石榴皮染料提取及對棉織物的染色應用

武利利,劉秋果,呂佳寧,劉佩佳,徐珍珍,許文莉,康慧琪

(河南科技學院,河南 新鄉 453003)

植物染料來自大自然,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,具有一定市場前景。天然植物染料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。經石榴皮色素提取液染色的毛織物和絲織物,還具有防紫外線性能[1-2]。為了得到理想的石榴皮染色效果,通過改進石榴皮色素提取工藝和織物染色工藝,選用不同的溶液提取色素和不同的媒染方法[3-4],在一定程度上提升了染色織物的色澤和耐用牢度[5-6]。

棉織物因棉纖維纖細,手感柔軟舒適,吸濕性較好,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。以天然石榴皮為原料,用20%的乙醇提取染料,研究不同pH 值和媒染劑對棉織物染色性能的影響。

1 石榴皮染料的提取及染色試驗

1.1 材料與儀器

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

儀器:752N 紫外分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司);FW200高速萬能粉碎機(北京中興偉業儀器有限公司);恒溫水浴鍋(北京永光明醫療儀器廠);電子天平(上海精天電子儀器有限公司);YG909紡織品防紫外線測試儀(溫州方圓儀器有限公司);MAX 光譜測色儀(深圳三恩馳科技有限公司)。

1.2 石榴皮色素的提取及染色

將石榴皮用粉碎機粉化,然后和20%乙醇按照25 g/L制備混合溶液,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。

染色方法采用后媒法,按浴比1∶100,染液pH 值用NaOH 和鹽酸調節,在不同染浴pH 值(4～5、7、8～9)條件下,在70 ℃恒溫水浴鍋中直接染色70 min,按照0.5 g/L 加入藍礬、明礬、綠礬不同媒染劑,再染色20 min,取出水洗烘干。

1.3 測試指標

(1)顏色特征值

在三恩馳MAX 光譜測色儀上測定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 值表示了染色深度,該值越大則顏色越深[7-8]。

(2)吸光度

利用752N 紫外分光光度計測定石榴皮提取液的吸光度。

(3)耐皂洗色牢度

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。

(4)防紫外線特征

在YG909-II紡織品防紫外線測試儀上,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 不同pH值對石榴皮提取液吸光度影響

在3種不同pH 值下,20%乙醇溶液,恒溫60 ℃,時間40 min,提取石榴皮色素,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,從圖中可以看出在300 nm 波段,20%乙醇提取液pH 值4～5時出現最大值。在3種不同pH 值條件下,在紫外光區400 nm 以內的吸光度均表現出了較好的吸收能力,說明具有一定的防紫外線功能。

圖1 不同pH 值石榴皮提取液吸光度曲線

采用后媒染法對棉織物進行染色,在測色儀采用D65光源、10°角度、波長400 nm 條件下,測定染色織物顏色特征值L*、a*、b*、c*、h°及K/S 值,不同媒染劑條件下棉織物的顏色特征值見表1。由表1顏色特征數值分析可知,在pH 值為7 和8～9時,即中性和堿性條件下,媒染劑為明礬,L*值最大,染出棉織物明度最大,顏色最亮,在3種pH 值中藍礬媒染條件下的b*、c*值均為最大,說明了3種媒染劑中藍礬對石榴皮色素染棉布有較好的媒染效果[9-10]。

表1 不同pH 值下染色棉織物的顏色特征值

2.2 不同媒染劑對石榴皮色素染色棉織物的影響

對石榴皮色素提取液,利用藍礬、明礬、綠礬3種不同種類的媒染劑,采用后媒染法對棉織物進行染色,在不同媒染劑條件下的K/S 值如圖2所示。K/S 值在顏色特征值里面代表了染色深度,其數值越大,染色越深,從圖中可知藍礬的染色深度最大,綠礬次之,明礬最小[11]。

在不同pH 值綠礬媒染劑條件下,由表2可看出顏色色相不再是明顯的黃色色相,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絡合物結構,使色相發生了變化[12]。從圖2和表2綜合來看,雖然綠礬的K/S 值大于明礬,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中性條件下明礬和綠礬染色深度基本一致,作為媒染劑與綠礬相比明礬更適合作為石榴皮染料的黃色系染色[13-14]。

表2 不同媒染劑染色效果

圖2 不同媒染劑下染色棉織物的K/S 值

2.3 石榴皮色素染色棉布的耐皂洗色牢度

表3為石榴皮染料染色棉織物的耐皂洗色牢度測試結果。由表3 可以看出,在3 種不同媒染劑、不同pH 值條件下棉織物的沾色均在4 級及以上,效果較好。在藍礬媒染條件下,其變色牢度主要在3～4級,具有一定的可使用性。在明礬媒染劑條件下,隨著pH值升高,染液由酸性到中性,再變化為堿性,其變色牢度逐漸變好。

表3 耐皂洗色牢度測試結果

3 石榴皮色素在手工扎蠟染中的設計應用

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,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,染色效果如圖3所示。

圖3 石榴皮染液在棉布扎蠟染應用中的效果圖

4 結論

(1)用石榴皮染色棉織物,在pH 值為7 和8～9時,即中性和堿性條件下,媒染劑為明礬,L*值最大,染出棉織物的顏色明度最大。在藍礬媒染條件下的b*、c*值均為最大,染色后的棉布黃色效果為最好,明礬、藍礬、綠礬3種媒染劑中藍礬對石榴皮染棉布有較好的媒染效果。綠礬的K/S 值大于明礬,染色深度低于藍礬,但由于色相發生了變化,呈現棕褐色,不適用于黃色系的染色。在pH 值為7時明礬和綠礬染色深度基本一致,明礬為媒染劑更適合作為石榴皮染料的黃色系染色。

(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,其變色牢度主要在3～4級,具有較好的可使用性。在明礬媒染劑條件下,隨著pH 值升高,其變色牢度逐漸變好。