服飾面料用的植物染料提取工藝優化及性能分析

摘 要：針對傳統酸堿變色染料用于服裝設計時安全性較差的問題，提出一種植物色素染液的提取。試驗首先對提取工藝和染色工藝進行優化，然后對其染色效果和pH響應效果進行分析。試驗結果表明，適合的色素提取方式為助提劑提取；適合的染色工藝為：染色pH值為4，染色溫度為100 ℃，染色時間為50 min，染色劑質量分數為6%。此條件染色的織物具備良好的pH響應效果，遵循酸黃堿紅的變化規律。同煤染色織物的皂洗牢固等級較直接染色皂洗牢固等級提升2級，表現出良好的染色效果。

關鍵詞：染色工藝；色素提取；pH響應變色；皂洗牢固度

中圖分類號：TQ611 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）03-0009-04

Optimization and performance analysis of plant dyeextraction process for apparel fabrics

CHEN Shi

（Sichuan Fine Art Institute，Chongqing 401331，China）

Abstract：In order to solve the problem of poor safety of traditional acid-base color-changing dyes in clothing de?sign，an extraction of plant pigment dyeing solution was proposed. First，the extraction process and dyeing processwere optimized，and then the dyeing effect and pH response effect were analyzed. The test results showed that thesuitable pigment extraction method was extraction of additives. The suitable dyeing process was as follows： the dye?ing pH value was 4，the dyeing temperature was 100 ℃，the dyeing time was 50 min，and the mass fraction of thestain was 6%. The fabrics dyed under this condition had a good pH response effect，and followed the change law ofacid yellowing and alkali red. The soaping firmness of the same coal dyed fabric was increased by 2 grades com?pared with that of direct dyeing，and the damping firmness was improved，showing a good dyeing effect.

Key words：dyeing process；pigment extraction；ph responsive discoloration；soap washing firmness

隨著現代紡織品行業的發展，其市場需求也逐漸從實用型轉變為智能型。pH 響應變色紡織品的開發是實用性紡織品朝智能型紡織品轉變的關鍵環節。開發基于天然染料的 pH 響應型變色染料對智能型紡織品的發展有重要意義。對此，部分學者也進行了很多研究，如制備了一種姜黃素pH響應型變色棉織物，并對其變色性能進行分析 [1] 。以剛果紅為發色體，制備pH響應變色染料 [2] 。以中藥茜草為基礎，探討了茜草染色織物在不同pH值環境下的變色特性 [3] 。以上學者的研究為基于天然染料的 pH 響應型變色染料的開發提供了參考。為深入研究 pH 響應變色織物的變色機理，在以上學者的研究基礎上，進一步對茜草染色織物的染色效果及pH響應效果進行分析，為天然pH響應染料的發展提供參考。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

主要材料：鹽酸（AR，吉隆化工）；氫氧化鈉（AR，晨明生物科技）；茜草根（一級品，慈緣生物科技）；無水乙醇（AR，泉旺達化工科技）；助提劑（AR，新雄生物科技）；乙酸鈉（AR，創之源生物科技）；冰醋酸

（AR，中銀新材料）；硫酸亞鐵（AR，鵬彩精細化工）；硫酸銅（AR，宇騰化工）。

主要設備：AS-24型染色小樣機（洪順印染機械）；NH310型測色配色儀（三恩時科技）；PHS-3C型數顯pH 計（納德科學儀器）。

1.2 試驗方法

1.2.1 茜草色素的提取

酸/堿/中性提取：分別在0.1 moL/L鹽酸、20 g/L氫氧化鈉溶液、去離子水中放入適量的茜草根，加熱使其沸騰，保持沸騰狀態45 min，期間需要根據液體損失量隨時補充液體。沸煮結束后，靜置混合液使其自然冷卻，過濾后得到茜草色素染液。

醇提：在無水乙醇中放入適量的茜草根，浸泡20 h后過濾，濾液為茜草色素染液。

助提劑提取：將適量助提劑放入100 mL水中，然后放入適量茜草根，沸煮一段時間后去除清液，放入100 mL水繼續沸45 min，期間需要根據液體損失量隨時補充液體。沸煮結束后，靜置混合液使其自然冷卻，過濾后得到茜草色素染液。

1.2.2 染色工藝

直接染色：按照浴比1∶50將茜草色素染液與乙酸鈉/冰醋酸緩沖液混合，得到pH值為4的茜草染液，通過染色小樣機進行染色處理。染色過程為：染液40 ℃放入織物→2 ℃/min的速率將染液升溫→恒溫染色→自然降溫至室溫→清水清洗，晾干。

