茜草色素在真丝织物上染色性能的研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要： 针对茜草色素染色真丝织物的颜色特征受工艺条件影响较大的特点，通过测定染色织物的颜色特征值，分析媒染剂种类、媒染方式、pH值、染色温度、染色时间等因素对染色真丝织物性能的影响。试验结果表明，改变媒染剂种类及媒染方式，可以得到黄色、红色、紫色等多种颜色。以硫酸铝和硫酸亚铁为媒染剂，改变染色pH值能得到不同颜色，且K/S值随着pH值增大而下降;染色温度不改变染色织物的色相，K/S值随着温度升高而升高;染色时间对染色织物的色相和K/S值影响不大;最佳工艺条件下，染色真丝织物具有较好的色牢度，日晒色牢度4～5级，耐皂洗色牢度3～4级，耐汗渍色牢度3级以上。
　　关键词： 茜草色素;真丝;媒染剂;颜色特征值;色牢度
　　中图分类号： TS193.62文献标志码： A文章编号： 10017003（2020）01000905
　　引用页码： 011102DOI： 10.3969/j.issn.10017003.2020.01.002
　　Study on dyeing property of madder pigment on silk fabrics
　　ZHANG Chi， WANG Xiangrong
　　Abstract： The color characteristics of the silk fabrics dyed by madder pigment are largely influenced by process conditions. According to this feature， the effects of mordant type， mordant dyeing mode， pH value， dyeing temperature， dyeing time and other factors on the properties of dyed silk fabrics were analyzed by determining the color characteristic values of dyed fabrics. The experimental results show that by changing the mordant type and mordant dyeing method， yellow， red， purple and other colors can be obtained. When aluminum sulfate and ferrous sulfate are used as the mordant， different colors could be gained through changing pH values， and the K/S value decreases with the increase of pH value. The dyeing temperature does not change the hue of the dyed fabric， and the K/S value increases with the temperature rise; dyeing time has little influence on the hue and K/S value of dyed fabrics. Under the optimum conditions， dyed silk fabrics have better color fastness， with the light fastness of Grade 4～5， the soap fastness of Grade 3～4， and the perspiration fastness of 3 or higher.
　　Key words： madder pigment; silk; mordant; color characteristic values; color fastness
