天然染料花生皮色素對毛條的染色工藝探討

王 曉,聶振川,王子涵,劉剛中,王 娟

(1.煙臺南山學院 紡織與服裝學院,山東 煙臺 265706;2.山東南山智尚科技股份有限公司,山東 煙臺 265706)

花生皮作為農副產物,每年產量74萬余噸,花生皮為紅棕色膜,其主要成分為水分、灰分、脂肪、蛋白質、纖維、單寧及各種色素,具有抗氧化、抗衰老、抗病毒、抑制腫瘤及止血消腫等功效[1-2]。花生皮色素是從花生皮中提取的天然著色劑,粗品提取率可高達29.22%,花生皮染料中酚類化合物以原花青素為主,其次為黃酮類化合物,另外還有花色苷、黃酮、二氫黃酮等,耐光、耐氧化、耐酸堿,染色性能好。

將花生皮作為天然染料的來源應用到纖維上較少,曹志強等研究了花生皮天然染料在羊毛織物上的染色,發現同媒染色后織物耐干濕色牢度均有所提高,且織物顏色與直接染色相比差別較大[3]。Pandey等研究了花生皮染料在羊毛、蠶絲及棉織物上的染色,染色織物具有良好的牢度性能、防紫外線和親膚性,得出花生皮這一農業副產物在紡織品染色上的應用具有可行性。但現有技術中只是利用花生皮色素對羊毛織物染色進行了一些探討,還不能滿足實際生產的需要[4-5]。對毛條染色方法的研究較少,通過試驗探討不同因素對毛條染色效果的影響,并對色牢度和強力進行測試,確定最佳染色工藝。

1 花生皮色素對毛條的染色工藝

1.1 材料、試劑與儀器

洗凈毛條(12.5 tex),花生皮。

硫酸鋅、硫酸銅、硫酸亞鐵、甲酸、明礬、燒堿(氫氧化鈉)、無水碳酸鈉、皂片、固色劑TS-102。

Y571B型摩擦色牢度儀(寧波紡織儀器廠),SW-24D 耐洗色牢度試驗機(寧波紡織儀器廠),YG004E型電子單纖維強力儀(寧波紡織儀器廠),UV-2000 紫外可見光分光光度計(杭州哈析儀器儀表有限公司),721型光譜儀,數顯恒溫水浴鍋,EL602 電子秤,Y801 N 型恒溫八籃烘箱,EL20 型實驗室p H 計,RE-501型旋轉蒸發儀(上海科興儀器有限公司)。

1.2 花生皮色素提取

花生皮色素制備流程如下[1,6]:取花生皮→烘干→研磨→提取→離心(時間為10 min,轉速為1 000 r/min)→過濾→蒸發→冷卻→計算粗品提取率。

提取工藝條件為乙醇濃度60%、料液比1∶30、溫度40 ℃、時間60 min。花生皮染料粗品提取率可達29.22%。

1.3 花生皮色素對毛條的染色工藝

采用同媒法上染毛條,將染料和媒染劑明礬同時加入到染浴中,升溫至90 ℃,保溫一定時間,同時進行媒染處理,染色后進行固色,熱水沖洗,最后冷水沖洗并烘干[7]。染色工藝曲線如圖1所示。

圖1 同媒法染色工藝曲線

1.4 K/S 值測試

采用美國Datacolor SF-600電腦測色儀在D65光源下,以10°為視角100%紫外過濾和全反射的條件下測試,每個樣品測試8次,求均值[11]。

2 花生皮色素對毛條的染色結果分析

對影響花生皮色素上染毛條染色效果的因素(p H值、染料用量、染色溫度、染色時間),通過單因素試驗進行討論,尋求上染較佳工藝[8]。

2.1 p H值對染色效果的影響

以花生皮染料為染液,設定染料用量12%(owf)、染色溫度90℃、保溫時間80 min,在p H 值范圍為4～8內進行試驗,p H 值對花生皮色素上染效果的影響見表1。

