石榴皮染料對酶預處理棉針織物染色性能的研究

趙 寬，楊詩怡，侯秀良

(1.江陰職業(yè)技術(shù)學院 環(huán)境與材料工程系，江蘇 江陰 214405；2.生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

天然染料綠色環(huán)保，對人體無毒無害，具有良好的生物降解性和環(huán)境相容性，采用天然染料對麻、棉織物進行染色，開發(fā)純天然紡織品符合生態(tài)紡織品開發(fā)的需求[1-2]。

石榴皮是石榴的干燥果皮，性酸、味澀,具有澀腸止瀉、止血、驅(qū)蟲之功效。石榴果皮中含有大量的天然黃色素，其主要成分是石榴多酚[ 3]，具有一定的抗菌、抗病毒、消炎等特性[ 4]。棉織物生物酶處理條件緩和，不僅十分安全放心，而且也不會對生態(tài)環(huán)境造成影響和破壞，經(jīng)過纖維素酶處理后的織物手感十分的柔軟和舒適，能夠提高織物的附加值，因而人們越來越將注意力放在棉織物的生物酶處理技術(shù)上[5-6]。

前人對于從植物中提取天然色素已進行了有關(guān)探索，但是采用破壁法從石榴皮中提取石榴皮染料尚為空白，石榴皮染料對酶預處理過的棉針織物的染色性能亦鮮有研究。本文主要研究采用破壁法從石榴皮中提取石榴皮染料的最佳工藝，并研究使用該染料染酶預處理棉針織物，分析其染色性能。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

棉針織物(28 tex純棉紗，緯平針組織，橫密41.6行/(5 cm)，縱密52.6列/(5 cm)，每小塊11.2 g)、干燥石榴皮(自然曬干)。

1.2 化學試劑

去離子水、明礬(KAl(SO4)2·12H2O，分析純，蘇州信清科技有限公司)、冰醋酸(CH3COOH，分析純，茂名市雄大化工有限公司)、纖維素酶(江蘇銳陽生物科技有限公司)。

1.3 實驗儀器

WFB-E16型細胞破壁機(江門市西屋小家電有限公司)，TG1650-WS型臺式高速離心機(上海盧湘儀離心機儀器有限公司)，EL204型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)，Color-eye7000A Spectrophotometer電腦測配色系統(tǒng)(美國Macbeth公司)，EL20型pH計(梅特勒-托利多儀器有限公司)，TU-1901型紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)，SW-12AⅡ型耐洗色牢度試驗機(溫州大榮紡織標準儀器廠)，Y(B)571Ⅱ型耐摩擦牢度儀(溫州大榮紡織標準儀器廠)，HD026N+型電子織物強力儀(南通宏大實驗儀器有限公司)，Y522型圓盤式織物耐磨儀(溫州方圓儀器有限公司)。

1.4 優(yōu)化石榴皮染料提取條件實驗

包括石榴皮在內(nèi)的天然植物染料的提取方法有熱浸提法、超聲法、高速破壁法等，其中高速破壁法最優(yōu)[7]，料液比選擇1∶30[8]。通過本文實驗，獲得高速破壁法提取石榴皮染料的最佳工藝條件。

1.4.1 提取時間對吸光度的影響

將干燥石榴皮在細胞破壁機中進行破壁處理，在相同溫度下分別將石榴皮破壁處理12、18、24、30、36和42 min，提取石榴皮色素。提取過后將濁液取出，取10 mL進行離心處理，離心機轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，時間為15 min，離心處理后取約4 mL上層清液，在常溫下將溶液稀釋500倍。用紫外可見分光光度計對不同提取方法所提取出的稀釋溶液進行光譜掃描。掃描后將得出的數(shù)據(jù)導出后畫出不同條件下提取液的吸光度的圖形，進行直觀的分析和比較。

1.4.2 提取溫度對吸光度的影響

將破壁機調(diào)為保溫模式，分別將溫度設(shè)置為60、70、80、90 ℃，達到溫度后將石榴皮在細胞破壁機中進行40 min的破壁處理。之后實驗過程同上。

1.5 纖維素酶預處理、染色及顏色特征測試

1.5.1 預處理

預處理處方如下：纖維素酶質(zhì)量濃度15 g/L，浴比1∶15，溫度45 ℃，pH值(冰醋酸調(diào)節(jié))4.5，處理時間180 min。預處理工藝曲線見圖1。

圖1 預處理工藝曲線

1.5.2 染 色

媒染劑可以提高石榴皮染料的染色牢度，常用的媒染劑有硫酸亞鐵、氯化亞錫、重鉻酸鉀、明礬等，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)鋁媒染和銅媒染染出的顏色較為鮮艷明朗，但是Cu2 +對纖維素酶有抑制作用，最后選用明礬作為媒染劑[9]。

將媒染劑和染料一并投入到染浴中處理織物，選用同浴媒染法進行染色[10]。

染色實驗共分為4組進行，第1組為酶處理鋁離子媒染實驗，第2組為酶處理直接染實驗(除無明礬以外，同第1組實驗)，第3、4組實驗為第1、2組實驗未進行酶處理的對照實驗組。

酶處理鋁離子媒染實驗工藝處方：采用高速破壁法以上述最佳工藝處理后，經(jīng)過濾烘干提取石榴皮染料，并配制成16 g/L的石榴皮染液，明礬質(zhì)量濃度25 g/L，pH值4，浴比1∶30，染色溫度95 ℃，染色時間50 min。酶處理鋁離子媒染實驗染色工藝曲線見圖2。