　　絲织品染色的历史源远流长，在合成染料出现之前，天然染料一直被运用于丝织品染色。近年来，由于合成染料造成的环境污染问题日益加剧，而天然染料具有环保性、安全性和生物医学性[13]等优点，因此天然染料在丝织品的染色再次被人们重视。
　　茜草是人类最早使用的植物染料之一，在古代中国、印度、波斯、埃及等国家和地区都有采用茜草根提取液对毛、棉、麻、皮革及丝进行染色的记载;其大致可分为东洋茜草和西洋茜草两大种类，而东洋茜草根据产地的不同又可分为中国茜草、日本茜草和印度茜草等[45]。茜草色素的化学成分主要为蒽醌化合物，蒽醌环上的羟基、羧基、甲基的位置不同及数量的多少，都会影响茜草色素的提取、染色织物的色光和染色牢度[6]。文献资料表明，印度茜草色素的主要成分是[78]紫红素、茜草酸、黄红紫素、伪羟基茜草素等，相关结构式如图1所示。
　　本文采用茜草色素以媒染剂种类[9]、媒染方法、pH值、染色温度、染色时间为变量对真丝织物进行染色，研究茜草色素上染丝织品的影响因素;同时探究了不同金属离子作为媒染剂对染色牢度的影响，为茜草色素在丝织品染色中应用、丰富天然色素染色产品色系和提高染色重现性提供依据。
　　1试验
　　1.1材料与仪器
　　面料：120g/m2真丝电力纺（江苏鑫缘茧丝绸集团股份有限公司）。
　　材料：茜草色素（工业品，印度AMA Herbal Laboratories），无水乙酸钠、冰醋酸、硫酸铝、明矾、硫酸铜、硫酸亚铁、磷酸氢二钠、柠檬酸（均为分析纯），皂片（标准品，上海市纺织工业技术监督所）。
　　仪器：染色小样机（无锡阳博印染机械设备有限公司），Ultra Scan XE型分光测色仪（美国Hunter Lab公司），SW12A型水洗色牢度试验机（无锡纺织设备厂），Aatalas Alpha型耐日晒牢度仪（SDLAtalas公司）。 　　1.2染色试验
　　1.2.1直接染色试验
　　按照浴比为1︰50，茜草色素质量分数为5%，采用乙酸钠/冰醋酸缓冲溶液配制pH4的染液，置于染色小样机中进行染色试验，织物40℃入染，以2℃/min升温到95℃，染色60min，降温，取出，用清水清洗，室温晾干。
　　1.2.2媒染试验
　　按照浴比为1︰50，媒染剂质量分数为5%，采用乙酸钠/冰醋酸缓冲溶液配制pH5的媒染液，升温至50℃染色，恒温媒染40min，取出，用清水清洗，室温晾干。
　　1.2.3同媒染色试验
　　按照浴比为1︰50，采用pH4的乙酸钠/冰醋酸缓冲溶液配制含有5%茜草色素和5%媒染剂的染浴，置于染色小样机中进行染色试验，织物40℃入染，以2℃/min升温到95℃，染色60min，降温，取出，皂洗，清水洗涤，室温晾干。
　　1.2.4皂洗试验
　　按照1︰30的浴比，配制含2g/L皂片的中性皂洗液，染色后的织物在60℃皂洗10min，取出，用清水清洗，室温晾干。
　　茜草色素在真丝织物上染色性能的研究1.3测试方法
　　耐皂洗色牢度参照GB/T3921—2008《纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度》A（1）的方法进行。
　　日晒色牢度参照GB/T8427—2008《纺织品 色牢度试验 耐人造光色牢度：氙弧》的方法进行。
　　汗渍色牢度参照GB/T3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》的方法进行。
　　K/S值及颜色特征值：将织物折叠成4层，在Ultra Scan XE型分光测色仪上进行测试，测定色样的K/S值、L*、a*、b*、C*、h等数值，测试4次，取平均值。
　　2结果与分析
　　2.1媒染剂种类及媒染工艺对染色织物颜色特征值的影响采用硫酸铝、明矾、硫酸铜、硫酸亚铁为媒染剂，按照121、1.2.2、1.2.3的方法分别采用前媒、同媒、后媒的方式进行染色，采用1.2.4的方法进行皂洗并测试染色织物的颜色特征值，试验结果如表1所示。
