摘要： 為提高蠶絲織物的附加值，拓寬決明子的應(yīng)用領(lǐng)域，采用超聲波技術(shù)提取決明子染料并對(duì)蠶絲織物進(jìn)行染色。采用單因素法研究了染色工藝，染色后的織物具有與合成染料相當(dāng)?shù)娜旧味?，同時(shí)具有抗紫外和熒光的性能。結(jié)果表明：最佳染色工藝為pH 3，溫度60 ℃，時(shí)間60 min;媒染劑對(duì)顏色深度有較好的提升能力。染色后的織物的干、濕摩擦色牢度分別為4和3級(jí)，皂洗變色和沾色色牢度均為4級(jí)，日曬色牢度為4級(jí);決明子染料染色后的織物具有優(yōu)良的紫外防護(hù)性能，UPF值可以達(dá)到74.8，同時(shí)染色后蠶絲織物的熒光強(qiáng)度可以提高2～3倍。

關(guān)鍵詞： 決明子;蠶絲織物;超聲波;媒染;色牢度;抗紫外;熒光

中圖分類號(hào)： TS193.62

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 10017003（2020）10000606

引用頁碼： 101102

DOI： 10.3969/j.issn.1001?7003.2020.10.002（篇序）

High fastness dyeing processes and functionalities of silk fabric dyed with extracts from cassia seed

WANG Tian

（Department of Clothing， Guangdong Polytechnic and Technical College， Foshan 528000， China）

Abstract：

In order to improve the added value of silk fabrics and expand the application fields of cassia seed， the ultrasonic technology was used to extract cassia seed dye and dye silk fabrics. The dyeing process of cassia seed was studied by single factor method. The dyeing fastness of silk fabric dyed by cassia seed was similar to that dyed by synthetic dyes， and the dyed fabric had the UV protection properties and fluorescent properties. Results indicated that the optimal conditions for dyeing by cassia seed were： pH 3， dyeing temperature 60 ℃， time 60 min. The mordant could well promote the color depth. The color fastness properties to dry and wet rubbing were 4 and 3， respectively. The color fastness properties to soaping and staining were both 4 and the color fastness to sunlight was 4. The fabric dyed by the cassia seed dye had excellent UV protection properties， and UPF could reach 74.8. Meanwhile， the fluorescence intensity of dyed silk fabric could increase by 2～3 times.

Key words：

cassia seed; silk fabric; ultrasonic technology; mordant dyeing; color fastness; UV protection; fluorescence

收稿日期： 20200307;

修回日期： 20200916

基金項(xiàng)目： 廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院專利資助項(xiàng)目（ZL2020013）;廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研項(xiàng)目（K202012）

作者簡(jiǎn)介： 王田（1985），女，講師，碩士，主要從事服飾品綠色生態(tài)設(shè)計(jì)的研究。

中國(guó)作為絲綢的發(fā)源地，使用天然染料對(duì)其進(jìn)行染色具有悠久的歷史。在近代，隨著合成染料的出現(xiàn)，其具有色譜齊全、染色工藝簡(jiǎn)單和各項(xiàng)染色牢度優(yōu)良的特點(diǎn)，逐漸取代了天然染料的位置[1]。合成染料的原料通常來源于石油，其原料具有不可再生性，在染色的過程中產(chǎn)生大量含顏色的廢水需要處理，染色后的織物制成的成衣在服用過程中某些染料存在釋放致癌芳香胺的可能[2]。隨著國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的日益重視，合成染料的生產(chǎn)和使用未來可能會(huì)受到越來越多的管控。而天然染料除了可以染色外，還具有很多獨(dú)特的功能性，可以滿足越來越多的消費(fèi)者對(duì)差異化的功能性紡織品的需求。天然染料來自大自然，具有良好的可降解性和生物相容性。但是目前存在的主要問題是染料價(jià)格高和染色牢度普遍無法達(dá)到合成染料適用的標(biāo)準(zhǔn)，并且色譜較窄。

