黑豆皮色素對羊毛織物的染色工藝

趙 寬，侯秀良,李建紅

(1.江陰職業技術學院 環境與材料工程系，江蘇 江陰 214400；2.生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122；3.廣東省東莞市德絨羊絨制品有限公司，廣東 東莞 523770)

天然染料綠色環保，對人體無毒無害，具有很好的生物降解性和環境相容性，是一種可持續的生物資源，有著悠久的使用歷史[1-2]。黑豆皮主要成分為飛燕草素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-半乳糖苷，其色澤鮮艷、著色自然，還具有抗氧化、抗菌等多種保健生理功能[3-5]。

黑豆皮色素在紡織品染色方面的研究，目前還比較少，在絲織物[6-7]和棉織物[8]以及少量的羊毛織物[9]上有所研究。本文利用控制變量法[10-11]探究黑豆皮色素在羊毛織物上的最佳染色工藝，并對染色織物進行色牢度、抗菌性、抗紫外線性能等進行檢測，以期開發其應用價值，為產業化提供理論基礎。

1 試 驗

1.1 試驗材料和儀器

試驗材料：全毛華達呢坯布,紗線線密度58 Nm/2、經密402 根/(10 cm)、緯密225 根/(10 cm)、面密度237 g/m2,無錫協新毛紡織有限公司。

藥品：黑豆皮色素(陜西昊辰生物科技有限公司)，硫酸鋁鉀、硫酸亞鐵、醋酸和碳酸氫鈉(分析純，國藥控股化學試劑有限公司)。

儀器：EL-204電子天平、ME3002E天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，AHIBA染色機(瑞士Datacolor公司)，CI7800電腦測配色儀(上海羅中科技有限公司)，SW-12AⅡ型耐洗色牢度試驗機(溫州大榮紡織標準儀器廠)，YG(B)912E型紡織品防紫外性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 染色工藝

直接染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸調節pH值為4，室溫下投入羊毛織物，1.5 ℃/min升溫至90 ℃，保溫90 min，取出，冷水洗，熱水洗，皂洗，冷水沖洗，晾干。

預媒染色：媒染劑3%(owf)，浴比1∶100，室溫下投入羊毛織物，1.5 ℃/min升溫至60 ℃，保溫40 min，降至室溫，加入黑豆皮色素6%(owf)，醋酸調節pH值為4，1.5 ℃/min升溫至90 ℃，保溫90 min，取出，冷水洗，熱水洗，皂洗，冷水沖洗，晾干。

同媒染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸調節pH值為4，加入媒染劑3%(owf)，1.5 ℃/min升溫至90 ℃，保溫90 min，取出，冷水洗，熱水洗，皂洗，冷水沖洗，晾干。

后媒染色：黑豆皮色素6%(owf)，浴比1∶100，醋酸調節pH值為4，室溫下投入羊毛織物，1.5 ℃/min升溫至90 ℃，保溫90 min，降至室溫，加入媒染劑3%(owf)，1.5 ℃/min升溫至60 ℃，保溫40 min，取出，冷水洗，熱水洗，皂洗，冷水沖洗，晾干。

1.3 性能測試

1.3.1K/S值測定

用CI7800電腦測配色儀測定染色織物K/S值、明度值L*、紅綠色彩指數a*、黃藍色彩指數b*，每塊染色織物取不同部位測3次，取平均值。

1.3.2 染色牢度測試

耐皂洗色牢度依據GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗 耐皂洗色牢度》測試，耐日曬色牢度參照GB/T 8427—2019《紡織品 色牢度試驗 耐人造光色牢度：氙弧》測試。

1.3.3 抗菌性能測試

抗菌性能委托國家紡織品服裝服飾產品質量監督檢驗中心(廣州)依據GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：震蕩法》測試。將染色織物分為2份，將其中1份樣布利用織物水洗色牢度的水洗方法進行3次水洗，另1份不做任何處理。將2塊織物作為試樣，并取未染色的羊毛坯布作為對照樣。

1.3.4 抗紫外線性能測試

抗紫外線性能依據GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》進行測試。

2 結果與討論

2.1 染色工藝對染色效果的影響

2.1.1 直接染色和媒染染色對染色效果的影響

將羊毛織物分別采取直接染色、硫酸鋁鉀預媒染色和硫酸亞鐵預媒染色3種染色工藝進行染色，通過觀察染色后水洗殘液以及染色織物表觀顏色，對比直接染色和媒染染色對染色效果的影響。

根據實驗結果發現，采取直接染色得到的染色織物表觀顏色呈現淺紫色，并且在染色后經過多次洗滌殘液中仍然有紫色色素，說明直接染色后染色織物的色牢度比較差。采用媒染染色獲得的染色織物表觀顏色比直接染色的染色織物顏色明顯深很多，經過反復洗滌顏色也未發生變化，說明媒染劑明顯提升了黑豆皮色素的上染百分率和色牢度。同時，使用硫酸亞鐵作為媒染劑時染色織物的顏色最深。