　　由表1可以发现，直接染色后的真丝织物，L*、C*值较大，a*、b*值都为正，且b*值较大，呈现较为明亮的黄色;而采用硫酸铝、明矾、硫酸亚铁、硫酸铜作为媒染剂对织物染色后，织物的色相角变化较大，染色织物的色光有较为明显的变化;并且，不同的媒染方式对于染色织物的色相也有较大的影响。硫酸铝和明矾作为媒染剂，染色织物的颜色特征值接近，前媒染后，染色织物的a*值较直接染色增大，红光含量增加，b*值较直接染色减小，呈现橙黄色;同媒染后，染色织物的a*值继续增大，红光含量进一步增加，b*值继续减小，黄光含量进一步减小，色彩呈现为红色;后媒染后，染色织物的a*值有所降低，b*值有所升高，呈现猩红色;但采用硫酸铝作媒染剂时，染色织物的饱和度更大，因此，与采用明矾作为媒染剂染色织物的色光相比，颜色更加鲜艳，因为钾离子也有配位能力，所以钾离子的存在会影响铝离子与茜草色素及真丝织物的络合反应，从而导致使用明矾作为媒染剂时，染色织物的颜色偏暗。
　　采用硫酸亚铁作为媒染剂，前媒染后，染色织物的a*、b*值为正，且都较小，h值与直接染色织物的h值接近，呈现黄褐色;同媒染和后媒染后，染色织物a*值为正，b*值为负，h值有很大的变化，较前媒染，a*值上升，织物上红光增多，b*值由正变负织物上蓝光增多，呈现深紫色，同媒染色织物的明度稍低，颜色较暗。
　　采用硫酸铜作为媒染剂，前媒染后，染色织物的a*、b*值为正，a*值较小，b*值较大，呈现较暗橙色;同媒染后，染色织物a*值上升，b*、h值大幅下降，织物上红光增加，黄光减小，色彩呈现较暗的砖红色;后媒后，a*值较同媒染后基本不变，b*、h值继续下降，织物上黄光进一步减少，色彩呈现暗葡萄红色。
　　通过以上试验表明，改变媒染剂和媒染方式可以改变茜草色素染色织物的颜色，丰富茜草色素染色真丝织物的色谱，赋予相同染料所得染色织物更多的色彩变化;经过铝盐、铁盐、铜盐媒染，染色后的真丝织物的色光改变较大。综合考虑，选择硫酸铝和硫酸亚铁作为媒染剂，并且选择同浴媒染作为媒染方式进一步探索。
　　2.2pH值对颜色特征值的影响
　　分别采用硫酸铝和硫酸亚铁作为媒染剂，在123同媒染色工艺的基础上，配制磷酸氢二钠柠檬酸的缓冲液来调节染浴的pH值，pH值分别为3、4、5、6、7、8对真丝织物进行同媒染色，染色结束后按照1.2.4进行皂洗，测试染色织物的颜色特征值，分析pH值对茜草色素上染真丝织物色光的影响，其结果如表2所示。
　　由表2可以发现，使用硫酸铝作为媒染剂时，染色织物的a*、b*值均为正，改变pH值，h值有明显变化，染色织物的色光变化较大。pH值在3～5时，a*值较小且在较小范围内波动，b*值较大，且随着pH值升高而逐渐减小，染色织物上的黄光逐渐减小，色彩从黄色系偏向橙色系;pH值在6～8时，a*值较大，b*值较小，且随着pH值升高a*、b*值均逐渐减小，色彩整体偏向红色系;同时可以发现，配制醋酸醋酸钠缓冲液调节pH值为4时，染色织物呈现红色，而用磷酸氢二钠柠檬酸配制缓冲液，染色织物颜色呈现橙黄色，说明采用同媒染色时，铝离子与染料及纤维结合时受到染液中不同阴离子的影响较大。采用硫酸亚铁作为媒染剂时，染色织物的a*为正、b*值为负，pH值在3～6时，a*值逐渐减小，b*值逐渐增大，C*值逐渐减小，染色织物上红光减少，蓝光减少，饱和度降低，色彩偏向于灰色;pH值在7～8时，a*值逐渐增大，b*值逐漸减小，C*值逐渐增大，染色织物上红光增多，蓝光增多。饱和度增加，色彩偏向于浅紫色，而且铁离子受到不同阴离子的影响较小，形成的络合物较为稳定。从表2可以观察出，随着pH值由酸性变为碱性，茜草色素染色真丝织物上的K/S值总体呈先升高后降低的趋势，pH值为4时得色量最高，明度大体上呈现逐渐升高的趋势，综合考虑，选取pH值为4时进行染色。 　　2.3染色时间对颜色特征值的影响
　　按照在1.2.3同媒染色工艺，直接将织物投入到80℃的染浴中保温染色15、30、45、60、75、90min，并且分别采用硫酸铝和硫酸亚铁作为媒染剂，染色结束后按照124进行皂洗，然后测试颜色特征值，分析染色时间对茜草上染真丝织物的色光的影响，其结果如表3所示。