圖2 酶處理鋁離子媒染實驗染色工藝曲線

1.5.3 染色后織物顏色特征測試

將染色后的樣品置于標準條件下預處理24 h，D65光源，測定其K/S值以及顏色特征值L*、a*、b*、c*，試樣的每個顏色特征值分別選取5個測試點的平均值。

1.6 石榴皮染色棉針織物的性能測試

1.6.1 色牢度測試

染色織物的耐皂洗色牢度根據(jù)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測定，耐摩擦色牢度根據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》測定，色牢度的變色等級依據(jù)GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》評定，色牢度的沾色等級依據(jù)GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》評定。

1.6.2 頂破強力測試

根據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》測試織物的頂破強力。

1.6.3 耐磨性測試

根據(jù)GB/T 21196.3—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第3部分：質(zhì)量損失的測定》測試織物的耐磨性。

2 結(jié)果與討論

2.1 石榴皮染料提取的最佳條件

將不同條件下提取出的石榴皮染料稀釋后借助分光光度法，通過比較各組的吸光度來得出最佳提取條件。由比爾-朗伯定律，當光通過石榴皮染料稀釋液時，光的減弱程度正比于光通過介質(zhì)的光程，實驗分為細胞破壁提取時間在12、18、24、30、36、42 min下的吸光度，測得在42 min時所提溶液吸光度最高，但是隨著提取時間的增加，吸光度雖然逐漸增加，但增長速度已經(jīng)十分緩慢，綜合考慮成本問題，取40 min左右為宜。

在溫度為60、70、80、90 ℃ 4種溫度下提取石榴皮色素的吸光度曲線，60 ℃條件下吸光度最低，其他3組不同提取溫度下提取液的吸光度差異并不明顯，經(jīng)仔細對比發(fā)現(xiàn)80 ℃時吸光度稍高于其他幾組，由此可認為在較高溫度下所提取出物質(zhì)的量影響不大。

2.2 染色后棉針織物的性能分析

2.2.1 顏色特征值分析

不同染色方式下棉針織物的顏色特征值的測試結(jié)果見表1。可以看出，經(jīng)過纖維素酶預處理后的織物K/S值較大，顏色更深，未經(jīng)過酶處理直接上染的織物的K/S值較小，說明纖維素酶預處理可以一定程度上提高上染百分率，而有鋁媒染劑處理的樣品，經(jīng)纖維素酶預處理的染色效果提升更為明顯。這是因為棉纖維在纖維素酶的作用下，表面部分纖維素水解，部分地改變了分子組織排列結(jié)構(gòu)，使纖維的無定形區(qū)增加，結(jié)晶度下降，使得染色織物顏色特征值升高。

表1 不同染色方式下棉針織物對應的顏色特征值

2.2.2 色牢度分析

纖維素酶預處理石榴皮染色棉針織物的色牢度檢測結(jié)果見表2。可以看出，經(jīng)過纖維素酶預處理試樣的色牢度符合要求，且媒染劑的使用使樣品的色牢度有所提高。一方面棉纖維經(jīng)過纖維素酶處理以后，染料更加容易滲透進纖維內(nèi)部，且結(jié)合力得到提升；另一方面是鋁媒染過程中媒染劑的鋁離子作為中心離子，和棉織物、石榴皮染料分子中的配位基團形成配合，提高了染料分子對棉纖維的附著力，因此提高了色牢度[11]。

表2 纖維素酶預處理石榴皮色牢度檢測

2.2.3 頂破強力分析

經(jīng)測試，未經(jīng)過酶處理鋁媒染織物的平均頂破強力是64.2 N,頂破高度是17.312 mm，纖維素酶處理鋁媒染織物的平均頂破強力是59.9 N,頂破高度是16.362 mm，分析實驗結(jié)果可知，經(jīng)過纖維素酶預處理的樣品比未處理過的試樣的頂破強力和頂破高度都變小了，可知纖維素酶預處理導致了棉纖維中的部分纖維素水解，從而導致織物強力下降，但總體織物強力下降幅度不大。

2.2.4 耐磨性分析

織物耐磨性實驗數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出，纖維素酶處理會降低織物的耐磨性，但是耐磨性降低的幅度不大，在實際生產(chǎn)中基本可以接受，這是因為在纖維素酶處理過程中，一方面纖維的物理性能受到了損傷，降低了耐磨性；而另一方面使得纖維光滑度得到了提高，提高了耐磨性。

表3 織物耐磨性實驗數(shù)據(jù)

3 結(jié) 論

石榴皮具有一定的抗菌、抗病毒、消炎等特性，從石榴皮中提取石榴皮染料，采用破壁機提取的方法效率比較高，其最佳提取條件為提取溫度80 ℃、提取時間40 min。

棉針織物在經(jīng)過纖維素酶預處理后，織物K/S值較大，顏色更深，石榴皮染料對其上染百分率有所提高，其耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均符合要求；采用纖維素酶處理鋁媒染方法與纖維素酶處理直接染方法相比，鋁媒染織物的上染百分率和色牢度更佳；實驗結(jié)果表明：經(jīng)纖維素酶處理后的棉針織物，其強力和耐磨性沒有產(chǎn)生很大損傷，特別是耐磨性，纖維因酶處理受到少許損傷的同時，纖維光滑程度得到了提高，所以影響極小。