紫蓝草对桑蚕丝的染色性能

路亚杰,王 硕,李龙春

(河北科技大学 纺织服装学院,河北 石家庄 050018)

紫蓝草(Peristrophe roxburghiana)属爵床科观音草属植物,是一种植物型可食用染料[1],又名红丝线、山蓝、观音草、红蓝草等[2]。紫蓝草含有黄酮类、生物碱、β-谷甾醇、苯丙素、三萜类、甾体、糖苷类及挥发油等化学成分[3-4],具有清热解毒、消肿止痛等功效[5-6],可以降血脂、抗炎、保肝、抑制血栓形成等[7-8],富含天然紫蓝色素,用途广泛。

紫蓝草主要分布在中国、日本以及缅甸北部。我国主要分布在南部,如湖北宜昌、云南、四川南部、福建、广西、广东、江西等地,其中广西居多。在广西,紫蓝草食用领域和医药领域应用较为广泛,壮族人民传统的食品五色糯米饭就用到紫蓝草对糯米进行染色[9]。天然的紫蓝色素具有无毒、无害、无环境污染等特点,部分文献记载了紫蓝草的采收加工和性味功效等内容[10-11]。隆金桥等[12]提到紫蓝草紫色素的吸收光谱在可见光波长范围内,紫蓝草紫色素反射出的光是可见光。韦正等[13]详细介绍了红蓝草中可能含有的化学成分。紫蓝草中含有的化学成分与红蓝草类似,但化合物的化学结构种类多样,所含的色素种类不同,因此不能完全确定紫蓝草本身含有色素的分子结构式。植物源天然食用色素正成为世界色素发展的趋势,紫蓝草提取液呈深紫色,在食用领域有研究先例[14-15],而用于纺织服装染色方面研究较少,本文通过对紫蓝草染色的性能研究,观察紫蓝草在桑蚕丝织物上的染色性能,以期探索出新型植物染料。

1 试 验

1.1 试验材料和仪器

仪器:MP200A电子分析天平(天津质信电子有限公司);TS7020分光色差仪(深圳市三恩时科技有限公司); pHS-25型pH测试仪(上海仪电科学仪器股份有限公司);LC-MSH-5L磁力搅拌器(上海力辰邦西仪器科技有限公司)。

材料:新鲜紫蓝草叶(产地广西百色市隆林县);5 cm×5 cm桑蚕丝织物(面密度35 g/m2,平纹组织);冰醋酸(CH3COOH)、氢氧化钠(NaOH,天津市光复科技发展有限公司);明矾(KAl(SO4)2·12H2O,天津市登峰化学试剂厂);硫酸铁(Fe2(SO4)3,天津市致远化学试剂有限公司);硫酸铜(CuSO4,安徽三元铜业科技有限公司)。

1.2 染料的提取

初步拟定提取色素料液比(g/L)为5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.0、20.0,通过改变紫蓝草色素质量浓度的方法来配置不同质量浓度的染液。使用测色仪测量出每组试验的K/S值和L*、a*、b*值等数据。

将新鲜紫蓝草叶摘下清洗干净并晾干,采用水浴法提取紫蓝草染色素。清洗干净的紫蓝草叶在7种不同料液比、80℃条件下提取30min, 待提取液冷却后过滤,过滤所得即为紫蓝草染液。

1.3 染色工艺

设置染色工艺参数:pH值分别为4、7、10,染色温度分别为30、50、70、90℃,染色时间分别为10、30、50、70min。

直接染色法:利用控制变量法,通过改变pH值、染色温度、染色时间进行紫蓝草不同条件的染色。加入桑蚕丝织物室温入染,达到试验研究条件后取出,流水冲洗2min,用纸巾吸干水分晾干,得到染色试样。

媒染剂染色法:前媒染是先将桑蚕丝织物放入媒染剂中媒染后再染色,使用明矾、硫酸铁、硫酸铜为媒染剂制备10g/L媒染剂溶液,在 80℃下媒染30min。在不同pH值、温度、时间下染色处理,水洗、晾干,得到染色试样。

1.4 性能测试

1.4.1K/S值和Lab值测定

使用X-Rite Color i5测色仪进行测色,将试验所需的数据导成Excel表格然后进行整理,整理出试验所需的L*、a*、b*值,并通过K/S值公式计算出每个染色工艺下的K/S值数值。

1.4.2 色牢度

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测试。耐日晒色牢度按照GB/T 8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐日晒色牢度》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 紫蓝草料液比对紫蓝草染色效果的影响

为了确定紫蓝草染色试验中提取的紫蓝草色素的最佳料液比,在1.2节工艺条件下拟定以2.5g/L的幅度进行料液比确认试验,测试结果如图1所示。

图1 不同料液比时紫蓝草提取液的K/S值曲线图(500 nm)

由图1可知,紫蓝草色素染色织物的K/S值料液比呈上升趋势。在5～10g/L,紫蓝草色素的K/S值的上升幅度较大;在10～20g/LK/S值曲线上升幅度较小。K/S值随着料液比增大而增大,但上升趋势逐渐减小,说明织物吸收染料的浓度存在极限值,在一定条件下会达到吸收极限。考虑经济方面等因素,确定最佳料液比为10g/L。