　　由表3可以发现，采用硫酸铝作为媒染剂，染色织物的a*、b*值均为正，a*值较大，且波动较小，染色15min后，织物的b*、C*、h值最高，色彩呈现橙红色;染色30min后，b*值降低，且在较小范围内浮动，织物上的黄光减少，色彩呈现红色。采用硫酸亚铁作为媒染剂，染色织物的a*为正，b*值为负，染色15min后，K/S值最低，a*、C*、h值均最大，b*值最小，色彩呈现浅紫色;30min后，a*值减小，b*值增大，染色织物上的红光减少，蓝光减少，但得色量增加，色彩呈现深紫色;还可以发现染色30min后，真丝织物上的色光趋于稳定，K/S值有小幅变化。总体而言，染色时间对茜草色素染色后真丝织物的色光改变较小。
　　2.4染色温度对颜色特征值的影响
　　在1.2.3同媒染色工艺的基础上，改变染色温度，分别升温至50、65、80、95、110℃，并且分别采用硫酸铝和硫酸亚铁作为媒染剂，染色结束后按照1.2.4进行皂洗，然后测试颜色特征值，分析染色温度对茜草上染真丝织物的色光的影响，其结果如表4所示。
　　由表4可以发现，采用硫酸铝作为媒染剂，染色织物的a*、b*值均为正，随着温度升高，织物的a*值逐渐升高，b*值逐渐降低，染色织物上的红光增多，黄光减少，并且C*值逐渐增大，色彩逐渐呈现鲜艳的红色;采用硫酸亚铁作为媒染剂，染色织物的a*为正，b*值为负。总体来看，织物的a*值减小，b*值逐渐增大，染色织物上的红光减少，蓝光减少，C*逐渐减小，色彩逐渐偏向暗紫色。随着温度的升高，染色后织物的K/S值总体上呈现逐渐升高的趋势，织物上颜色加深，说明高温条件下，有利于媒染剂与茜草色素及真丝织物的结合。综合考虑，选择95℃为染色温度。
　　2.5染色牢度的探究
　　对于采用硫酸铝、硫酸亚铁同媒染色后的织物，按照1.3的方法进行日晒色牢度、耐皂洗色牢度、耐汗渍色牢度测试，其结果如表5所示。
　　由表5可以看出，茜草染色后的真丝织物具有良好的日晒色牢度，这是因为茜草色素具有蒽醌结构，蒽醌在受到光照时分子上的羰基被激发，生成激发态分子，氧原子的电子云密度下降，激发态分子具有较强的亲电性，所以不容易被氧气氧化[10];未经媒染的真丝织物日晒色牢度就能达到3～4级，而采用铝盐媒染后，日晒色牢度能提升1级。
　　对于耐皂洗色牢度来说，直接染色后的织物色牢度较差，而经过媒染后的织物，金属离子与染料及纤维上形成配位化合物，从而提升了耐皂洗色牢度;采用铝盐、铁盐媒染后耐皂洗色牢度有1级的提升，铁盐媒染后耐皂洗色牢度最好，能达到3～4级。
　　对于耐汗渍色牢度来说，直接染色后织物的耐汗渍色牢度较差，经过铝盐、铁盐媒染后，耐汗渍色牢度有1级左右的提升，耐碱汗渍的变色情况要好于耐酸汗渍的变色情况，但是丝沾色情况仍然较差。总的来说，还需要进一步研究来提升茜草染色织物的耐汗渍色牢度。
　　3结论
　　1）以硫酸铝、硫酸铜、硫酸亚铁等为媒染剂，并选择不同的媒染方式，能够使茜草色素染色真丝织物的颜色特征值获得较大的变化，能够获得橙黄、红色、紫色等多种颜色，赋予茜草色素所得染色织物更多的色彩变化。
　　2）选择同媒染色，并以硫酸铝和硫酸亚铁为媒染剂，改变pH值，真丝织物上的颜色改变较大，并且不同的缓冲溶液体系对茜草色素染色真丝织物的色光有一定的影响，还需要深入研究;改变温度，染色真丝织物上的色光在同一色系变化，高温染色有利于增加染色真丝织物上的得色量，当染色时间为30min及以上时，染色真丝织物上的色光变化趋于稳定;通过对pH值、温度、时间等变量的研究，为提高重现性提供了依据。
　　3）硫酸铝同媒染色后，真丝织物的日晒色牢度能达到4～5级，耐皂洗色牢度能达到3级，耐汗渍色牢度能达到3级;硫酸亚铁同媒染色后，真丝织物的日晒色牢度能达到4～5级，耐皂洗色牢度能达到3～4级，耐汗渍色牢度能达到3级;各项色牢度较直接染色后有1级左右的提高，但还需要进一步研究来提高耐汗渍色牢度。
　　参考文献：
　　[1]陈秀芳， 金隽， 唐林.真丝织物天然染料染色综述[J]. 丝绸， 2014， 51（1）： 3133.