表1 p H 值對毛條上染效果的影響

從表1可看出,K/S值隨p H 值的增加先增大后減小,在p H 值為6左右時最高。p H 值過大,纖維難與染料結合,得色下降且纖維損傷也會增加,可選擇p H 值為6.0進行實踐。

2.2 染料用量對染色效果的影響

染料上染量取決于纖維中能與花生皮色素化學分子反應的基團[9]。以花生皮染料為染液,設定染色溫度90 ℃、保溫時間80 min、p H 值6.0,采用染料用量2%(o wf)～16%(owf)、分度值為2進行試驗,染料用量對毛條上染效果的影響見表2。

表2 染料用量對毛條上染效果的影響

由表2 可看出,隨花生皮染料用量的增加,纖維K/S值增加,當花生皮染料用量增加到4%左右時,K/S值增加速率最快,花生皮染料用量繼續增加,K/S值增加速率放緩,花生皮染料用量為6%(o wf)到12%(owf)之間的K/S值基本勻速增加,且在染料用量為12%(owf)左右時達到最大,用量繼續增加,K/S值基本不變[10]。因此染料用量為12%(owf)時染色效果最佳,毛條的上染效果最好。

2.3 染色溫度對染色效果的影響

以花生皮染料為染液,設定染料用量12%(owf)、保溫時間80 min、p H 值6.0,采用染色溫度60～95℃、分度值為5 ℃進行試驗,染色溫度對花生皮色素上染效果的影響見表3。

表3 染色溫度對毛條上染效果的影響

由表3可見,隨溫度增加K/S值也增加,當溫度超過90 ℃后,K/S值升高并不明顯,而且溫度越高對纖維的損傷也越大,因此最佳上染溫度確定為90 ℃。

2.4 保溫時間對染色效果的影響

以花生皮染料為染液,設定染料用量12%(owf)、染色溫度90 ℃、p H 值6.0,保溫時間對花生皮色素上染效果的影響見表4。

表4 保溫時間對毛條上染效果的影響

由表4可知,時間為50 min時染料只是附著在纖維表面,并沒有與纖維中的基團發生反應。而70 min時染料分子進入纖維內部,與纖維中的基團發生反應。80 min時染料分子上染基本完成,90 min上染效果變化不明顯。確定花生皮色素上染毛條最佳保溫時間為80 min。

3 纖維性能測試結果和分析

用同媒法在花生皮色素用量12%(owf)、染色溫度90 ℃、p H 值6、保溫時間80 min的條件下進行染色,測定染色前后纖維的性能變化。

3.1 色牢度測試結果

分別對染色后纖維的耐洗色牢度、耐日曬色牢度、耐摩擦色牢度進行測試,結果見表5。

表5 花生皮染料染羊毛纖維的色牢度

由表5可知,染色后纖維的各項色牢度均達到4級及以上,特別是耐摩擦色牢度達到4～5級。

3.2 纖維強力和斷裂伸長測試結果

用YG004E 型電子單纖維強力儀,按照GB/T 4711—1984《羊毛單纖維斷裂強力和伸長試驗方法》對染色前后纖維進行強力測試。染色前后纖維的斷裂強度和斷裂伸長率結果見表6。染色后纖維的斷裂強度和斷裂伸長損傷較少。

表6 花生皮染料染羊毛纖維的強力和斷裂伸長

4 結 論

(1)花生皮色素是在浴比1∶30、p H 值3、溫度40℃、乙醇濃度60%、時間60 min的條件下提取,花生皮染料粗品提取率可達29.22%。

(2)通過同媒法進行染色試驗,花生皮色素染毛條最佳工藝條件為染料用量12%(owf)、染色溫度90℃、p H 值6、保溫時間80 min。

(3)花生皮色素染毛條后,毛條的耐水洗色牢度、耐日曬色牢度、耐摩擦色牢度均在4級以上,且染色對纖維的強力、斷裂伸長影響較小。