2.2 单因素工艺分析

使用单一变量法选取分析色素波长的试验数据,文中试验条件用pH值-染色温度(℃)-染色时间(min)表示,如4-30-10分别代表pH值4、温度30℃、时间10min。

2.2.1 媒染剂对紫蓝草染色效果的影响

不同媒染剂条件下染色织物数据见图2。加媒染剂的试验效果比直接染色效果好,说明媒染剂可以起到改善作用。

图2 不同媒染剂下染色织物波长曲线图

2.2.2 染液pH值对紫蓝草染色效果的影响

设定料液比10g/L,温度30℃,时间10min,分别采用pH值为4、7、10的溶液直接染色法染制试样。不同pH值条件下直接染色织物结果见图3。pH值为4和10的曲线规律基本一致,在中性条件下的紫蓝草染色效果比酸性和碱性条件下好。

图3 不同pH值下染色织物波长曲线图

2.2.3 染色温度对紫蓝草染色效果的影响

设定料液比10g/L,时间10min,用pH值为4的染液直接染色法进行染色,染色温度分别为30、50、70、90℃。不同温度条件下染色织物结果见图4。在酸性条件下染色,试验结果曲线较接近,曲线规律基本一致,温度对染色影响不大。

图4 不同温度下染色织物波长曲线图

2.2.4 染色时间对紫蓝草染色效果的影响

设定料液比10g/L,用pH值为4的溶液在70℃直接染色法进行染制试样,染色时间分别为10、30、50、70min。不同时间条件下染色织物结果见图5。在酸性条件下染色,染色时间越长,染色效果越好。

图5 不同时间下染色织物波长曲线图

2.3 紫蓝草染色织物染色性能分析

2.3.1 紫蓝草染色织物K/S值测试波长分析

将染色后的桑蚕丝织物通过测色仪测色得出织物色相大部分为YR(黄红色)、GY(黄绿色)、Y(黄色)。400和500 nm有较高吸收波长,根据可见光的色散谱和波长范围,选择在波长为500 nm处进行后续试验,提取紫蓝草色素的一系列试验采用500 nm作为测定波长。

作为现代市场经济体系的重要组成部分，期货市场凭借其特有的价格发现和套期保值功能在国民经济运行中扮演着不可替代的角色。而原油作为一种重要的能源和化工原料，无论是在经济发展方面还是国家安全方面都具有举足轻重的地位。20世纪90年代以来，国际石油期货市场及相关衍生品市场得到迅猛发展，已成为国际金融市场的一个关键组成部分。期货市场最基础的功能是价格发现，而期货市场能否充分发挥其价格发现功能，市场是否有效率则是前提和关键。

2.3.2 紫蓝草前媒染染色织物染色性能分析

使用单一变量法选取分析前媒染染色织物的色彩和试验数据。利用明矾对织物进行前媒染处理,改变pH值为4、7、10,设定染色温度30℃,染色时间50min。明矾前媒染染色织物数据如表1所示。明矾前媒染染色下的织物色相分别为YR(黄红色)、YR(黄红色)、GY(黄绿色),在酸性条件下a*值最大,碱性条件下a*值和b*值均较小。V值逐渐变大,C值逐渐变小,染出的织物颜色由深到浅。

表1 明矾前媒染部分染色织物数据图

利用硫酸铁对织物进行前媒染处理,改变pH值为4、7、10,设定温度为30℃,时间为50min。硫酸铁前媒染部分染色织物数据如表2所示。硫酸铁前媒染染色下的织物色相分别为YR(黄红色)、Y(黄色)、Y(黄色),a*值和b*值均为正数。C值逐渐变小,染出的织物颜色由深到浅,但整体比明矾前媒染染出的织物颜色深。

表2 硫酸铁前媒染部分染色织物数据图

利用硫酸铜对织物进行前媒染处理,改变pH值为4、7、10,设定温度为30℃,时间为50min。硫酸铜前媒染部分染色织物数据如表3所示。硫酸铜前媒染染色下的织物色相分别为YR(黄红色)、Y(黄色)、GY(黄绿色),颜色丰富,碱性条件下的a*值和b*值均为负数,中性条件下C值最小,染出的织物颜色较浅。

表3 硫酸铜前媒染部分染色织物数据图

2.4 紫蓝草染色趋势分析

2.4.1 直接染色

在不加媒染剂的情况下,酸性溶液用冰醋酸调节,碱性溶液用氢氧化钠调节,染液pH值分别为4、7、10,染色时间分别为10、30、50、70min,染色温度分别为30、50、70、90℃,得到的紫蓝草染色趋势图如图6所示。pH值为4时,织物K/S值整体发展情况呈上升趋势;pH值为7和10时,织物K/S值整体发展情况呈下降趋势;pH值为10时的K/S值较低,说明在不加媒染剂的情况下直接染色,酸性条件下效果较好。

