不同酸堿條件下石榴皮色素的提取及其對棉織物的染色應用

武利利，呂佳寧，劉秋果，王彬峰，代 磊

(河南科技學院, 河南 新鄉 453003)

植物染料來源于大自然，具有綠色生態可循環再生的特點。隨著綠色健康消費觀念的興起，關于天然植物染料染色性能的研究，具有廣闊的市場前景。石榴皮作為我國一種傳統中藥，富含多酚和鞣酸等成分，具有清熱、解毒、抗菌等功效。石榴皮提取液染色的毛織物和絲織物，具有防紫外線性能[1-2]。為了得到理想的織物染色效果，通過改進石榴皮色素提取工藝和織物染色工藝，選用了不同溶液提取色素、不同媒染劑和輔助方法染色[3-4]，在一定程度上提升了染色織物的色澤和色牢度[5-6]。

棉織物手感柔軟舒適且吸濕性較好，同時棉織物價格經濟實惠，深受人們喜愛，是常見的服裝面料。石榴為落葉喬木植物，在我國南北各地區均有廣泛種植，石榴皮中含有的黃色素成分，是一種天然的黃色系染料，無毒、無害、無污染，其染色產品被越來越多的消費者接受和喜愛。本文以天然石榴皮為原料，采用不同pH值的20%乙醇溶液提取色素并對棉織物進行染色，探討不同pH值條件下所提取的石榴皮染液對棉織物染色效果的影響，確定了最佳的提取pH值和媒染條件。

1 試 驗

1.1 試驗材料

烘干石榴皮(產地河南新鄉)；純棉平紋織物(經向密度為210根/(10 cm)，緯向密度為266根/(10 cm)，面密度93 g/m2，河南玉錦紡織品有限公司)；十二水合硫酸鋁鉀(明礬，分析純，天津市天力化學試劑有限公司)；五水硫酸銅(藍礬)、硫酸亞鐵(綠礬)(分析純，天津市光復科技發展有限公司)。

1.2 石榴皮色素的提取及染色

石榴皮色素提取：將烘干的石榴皮用粉碎機粉化，石榴皮和20%乙醇按照25 g/L制備混合溶液，并用氫氧化鈉和鹽酸調節3種pH值(4～5、7、8～9)，在60 ℃恒溫水浴鍋中恒溫加熱40 min，抽濾得到石榴皮色素提取液，備用。

染色方法：采用石榴皮色素提取液，按浴比1∶100，采用后媒法在70 ℃恒溫水浴鍋中對棉織物直接染色70 min，按照0.5 g/L加入3種不同媒染劑(明礬、藍礬、綠礬)，再染色20 min，取出水洗烘干。

1.3 性能測試

吸光度測定：利用752 N紫外分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)測定石榴皮提取液的吸光度。

顏色特征值測定：在MAX光譜測色儀(深圳三恩馳科技有限公司)上測定L*、a*、b*、c*、h及染色深度K/S值，每個試樣折疊2次隨機改變測量點取5次測量的平均值。其中L*表示明度，該值越大顏色越亮，a*表示紅綠軸，正數表示顏色偏紅色，負數表示顏色偏綠色；b*表示黃藍軸，正數表示顏色偏黃色，負數表示顏色偏藍色；c*表示飽和度，其值越大顏色越純正，色澤越鮮艷；h表示色相，主要區別顏色種類；K/S值表示染色深度，該值越大則顏色越深[7-8]。

耐皂洗色牢度測定：根據GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》中A(1)法測定棉布試樣的變色和沾色牢度。

防紫外線特征測定：參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》在YG909-II紡織品防紫外線測試儀(溫州方圓儀器有限公司)上，對染色前后的棉布試樣隨機改變測量點取3次測量平均值。

2 結果與討論

2.1 石榴皮提取液吸光度

將3種不同pH值4～5、7、8～9及不調節pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液，稀釋200倍在不同波長下測試其吸光度，吸光度曲線如圖1所示。由圖示出，不同pH值及不調節pH值條件下的石榴皮色素20%乙醇提取液吸光度290～330 nm波段時均出現最大值，其中pH值4～5石榴皮色素20%乙醇提取液的吸光度具有最大的波峰值。3種不同pH值條件下，石榴皮色素提取液在紫外光區均表現出了較好的吸收能力，具有一定的紫外線吸收功能。

圖1 不同pH值石榴皮色素提取液吸光度曲線

2.2 不同媒染劑對棉織物染色的影響

2.2.1 顏色特征值

在不同pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液中，選用明礬、藍礬、綠礬3種不同媒染劑對棉織物進行媒染染色，不調節pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液進行直接染色，用測色儀在D65光源，10°視角，波長400 nm條件下測試染色棉織物的顏色特征值L*、a*、b*、c*、h及K/S值，所測數值如表1所示。由表1可知，不同pH值條件下的提取液經媒染染色后，織物的顏色特征值在顏色偏黃條件下，好于不調節pH值的石榴皮色素20%乙醇提取液進行直接染色所得織物的顏色特征值，且直接染色所測K/S值為3.10，染色深度不如媒染染色效果好，因此采用媒染劑進行染色。在明礬、藍礬、綠礬3種媒染劑條件下，在pH值為7時所提取的石榴皮色素提取液中加入明礬為媒染劑時，L*值最大，棉織物染色明度最好，顏色最明亮；媒染劑為綠礬時，L*值最小，顏色最暗沉。在3種不同pH值(4～5、7、8～9)石榴皮色素提取液條件下，藍礬媒染的b*、c*值均為最大，染出的黃色最純正，色澤最鮮艷，綠礬媒染的b*、c*值均為最小，黃色效果最差[9-10]。