預媒染色試驗：將織物提前放入5%硫酸亞鐵媒染液中預媒處理，預媒溫度和時間分別為55℃和30min，取出織物擰干后按直接染色步驟進行染色處理。

同媒染色試驗：照浴比1∶50將茜草色素染液、5%硫酸銅媒染液與乙酸鈉/冰醋酸緩沖液混合，得到pH值為5的茜草媒染液，然后按照直接染色步驟進行染色處理。

1.3 性能測試

1.3.1 顏色參數

通過測色配色儀對織物K/S值進行測試。

1.3.2 pH響應變色性能在不同pH值緩沖液中放入染色織物，記錄織物顏色變化。

1.3.3 耐皂洗色牢度

參照 GB／T 3921.1—1997《紡織品 色牢度試驗 耐洗色牢度：試驗1》標準測試織物皂洗色牢度。

2 結果與討論

2.1 提取工藝優化

對不同提取方式的提取液顏色進行統計，結果見表1。

由表1可觀察到，提取溶劑不同，對茜草色素提取效果也不同，茜草色素染液顏色表現出較大的差異。這是因為提取溶劑不同，提取的茜草根內色素種類也不相同。提取溶劑為鹽酸時，對原茜素的溶出率較高，原茜素與茜素產生分離，因此酸提色素染液呈現原茜素的棕色。在堿性條件下，茜草蒽醌衍生物的羥基發生變化，轉變為羥基負離子，堿提色素染液呈現深紅色。提取液為水時，茜草中紫色的茜紫素溶出率最高，因此中性溶液提取色素染液呈現橙色。在無水乙醇中，棕紅色的茜素和橙色的原茜素被有效提取，色素染液呈現黃色。而助提劑是通過分離茜草中的雜質對其色素進行提取，提取的色素主要為茜素，因此色素提取溶液呈現棕紅色。相關文獻表明，茜草色素染液中發揮染色功效的主要為茜素，因此選擇適合的提取工藝為助提劑提取。

2.2 染色條件優化

2.2.1 染色pH值優化

染色pH值對染色織物K/S值影響見圖1。

由圖1可知，隨染色pH值的增加，茜草色素K/S值先增加后降低，染色織物的K/S值在pH值為4時達到最高，此時纖維與染料緊密結合，染色效果最佳。

因此選擇適合的染色pH值為4。

2.2.2 染色溫度的優化

染色溫度對染色織物K/S值影響見圖2。

由圖2可知，隨溫度的提升，染色織物K/S值也明顯增加。這是因為高溫會導致織物纖維受熱膨脹，增加了內部孔道空隙，對于染料進入纖維內部產生積極的影響，因此溫度越高，染色效果越好。但溫度過高會導致織物纖維發生收縮變硬，影響織物舒適度，再加上溫度超過100 ℃后，對染色設備的要求明顯提升，使得染色成本成倍增加，因此要求染色溫度不超過100 ℃。

2.2.3 染色時間優化

染色時間對染色織物K/S值影響見圖3。

由圖3可知，染色織物K/S值隨染色時間的增加先上升后下降。染色時間越長，纖維的溶脹也更充分，色素對纖維的上染也增加，K/S也隨之增加。但染色時間過長，天然色素的穩定性受到影響，色素的色量產生影響，染色效果變差。染色效果在50 min達到最佳。

2.2.4 染色劑用量優化

染色劑用量優化結果見圖4。

由圖4可知，當染色劑質量分數為6%時，染色織物K/S值基本達到最高，說明該用量的染色劑就已經可以達到好的染色效果。因此，選擇適合的染色劑用量為6%。

2.3 茜草染色pH相應變色性能分析

2.3.1 對黃色譜織物pH值響應變色性能分析

黃色譜織物染色后顏色pH值變化情況見表2。

由表2可知，隨pH值的增加，3種方式染色的織物顏色均會發生一些變化。但總體來說，3種染色方式的變色規律基本一致，均具備變色性能。

2.3.2 對紅色譜織物pH值響應變色性能分析

紅色譜織物染色后顏色pH值變化情況見表3。

由表3可知，3種染色方式織物顏色隨pH值變化的變色規律基本一致，均表現出酸黃堿紅的變化規律。

2.4 變色可逆性分析

由于黃色譜織物的染色變色響應效果更好，因此以黃色譜織物為研究對象，通過對不同pH值條件下織物色相值進行測定，確定該pH值響應型變色織物的重現性和變色可逆性，結果見表4。

由表4可知，經過2次pH值變化后，所有染色織物顏色均遵循酸黃堿紅的變化規律，表現出良好的重現性和可逆性。同時還可以觀察到，同媒染色的棉織物色相值高于同等pH值條件下的直接染色棉織物和預媒染色織物，這是因為在同媒染色的過程中，茜草色素的羥基等基團與棉織物的羥基結合的更為牢固，使茜草色素在織物上牢固的附著，表現出良好的染色效果。

2.5 耐皂洗色牢度分析

以黃色譜棉織物為研究對象，分析染色織物的耐皂洗牢度，結果見表5。

由表5可知，同媒染色對皂洗色牢度的提升作用最佳，其褪色牢度和沾棉牢度均達到4級，其粘毛牢度達到5級。因此可認定，同媒染色可以保留茜草色素的pH相應變色性能，還能改善直接染色織物的耐皂洗牢度差的問題，表現出良好的染色效果。

2.6 對其他材料織物染色效果

通過同媒染色對不同材料織物進行染色，以皂洗牢度表征茜草色素染色性能，結果見表6。

由表6可知，茜草色素與不同材質的織物牢固結合，表現出良好的染色效果。

3 結語

茜草在不同提取溶劑中可溶出不同成分的色素，助提劑提取的茜草色素主要成分為發揮染色功效的茜素；不同染色方式染色的織物遵循酸黃堿紅的變化規律，表現出良好的pH響應效果，黃色譜織物的變色靈敏度高于紅色譜織物。使用同媒染色的織物較直接染色織物的耐皂洗牢度等級提升了2級，改善了直接染色織物的耐皂洗牢度差的問題，表現出良好的染色效果。

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（責任編輯：蘇 幔）