图6 直接染色不同pH值紫蓝草染色织物K/S值(500 nm)

2.4.2 明矾前媒染染色

利用明矾进行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸调节,碱性溶液用氢氧化钠调节,染液pH值分别为4、7、10,染色时间分别为10、30、50、70min,染色温度分别为30、50、70、90℃,得到的紫蓝草染色趋势图如图7所示。

图7 明矾前媒染织物不同pH值紫蓝草染色K/S值(500 nm)

由图7可知,用明矾进行前媒染染色与直接染色相比发展趋势相似。进行明矾前媒染染色,酸性条件下效果较好,且相对于直接染色而言染色织物的亮度和彩度增高。

2.4.3 硫酸铁前媒染染色

利用硫酸铁进行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸调节,碱性溶液用氢氧化钠调节,染液pH值分别为4、7、10,染色时间分别为10、30、50、70min,染色温度分别为30、50、70、90℃,得到的紫蓝草染色趋势图如图8所示。

图8 硫酸铁前媒染织物不同pH值紫蓝草染色K/S值(500 nm)

由图8可知,硫酸铁前媒染染色织物的K/S值高于硫酸铜和明矾前媒染染色织物的K/S值。在酸性条件下,硫酸铁媒染的效果更好,在碱性及中性的条件下硫酸铁染色的K/S值更高。

2.4.4 硫酸铜前媒染染色

利用硫酸铜进行前媒染染色,酸性溶液用冰醋酸调节,碱性溶液用氢氧化钠调节,染液pH值分别为4、7、10,染色时间分别为10、30、50、70min,染色温度分别为30、50、70、90℃,得到的紫蓝草染色趋势图如图9所示。

图9 硫酸铜前媒染织物不同pH值紫蓝草染色K/S值(500 nm)

由图9可知,硫酸铜前媒染染色比其他3种染色效果都好,在酸性条件下发展呈上升趋势且K/S值最大值接近2,中性和碱性条件下都呈下降趋势。

不同染色条件下均是pH值为10时K/S值最低。从总体情况来看,随着温度和时间的增长,K/S值均为增大,说明紫蓝草色素对于丝织物的染色能力在变大,但是K/S值达到最大值后有下降的趋势,说明丝织物与紫蓝草色素的结合能力是有限的,并不是温度越高、时间越长,上染百分率越大,要根据织物与染料色素的结合程度判断。不同媒染剂媒染时织物的K/S值发展趋势也不同,观察得出在pH值为4和7时,整体发展趋势呈上升状态,pH值为10时,整体发展趋势呈下降状态。pH值的变化影响了织物与染料结合的能力,染色温度和时间的不同也影响了色素在织物中的扩散能力。

2.5 染色试验条件优化分析

分别选取10个在4种染色试验条件下测出的K/S值进行高低排序,如图10所示。从呈现的规律来看,不同媒染条件下均为酸性或中性染色条件的K/S值较高;从温度条件来看,在70～90℃期间K/S值较高,染色时间基本需要60min左右。

图10 不同染色条件K/S值排序图

2.6 染色牢度分析

紫蓝草染料染色桑蚕丝织物的耐皂洗色牢度及耐日晒色牢度测试结果如表4所示。紫蓝草色素染色丝织物的耐皂洗色牢度和耐日晒色牢度大部分都能达到服用要求,硫酸铁和硫酸铜媒染剂的加入整体提升了色牢度值。在酸性条件下,染色织物的耐皂洗色牢度和耐日晒色牢度均较低,这主要是因为皂洗条件下,洗涤液体呈碱性,引起变色;在碱性条件下染色的织物耐皂洗色牢度和耐日晒色牢度均较高。酸性条件下,3种媒染剂前媒染工艺织物耐皂洗色牢度和耐日晒色牢度大小均为硫酸铜>硫酸铁>明矾;中性条件下,3 种媒染剂前媒染工艺织物耐皂洗色牢度大小为硫酸铁 >硫酸铜>明矾,耐日晒色牢度大小为硫酸铜>硫酸铁=明矾;碱性条件下,3种媒染剂前媒染工艺织物耐皂洗色牢度大小为明矾>硫酸铜=硫酸铁,耐日晒色牢度大小为明矾=硫酸铜>硫酸铁。紫蓝草染色产品洗涤时建议使用碱性洗涤剂。

表4 染色织物的染色牢度测试

3 结 论

对新型植物染料紫蓝草进行色素提取,并将其用于桑蚕丝织物的染色,进行染色工艺研究,得出的结论如下:

①紫蓝草色素染色性能较好,水溶性较强,在酸性条件下染色织物得色量较高。对桑蚕丝织物进行染色时,中性和碱性条件下织物的耐日晒色牢度、耐皂洗色牢度较好。

②直接染色条件下染出的织物颜色较浅,媒染剂可丰富织物颜色种类、彩度和亮度。

③通过试验得出建议染色优选条件为明矾前媒染,媒染剂质量浓度10 g/L,染液pH值10,染色温度30℃,染色时间30min。