　　CHEN Xiufang， JIN Jun， TANG Lin. Dyeing of silk fabrics with natural dyes [J]. Journal of Silk， 2014， 51（1）： 3133.
　　[2]王祥荣. 天然染料染色印花加工中存在的问题及研究进展[J]. 纺织导报， 2017（4）： 3234.
　　WANG Xiangrong. Problems and research progress of dyeing and printing with natural dyes [J]. China Textile Leader， 2017（4）： 3234.
　　[3]陈秀芳， 郝文洁. 真丝丝巾天然染料扎染工艺探析[J]. 丝绸， 2018， 55（4）： 1318.
　　CHEN Xiufang， HAO Wenjie. Tiedyeing process of silk scarves with natural dyes [J]. Journal of Silk， 2018， 55（4）： 1318.
　　[4]吳曼琳， 杨小明.茜草染料在古代欧洲的使用[J].丝绸， 2016， 53（10）： 2832. 　　WU Manlin， YANG Xiaoming. Application of madder dyes in ancient Europe [J]. Journal of Silk， 2016， 53（10）： 2832.
　　[5]孙艺菲. 茜草染色研究及在女装设计中的創新应用[D]. 北京： 北京服装学院， 2017： 5.
　　SUN Yifei. Research on Madder Dyeing and Its Innovative Applications in the Design of Women’s Wear [D]. Beijing： Beijing Institute of Fashion Technology， 2017： 5.
　　[6]曹红梅. 茜草色素的染色和拼色[J]. 印染， 2011， 37（6）： 2326.
　　CAO Hongmei. Dyeing and combination dyeing with madder root pigment [J]. Dyeing & Finishing， 2011， 37（6）： 2326.
　　[7]YUSUF M， MOHAMMAD F， SHABBIR M， et al. Ecodyeing of wool with Rubia cordifolia， root extract： assessment of the effect of Acacia catechu， as biomordant on color and fastness properties [J]. Textiles and Clothing Sustainability， 2017， 2（1）： 19.
　　[8]YUSUF M， MOHAMMAD S， KHAN S A， et al. Ecodyeing of wool using aqueous extract of the roots of Indian madder （rubia cordifolia） as natural dye [J]. Journal of Natural Fibers， 2013（10）： 1427.
　　[9]王安琪， 陈戬， 王嘉晟， 等.媒染剂对茜草天然染料上染棉针织物的影响[J]. 染整技术， 2018， 40（4）： 4850.
　　WANG Anqi， CHEN Jian， WANG Jiasheng， et al. Effect of mordant on knitted cotton fabric dyeing with madder natural dye [J]. Textile Dyeing and Finishing Journal， 2018， 40（4）： 4850.
　　[10]何瑾馨. 染料化学[M]. 北京： 中国纺织出版社， 2009： 72.
　　HE Jinxin. Dye Chemistry [M]. Beijing： China Textile & Apparel Press， 2009： 72.
　　收稿日期： 20190504; 修回日期： 20191127
　　基金项目： 四川省科技计划项目（2018JZ0042）
　　作者简介： 张驰（1994），男，硕士研究生，研究方向为纺织材料染整后加工。通信作者：王祥荣，教授，wangxiangrong@suda.edu.cn。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15156097.htm