尋找高牢度的天然染料成為科研工作者當(dāng)前的一大熱點(diǎn)。根據(jù)報(bào)道，決明子中至少含有70種化學(xué)物質(zhì)，其主要成分為蒽醌類、萘并吡喃酮和油脂類物質(zhì)，其中蒽醌類物質(zhì)占到?jīng)Q明子干重的1%～2%[3?5]。除了含有其他植物常見的大黃酚和大黃素等蒽醌[6]成分外，還存在獨(dú)有的橙黃決明素、純菇菌素和決明蒽醌等蒽醌類成分及其與單糖和二糖組成的配糖體[7]，決明子中有超過53種蒽醌結(jié)構(gòu)的成分存在，主要結(jié)構(gòu)式如圖1所示。決明子具有良好的抗氧化、抑菌和抗癌等功效[8]，在醫(yī)療保健、功能性的食品和功能性的紡織品[9]中具有良好的應(yīng)用前景。目前決明子染料的研究主要集中在染料提取[10]、在食品和藥品中的使用[11]，應(yīng)用在紡織品方面的文獻(xiàn)報(bào)道只有決明子染料對(duì)亞麻織物[12]和絲織物[13]染色工藝的探討，但對(duì)決明子染色后的色牢度及功能性的考察仍存在不足。本文研究了超聲提取決明子染料的提取率，優(yōu)化了決明子染料的染色條件，并測(cè)試了媒染后的顏色變化。經(jīng)過決明子染料染色后的蠶絲織物，摩擦、皂洗和日曬等常規(guī)色牢度可以達(dá)到商用染料的色牢度水平，織物的抗紫外性能獲得極大的提高，同時(shí)染色后的織物還具有熒光的性能，進(jìn)一步提高了蠶絲織物的附加值，拓寬了決明子的應(yīng)用領(lǐng)域。

1?試?驗(yàn)

1.1?材料與儀器

材料：桑蠶絲縐緞織物平方米質(zhì)量為81.81 g/m2（浙江省杭州市吳雙絲綢有限公司），熟決明子（蕪湖四月茶儂茶葉有限公司），碳酸鈉、氫氧化鈉、冰醋酸、硫酸亞鐵、硫酸鋁鉀、硫酸銅（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：Datacolor Ahiba型風(fēng)冷式紅外染色小樣機(jī)（德塔顏色科技有限公司），Datacolor 850臺(tái)式分光光度儀（美國(guó)Datacolor公司），P?A0直立式小軋車（無錫陽博印染機(jī)械設(shè)備有限公司），Y（B）571 C刷洗色牢度摩擦儀、SW?24 E耐洗色牢度試驗(yàn)機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司），KH?400 KDB型高功率數(shù)控超聲波清洗器（昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司），TI?S倒置熒光顯微鏡（日本尼康株式會(huì)社）。

1.2?方?法

1.2.1?決明子染色溶液的制備

取10 g決明子在中藥打粉機(jī)中處理5 min直至成細(xì)粉，然后加入100 mL蒸餾水中，放入超聲波清洗器中在60 ℃、100%功率下提取1 h。提取后的混合溶液在5 000 r/min下離心10 min，取上層清液作為染色原液備用，下層不溶性固體在105 ℃下烘干直到恒重后稱重。

提取率/%=決明子干重-提取后不溶性固體質(zhì)量決明子干重×100（1）

計(jì)算得到?jīng)Q明子提取物的提取率為42.6%，這與文獻(xiàn)報(bào)道的決明子水提取可溶解物相一致[14]。決明子水溶解物中除了含有可以對(duì)蠶絲織物上染的蒽醌類物質(zhì)（決明子干重約1%～2%）外，主要成分為水溶性的單糖、二糖和多糖[5]。

1.2.2?染色工藝

蠶絲織物在蒸餾水中經(jīng)二浸二軋后，控制布面的含水率為50%，將織物投入到含有決明子染料的染液中進(jìn)行染色，浴比為1︰40。對(duì)染色溫度、保溫時(shí)間和染色pH值進(jìn)行優(yōu)化。染色結(jié)束后，用蒸餾水將織物清洗直到洗液為中性，然后晾干。

1.2.3?預(yù)媒染色

蠶絲織物預(yù)先在含有媒染劑質(zhì)量濃度為1～5 g/L的預(yù)處理液中于60 ℃下處理60 min。之后按照1.2.2中優(yōu)化的染色方法進(jìn)行染色。由于經(jīng)過媒染劑媒染后蠶絲織物的K/S值曲線在360～750 nm內(nèi)沒有峰值，所以除了對(duì)比媒染前和媒染后蠶絲織物的在色光方面相關(guān)參數(shù)L、a和b值之間的差異外，可以對(duì)比未媒染和媒染后蠶絲織物的K/S值面積（360～750 nm）來表征。

1.3?測(cè)試方法

1.3.1?顏色特征值的測(cè)試

用Datacolor 850臺(tái)式分光光度儀在D 65光源，10°視角下測(cè)試360～750 nm內(nèi)顏色的相關(guān)參數(shù)，其中蠶絲織物的顏色深度用K/S值表示。