表1 不同媒染劑及pH值條件下染色棉織物顏色特征值

3種不同pH值條件下所提取的石榴皮色素提取液中，加入不同媒染劑后對棉織物染色的K/S值(表1)，可知，藍礬為媒染劑條件下棉織物的K/S值最大，所染顏色最深，綠礬次之，明礬最小[11]。

2.2.2 染色效果

在不同pH值石榴皮色素20%乙醇提取液條件下，將明礬、藍礬、綠礬作為媒染劑對棉織物染色的顏色效果如圖2～4所示，由圖示出，在綠礬為媒染劑條件下，織物顏色色相不再是明顯的黃色色相，其發生了變化，呈現出棕褐色，這是由于綠礬中的亞鐵離子與石榴皮色素結合形成的絡合物結構，使色相發生了變化[12]。從表1和圖2～4綜合來看，藍礬作為媒染劑染色棉織物效果最好。同時，雖然綠礬所媒染的織物的K/S值大于明礬所媒染的織物，染色深度較好，但由于色相發生了變化，不適用于黃色系的染色。在pH值為7時所提取的石榴皮色素提取液中，明礬和綠礬染色棉織物的K/S值相差較小，深度基本一致，作為石榴皮染料黃色系染色媒染劑，明礬好于綠礬[13-14]。

圖2 明礬媒染效果

圖3 藍礬媒染效果

圖4 綠礬媒染效果

2.3 耐皂洗色牢度分析

不同pH值石榴皮提取液棉織物染色的耐皂洗色牢度測試結果如表2所示。可以看出，在不同pH值條件下提取的石榴皮色素在不同媒染劑條件下所染的棉織物的耐皂洗沾色牢度均在4級及以上，效果較好。在藍礬媒染條件下，其變色牢度為3～4級，具有一定的可應用性。在明礬媒染劑條件下，隨著提取石榴皮色素pH值的提高，石榴皮染液pH值變高，由酸性到中性，再到堿性，其變色牢度逐漸變好。

表2 耐皂洗色牢度測試結果 級

2.4 防紫外線分析

根據GB/T 18830—2009相關標準，抗紫外線性能的評價主要指標包括紫外平均透過率(UVA和UVB)與防護指數UPF值，其中UVA(315～400 nm)為長波紫外區，UVB(280～315 nm)為中波紫外區。當測試樣品的UVA和UVB透過率低于5%且UPF值大于40時，才能說明服裝具有防紫外線能力。所測防紫外線結果如表3所示。可知，相比未染色白棉布，染色后織物的UPF值變化較小，UVA和UVB透過率較大，均低于標準要求，石榴皮提取液對棉織物染色后防紫外線能力提高較少，但是石榴皮提取液在紫外光區吸光度較好，這是因為染色的棉織物面密度較小，紗線空隙影響了防紫外線功能[15-16]。

表3 防紫外線測試結果

3 手工扎染蠟染設計應用

利用石榴皮提取液，通過捆扎、縫扎、夾扎等技法，將純棉白坯布進行染色[17-18]，染色效果如圖5所示，面料著色后產生質樸、自然的圖案效果。將熔蠟繪花于純棉白坯布后，以石榴皮提取液浸染，染色后布面呈現出黃底白花，風格獨特，具有樸實、原生態的圖案效果。

圖5 石榴皮色素在棉布扎染應用中的效果圖

4 結 論

①在3種不同pH值4～5、7、8～9及20%乙醇提取液條件下提取石榴皮色素，其對棉織物染色效果更好。采用后媒法，在不同pH值(4～5、7、8～9)及20%乙醇提取石留皮色素，后加入明礬、藍礬、綠礬3種媒染劑對棉織物染色，石榴皮色素提取液中pH值為7時，明礬為媒染劑時，染色棉織物所測顏色特征值L*值最大，明度最好，顏色最亮；綠礬媒染時L*值最小，色相變為棕褐色；藍礬媒染的b*、c*值均為最大，染出的黃色最純正，色澤最鮮艷，3種媒染劑中藍礬為媒染劑，棉織物染色效果最好。綠礬媒染的K/S值大于明礬，但由于色相發生了變化，不適用于黃色系染色，明礬作為棉織物黃色系媒染劑染色效果好于綠礬。

②在耐皂洗色牢度中染色棉織物的沾色均在4級及以上，效果較好，且好于變色效果。在藍礬媒染條件下，其耐皂洗變色牢度主要在3～4級，具有一定的可使用性。在明礬媒染劑條件下，隨著pH值的升高，其耐皂洗變色牢度逐漸變好。

③3種不同pH值下的石榴皮提取液吸光度，在紫外光區顯示出一定的紫外線吸收能力，但對實驗所用棉織物染色后，防紫外線功能沒有顯著提高，石榴皮色素染色的實驗所用棉布不具有防紫外功能。