UPF值分析，UPF值在媒染時(shí)間為30 min時(shí)較好，紫外透過(guò)率最小，此時(shí)的K/S值與最大值相差不大，且耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度均達(dá)4級(jí)以上，綜合考慮，媒染時(shí)間為30 min時(shí)染色效果最佳，桑蠶絲/羊毛織物的性能最好。

2.7 染色后桑蠶絲/羊毛織物抑菌性能測(cè)試

五倍子染料對(duì)桑蠶絲/羊毛織物在三氯化鐵后媒染染色工藝下，浴比1∶50，pH值5，染料用量5%(owf)時(shí)，媒染劑質(zhì)量濃度4 g/L，染色溫度30 ℃，染色時(shí)間30 min，媒染時(shí)間30 min條件下進(jìn)行染色處理后，除了能夠賦予織物一定的色澤，還可以賦予織物一定的功能性。

經(jīng)測(cè)試，五倍子染料染色后的桑蠶絲/羊毛織物的抑菌性能有較明顯的提升，金黃色葡萄球菌抑菌率可達(dá)到92%，大腸桿菌抑菌率可達(dá)到89%。未處理的桑蠶絲/羊毛織物抑菌率均低于75%，沒(méi)有明顯的抑菌效果。說(shuō)明五倍子染料不但能賦予桑蠶絲/羊毛織物的自然的色澤，還能賦予織物較好的抑菌性能。

3 結(jié) 論

①桑蠶絲/羊毛織物采用五倍子染料進(jìn)行染色時(shí)，選擇三氯化鐵作為媒染劑，使用后媒染染色工藝效果較好，此時(shí)織物具有較高的色深值，色牢度較好，UPF值也較高。

②桑蠶絲/羊毛織物采用五倍子染料最佳染色工藝為：后媒染染色工藝，浴比1∶50，pH值5，染料用量5%(owf)時(shí)，媒染劑質(zhì)量濃度4 g/L，染色溫度30 ℃，染色時(shí)間30 min，媒染時(shí)間30 min。此時(shí)的染色效果最好，桑蠶絲/羊毛織物綜合染色性能也最好，耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度均可達(dá)到4級(jí)或以上。

③五倍子染料對(duì)桑蠶絲/羊毛織物染色后，可以賦予織物優(yōu)異的紫外防護(hù)性能，UPF值可達(dá)50。還可賦予織物較好的抗菌性能，金黃色葡萄球菌抑菌率可達(dá)到92%，大腸桿菌抑菌率可達(dá)到89%。