天然植物染料紫苏对棉织物的染色性能研究

柯贵珍，周梦梅，朱坤迪

（武汉纺织大学纺织学院，湖北武汉 430200）

紫苏[Perilla frutescens(L)britt]为唇形科一年生草本植物，在中国己有两千多年的种植历史，属于传统的药食两用植物[1-3]。从紫苏叶中提取的色素属花青素色素，稳定性好，使用安全，可作为一种理想的天然色素原料[4-6]；紫苏水提取液对大肠杆菌、痢疾杆菌、葡萄球菌均有一定的抑制作用[7,8]。在环保及保健意识不断提高的今天，开发紫苏作为绿色保健植物染料值得探索。

1 实验

1.1 材料

材料：漂白棉府绸和紫苏，市购；盐（NaCl）、氢氧化钠（NaOH）为化学纯；硫酸铝钾[KAl(SO4)2·12H2O]、硫酸铜（CuSO4·5H2O）、硫酸亚铁（FeSO4·7H2O）、乙酸（CH3COOH）均为分析纯。

1.2 紫苏染液的提取

以水为提取剂，将1 g碾碎的紫苏叶浸泡在蒸馏水中，密封恒温水浴一定时间后过滤，将滤液定容到100 mL，设定L9(34)正交实验表，考察料液比、提取温度、时间和NaOH质量浓度对提取液吸光度值的影响。

表1 紫苏染液提取正交实验表

1.3 直接染色

利用最佳提取工艺提取出来的染液（染液质量浓度定为ρ）对棉织物进行常规和超声波染色（KQ-200KDF 超声波清洗仪），考察染液质量浓度、染色温度、染色时间和盐用量等因素对紫苏染色棉织物K/S值的影响。

1.4 预媒染染色

选用硫酸铜、硫酸亚铁、明矾为媒染剂，媒染剂质量浓度为5 g/L，分别在常规和超声波条件下进行媒染。将润湿的织物放入含媒染剂的溶液中，于40 ℃处理40 min后取出，再投入紫苏染液中进行染色。

1.5 测试

采用UV-2550型紫外可见分光光度计测量紫苏提取液的最大吸收波长和吸光度值。

用电脑测色配色仪（X-rite COLOR I7）测量紫苏染色棉织物的K/S值和L*、a*、b*、c*等颜色特征值。

按 GB/T 3921—2008 和 GB/T 3920—2008 测量紫苏染色棉织物的耐皂洗和耐摩擦色牢度。

2 结果与分析

2.1 紫苏提取液的可见光吸收光谱

由图1可知，紫苏染液最大吸收波长的位置为651.5 nm，因此后面紫苏提取液吸光度的测量取λmax=651.5 nm。

图1 紫苏提取液的吸收光谱

2.2 紫苏染液的提取分析

紫苏提取的正交实验结果如表2所示。由表2可以看出，影响紫苏提取的最大因素是温度，其次是料液比，提取时间和NaOH 质量浓度的影响相对较小。温度越高、料液比越小，提取液的吸光度值越高，色素提取得越充分。综合考虑色素提取量和效率后，在染色过程中紫苏染料的提取温度选为100 ℃，料液比选1∶60，提取时间90 min，NaOH质量浓度为30 g/L。

表2 紫苏染液提取的正交实验结果与直观分析

2.3 直接染色

2.3.1 染色浓度的影响

染液质量浓度取0.1ρ、0.3ρ、0.5ρ、0.7ρ、0.9ρ，染色时间为60 min，染色温度为75 ℃，染液pH=8，盐用量为20 g/L，紫苏染色棉织物的K/S值如图2所示。由图2可知，K/S值与染液质量浓度呈正相关。在染液质量浓度较小时，常规染色和超声波染色的K/S值相差并不大，但当染液质量浓度进一步增加时，超声波的染色效果要明显优于常规染色。

图2 紫苏染液质量浓度对K/S值的影响

2.3.2 染色时间的影响

染液质量浓度为0.5ρ，染色温度为75℃，染色pH=8，盐用量为20 g/L，棉织物在不同染色时间（10～90 min）下的K/S值如图3所示。

图3 染色时间对K/S值的影响

从图3可以看出，相比常规染色，棉织物在超声波条件下染色所得K/S值明显增大。两种染色方式下的K/S值均随染色时间延长而增大直至平衡，而且在前20 min的上染速率较快。

2.3.3 染色温度的影响

染液质量浓度为0.5ρ，染液pH=8，盐用量为20 g/L，染色时间为60 min，在不同温度下染色，所得紫苏染色棉织物的K/S值如图4所示。从图4可知，在选定的染色温度范围内（55、65、75 ℃），紫苏染色棉织物的K/S值随温度升高而逐渐增大，这跟温度升高，纤维膨化度增加，染料更易于扩散到纤维内部有关。另外，由K/S值的变化可以看出，相对于紫苏在棉织物的上染，超声波在较高温度下的促染作用较有优势。

图4 染色温度对K/S值的影响

2.3.4 盐用量的影响

取紫苏染液质量浓度为 0.5ρ、染液 pH 调为 8，变化盐的质量浓度（10～50 g/L），将棉织物在75 ℃染色60 min，所得织物的K/S值如图5所示。从图5可知，不管是超声波还是常规染色，紫苏染色棉织物的K/S均值随盐用量的增加而增加。NaCl 的加入使棉织物表面的负电荷减少，增加了对染料的吸附力，尤其在超声波的辅助作用下，NaCl 的促染作用更为明显。

图5 盐用量对K/S值的影响

2.4 预媒染染色

采用铝盐、铁盐和铜盐对棉织物进行预处理，随后用紫苏提取液对预处理后的棉织物进行常规染色和超声波染色，所得织物的颜色特征值如表3所示。L*为明度值；a*为红绿值，正值表示颜色偏红，负值表示偏绿；b*为黄蓝值，正值表示颜色偏黄，负值表示颜色偏蓝；C*为颜色饱和度；h°为色相角大小。从表3可知，不论哪一种金属的预媒染色，染色效果均要优于无媒染色。除明度指标外，超声波的各项指标都优于常规染色。明矾预处理的棉织物用紫苏染色后，颜色为黄绿色，与紫苏原液染色的布最接近；铜盐预处理的织物为深绿色，K/S值也较其他织物大；铁盐预处理的织物呈现青色。

表3 预媒染色织物的颜色特征值

2.5 色牢度评价

各种染色方法下紫苏染色棉织物的色牢度如表4所示。从表4可以看出，各种染色条件下紫苏染色棉织物的耐干摩擦色牢度均在3～4 级以上，耐水洗变色牢度除常规直接染色，均能达到3 级以上。媒染剂特别是铜盐有助于色牢度的提高，而超声波染色对色牢度没有明显的提升作用。

表4 紫苏染色棉织物的色牢度

3 结论

采用水法提取，提取温度是影响紫苏染液提取的最大因素，较为合理的提取工艺条件为：提取温度100 ℃，料液比1∶60，提取时间90 min，NaOH 质量浓度为30 g/L。相比常规直接染色，超声波染色可以明显提高紫苏上染棉织物的效率和颜色强度。超声波直接染色较为合适的染色条件为：超声波强度60 kHz、染液质量浓度0.5ρ、染色时间60 min、染色温度75 ℃、盐质量浓度20 g/L。预媒染染色会改变紫苏染色棉织物的色光，尤其是铜盐和铁盐。铜盐预媒染织物的耐皂洗色牢度可达3～4 级，较常规直接染色的织物提高1级。