天然紅茶染料的提取及在桑蠶絲織物上的染色

沈藝丹，汝吉東

（常熟理工學院 紡織服裝與設計學院，江蘇 常熟 215500）

草木染具有深厚的歷史文化底蘊和鮮明的民族特色，紅茶經過百年的濫觴精進、縱橫開闔，屢次代表中國茶葉走向世界[1]，并且紅茶中的茶色素具有抗氧化、抗菌、抗病毒等功效[2]，將天然紅茶作為染料運用于草木染技術中，不僅是對中國傳統工藝技術的傳承，也開拓了紅茶在服裝產業的應用方向。

桑蠶絲具有優良的染色性能，對酸、中、堿性染料都能上染[3]。針對桑蠶絲織物對天然染料染色的色牢度低、抗紫外效果差等問題，通常使用媒染劑改善，但媒染劑會污染環境，所以選用天然單寧酸媒染劑。本研究主要探討天然紅茶染料的提取和對桑蠶絲織物的上染及其染色牢度等情況[4]，為實現天然紅茶染料提取和染色過程的天然環保化提供參考[5]。

1 紅茶天然色素的提取

1.1 材料、試劑與儀器

材料：紅茶、去離子水；試劑：無水乙醇、稀鹽酸、氫氧化鈉；儀器：SYC-2A雙功能水浴恒溫振蕩器、PHS-3C pH計、FA2104電子天平、DHG-9070A電熱鼓風恒溫干燥箱、SHZ-D循環水式真空汞、紫外-可見分光光度計。

1.2 試驗方法

1.2.1 紅茶染料的提取

本試驗采用金駿眉作為天然染料，采用無水乙醇提取法提取色素。取1 g天然紅茶磨成小顆粒，按相應料液比加入適量無水乙醇，將恒溫振蕩器設定成相應溫度、時間進行提取，靜置、冷卻、過濾。采用單因素試驗法，分別考察料液比、提取溫度、無水乙醇質量分數和提取時間對色素提取率的影響。

1.2.2 最大吸收波長與色素含量測定

稀釋100倍提取液，去離子水作空白參比，掃描200～800 nm波長得到吸收光譜，如圖1所示，色素在278 nm處的吸光度最大。取紅茶浸提液2 mL，在100 mL定容瓶內稀釋定容后，于最大吸收波長處測定吸光度，以測定浸提液中的色素含量。

圖1 紅茶提取液吸收光譜曲線

1.3 結果與討論

1.3.1 料液比

在試驗時間40 min、試驗溫度60 ℃、無水乙醇質量分數60%的條件下，保持40 V勻速振蕩，將料液比分別設置為1∶5、1∶10、1∶20、1∶50，考察料液比對吸光度的影響，結果如圖2所示。由圖2可知，紅茶提取液的吸光度隨著料液比的減小先升后降，料液比為1∶20時提取效果最佳。

圖2 料液比對吸光度的影響

1.3.2 無水乙醇質量分數

在試驗時間40 min、試驗溫度60 ℃、料液比1∶20的條件下，保持40 V勻速振蕩，將無水乙醇質量分數分別設置為40%、50%、60%、70%，考察無水乙醇質量分數對紅茶色素吸光度的影響，結果如圖3所示。由圖3可知，無水乙醇質量分數在60%時提取效果較佳，當水與有機溶劑處于合理配比時，可使紅茶色素極大程度地溶出。

圖3 無水乙醇質量分數對吸光度的影響

1.3.3 試驗溫度與時間

在試驗時間40 min、無水乙醇質量分數60%、料液比1∶20的條件下，保持40 V勻速振蕩，將試驗溫度分別設置為60、70、80、90 ℃，考察試驗溫度對紅茶色素吸光度的影響；在料液比1∶20、試驗溫度60 ℃、無水乙醇質量分數60%的條件下，保持40 V勻速振蕩，將試驗時間分別設置為40、60、80、100 min，考察試驗時間對紅茶色素吸光度的影響。根據結果可知，天然紅茶色素的吸光度隨著試驗時間的延長而升高，并且在80 min時達到最大；提取效果隨著溫度的升高先增后減，提取溫度為90 ℃時最優。

2 紅茶染料對桑蠶絲織物染色

2.1 材料、試劑與儀器

材料：蠶絲、紅茶、去離子水；試劑：單寧酸、無水乙醇、無水碳酸鈉；儀器：SYC-2A雙功能水浴恒溫振蕩器、PHS-3C pH計、SW-12J耐洗色牢度試驗機、Y571A耐摩擦色牢度測試儀、DHG-9070A電熱鼓風恒溫干燥箱、SHZ-D循環水式真空汞。

2.2 試驗方法

2.2.1 桑蠶絲織物的處理與染液提取

首先，在室溫下進行15 min預處理，按照1∶50的料液比，加入1.2 g/L的無水碳酸鈉；其次，在沸煮（98～100 ℃）情況下煮練90 min，隨后用50 ℃溫水浸泡10 min；最后，在室溫下用冷水洗凈，晾干，并且在最優提取條件下提取染液備用。

2.2.2 媒染

采用前媒染法，選用單寧酸作為媒染劑。具體如下：先將處理好的桑蠶絲織物浸泡在單寧酸媒染劑溶液中，并于45 ℃水浴中處理45 min，取出樣布再投入紅茶提取液（料液比1∶40）中，15 min內將染液升溫至90 ℃，染色60 min，皂煮，冷水洗，烘干。

2.2.3 正交試驗

對已經過上述處理的桑蠶絲織物進行染色。先將桑蠶絲織物洗凈擠干水分，取織物1 g在室溫下入染，按照所需溫度、pH、單寧酸媒染劑用量這3個因素進行3水平染色正交試驗，水洗后晾干，測定其上染率，以此評定和比較各組試驗織物的上染情況，并探討各個因素對桑蠶絲織物染色效果的影響，確定最佳染色條件。

2.3 性能測試

分別依照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》、GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗耐摩擦色牢度》等文件進行耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度測試和色牢度的評級。

2.4 結果與討論

2.4.1 正交試驗分析

由表1可知，影響因素由大到小依次為溫度、pH、單寧酸用量。考慮到天然色素的成分復雜，溫度過高易導致染料分解變質，染色溫度定為90～100 ℃，試驗中為了操作方便采用沸染。染色最優工藝條件為沸煮、單寧酸5.0 g/L、弱酸pH=5、染色60 min。

表1 3因素3水平染色正交試驗

2.4.2 前媒染法的染色性能

針對經過上述優化工藝處理的桑蠶絲織物與未處理織物進行上染率和色牢度對比，由試驗結果可知，經過前媒染染色后的織物耐皂洗沾色和耐皂洗變色都有一定程度的改善，耐摩擦色牢度和耐日曬色牢度良好，并且織物的上染率有所提高。

3 結論

（1）天然紅茶的最佳提取工藝：料液比1∶20、無水乙醇質量分數60%、試驗時間80 min、試驗溫度90 ℃。

（2）紅茶上染桑蠶絲的最佳工藝（前媒染法）：單寧酸用量5.0 g/L、pH=5、溫度100 ℃。

（3）天然單寧酸媒染劑對環境無污染且改善了上染效果，為天然染料在織物中的染色提供了環保幫助，并且通過上述最佳提取和染色工藝處理后，桑蠶絲織物的上染率、耐水洗色牢度和耐摩擦色牢度都有了明顯提升。