2.1.2 媒染方式對染色效果的影響

以硫酸亞鐵為媒染劑，采取預媒染色、同媒染色和后媒染色3種方式進行染色，染色織物K/S值和顏色特征值測試結果見表1。

表1 媒染方式對染色效果的影響

從表1可以看出，在3種媒染染色方法中，預媒染色織物顏色最深，同媒染色顏色最淺，這主要是媒染劑硫酸亞鐵與黑豆皮色素同浴時，在染液中先形成部分的絡合物吸附在羊毛纖維表面，影響了黑豆皮色素繼續向羊毛纖維內部擴散[12]，導致上染百分率下降，顏色偏淺。同時，媒染方式對色光也有所影響，預媒染色和后媒染色織物色光偏黃紅，同媒染色織物色光偏綠，主要是由于媒染劑、黑豆皮色素、羊毛纖維結合的順序不同，氫鍵、范德華力、離子鍵等結合力的順序也不同[13]，造成色光的偏差。

2.2 預媒染色工藝因素的影響

2.2.1 黑豆皮色素用量對染色效果的影響

采用硫酸亞鐵預媒染色，黑豆皮色素用量分別為3%、6%、9%、12%(owf)，染色織物的K/S值和顏色特征值見表2。

表2 黑豆皮色素用量對染色效果的影響

由表2分析得出，隨著黑豆皮色素用量的增加，染色織物的K/S值越來越大，但是當用量為9%(owf)時，K/S值最大，繼續提高用量，K/S值反而略有下降，這主要是因為羊毛纖維上的染座數量有限，染料上染會有一個飽和值，達到飽和值后，再增加染料用量反而造成染料聚集在染液中而不上染到纖維上[14]。

2.2.2 pH值對染色效果的影響

采用硫酸亞鐵預媒染，黑豆皮色素用量為9%(owf)，染液pH值分別為3、4、5，染色織物K/S值和顏色特征值見表3。

表3 pH值對染色效果的影響

由表3可知，當黑豆皮染液的pH值為4時，羊毛染色織物的K/S值最大。而且隨著染液pH值的變化，a*值和b*值都顯現規律性下降趨勢，從鮮艷透亮的紅黃色系變成了暗沉的藍綠色系。尤其是當pH值從3到4時，a*值從8.27下降到3.22，說明染液pH值對黑豆皮色素的紅光影響很明顯。

綜上，黑豆皮色素最佳染色工藝為采用硫酸亞鐵預媒染，黑豆皮色素用量為9%(owf)，染液pH值為4。

2.3 染色織物性能測試

2.3.1 染色牢度測試

采用硫酸亞鐵預媒染，黑豆皮色素用量為9%(owf)，染液pH值為4，染色織物的色牢度見表4。可知，染色織物的耐皂洗色牢度和耐人造光色牢度均符合國家標準要求。

表4 染色織物的色牢度

2.3.2 抗菌性能測試

采用硫酸亞鐵預媒染，黑豆皮色素用量為9%(owf)，染液pH值為4，染色織物的抗菌性能測試數據見表5。

表5 染色織物的抑菌率

由表5可知，染色織物雖然對白色念珠菌的抗菌效果不好，染色后只有10%的抑菌率，水洗3次后更是失去了對白色念珠菌的抑菌性，但是對大腸桿菌的抑菌率達到了75%以上，對金黃色葡萄球菌的抑菌率更是大于99%，在水洗3次后其抑菌性幾乎沒有變化，說明其具有較好的抗菌性，究其原因，是因為黑豆皮色素中含有大量的花色苷，花色苷是一種黃酮類化合物，是一種天然抗菌物質，已與羊毛纖維結合，使織物具有了抗菌性能。

2.3.3 抗紫外線性能測試

采用硫酸亞鐵預媒染，黑豆皮色素用量為9%(owf)，染液pH值為4，染色織物的抗紫外線性能測試數據見表6。

表6 染色織物的抗紫外性能

由表6可以看出，染色后織物紫外線防護系數有了很大提高；另外，對長波的阻攔提高了10倍左右，對短波的阻攔也有改善，綜合抗紫外線性能有了顯著提升。說明黑豆皮色素具有天然的抗紫外線性能，染色織物可用作抗紫外線的服用面料。

3 結 論

使用黑豆皮色素對羊毛織物進行染色，在直接染色、硫酸亞鐵預媒染、硫酸鋁預媒染3種方式中，經直接觀察得出硫酸亞鐵預媒染上染百分率最高。利用控制變量法，調整媒染方式、染料用量、染色pH值這3個主要變量，通過測試K/S值，得出最佳染色工藝為：硫酸亞鐵預媒染染色工藝，染色浴比1∶100，染色溫度60 ℃，預媒染時間40 min，硫酸亞鐵用量為3%(owf)，黑豆皮色素用量為9%(owf)，pH值為4，染色溫度90 ℃，染色時間90 min。

在最佳染色工藝條件下獲得的染色織物，耐皂洗色牢度和耐人造光色牢度符合國家標準，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有良好的抑制作用，抗紫外線性能有顯著的提升。