1.3.2?染色織物的牢度測(cè)試

耐皂洗色牢度按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)試，摩擦色牢度按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取吩u(píng)價(jià)，日曬色牢度按照GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味取窚y(cè)試，測(cè)試后通過標(biāo)準(zhǔn)灰卡進(jìn)行評(píng)級(jí)。

1.3.3?紫外防護(hù)性能測(cè)試

抗紫外性能按照GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評(píng)定》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4?織物熒光性能測(cè)試

采用倒置熒光顯微鏡分別對(duì)染色前后的蠶絲織物在UV、B和G模式下進(jìn)行激發(fā)和發(fā)射光的測(cè)試。

2?結(jié)果與分析

2.1?染色溫度對(duì)蠶絲織物顏色深度K/S值的影響

按照1.2.2中所述的試驗(yàn)方法，在pH3的條件下，考察蠶絲織物采用不同溫度（50～90 ℃）染色60 min后的顏色深度K/S值，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蠶絲織物染色時(shí)溫度由50 ℃升高到60 ℃時(shí)，染色后的織物深度K/S值隨溫度的升高而增加;當(dāng)蠶絲織物染色溫度由60 ℃升到70～80 ℃時(shí)，經(jīng)過染色后織物的K/S值基本保持不變;當(dāng)溫度升高到90 ℃時(shí)，染色后織物的顏色深度K/S值略有下降。根據(jù)報(bào)道，決明子提取物蒽醌衍生物中的極性基團(tuán)主要有蒽醌母體上的羥基及配糖體中糖環(huán)上的羥基，所以總的來說決明子提取染料的水溶性相比合成的酸性染料的水溶性相對(duì)低一些，在水溶液中染料的聚集程度會(huì)高一些[15]。當(dāng)蠶絲織物染色溫度較低時(shí)，升高染色溫度，可以降低決明子染料的聚集程度并提高決明子染料在蠶絲織物上的擴(kuò)散速率。但是當(dāng)染色溫度超過一定值后，染料分子的運(yùn)動(dòng)較快，反而會(huì)降低吸附在蠶絲織物上的染料量[1]。綜合考慮蠶絲織物上染料的上染量及染色能耗兩方面的原因，決明子染蠶絲織物的染色溫度選擇60 ℃比較合適。

2.2?保溫時(shí)間對(duì)蠶絲織物顏色深度K/S值的影響

參照1.2.2中的染色方法，在pH值為3的條件下，考察蠶絲織物在60 ℃下經(jīng)過不同保溫時(shí)間（10～90 min）后的顏色深度K/S值，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)保溫時(shí)間從10 min提高到60 min時(shí)，蠶絲織物的顏色深度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。當(dāng)染色時(shí)間超過60 min后，染色后織物的顏色深度K/S值趨于平衡。決明子染料在上染蛋白質(zhì)織物時(shí)除了染料分子和蛋白質(zhì)分子之間的范德華力及氫鍵作用外，還存在正負(fù)電荷之間的靜電引力。在染色的過程中，蠶絲織物上的氨基先被氫離子質(zhì)子化，然后與決明子染料進(jìn)行結(jié)合。延長(zhǎng)保溫時(shí)間可以提高決明子染料在蠶絲織物上的擴(kuò)散速率及上染量[1]。綜上所述，保溫時(shí)間定60 min較為合適。

2.3?染液pH值對(duì)蠶絲織物顏色深度K/S值的影響

按照1.2.2中的染色方法，在pH值為2～10的條件下，考察蠶絲織物在60 ℃下保溫60 min后的顏色深度，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，當(dāng)決明子染液的pH值從2增加到3時(shí)，經(jīng)過染色后的蠶絲織物的顏色深度有一個(gè)快速增加的趨勢(shì);當(dāng)染液的pH值提高到4～6時(shí)，染色后蠶絲織物的顏色深度K/S值基本保持恒定;當(dāng)染液的pH值大于7，即為8和10時(shí)，經(jīng)過決明子染液染色后的顏色深度下降。這是由于決明子染料主要的成分為蒽酚類物質(zhì)及蒽酚的配糖體，分子結(jié)構(gòu)中含有一定量的酚羥基，當(dāng)染液的pH值較低時(shí)，染料分子上的酚羥基在染液中的電離會(huì)受到限制，從而降低單分子存在的染料。當(dāng)染液pH值在酸性條件時(shí)，染液中的氫離子會(huì)將蠶絲織物上的氨基質(zhì)子化，所以染料與纖維的結(jié)合方式除了范德華力和氫鍵外，染料與蠶絲織物的結(jié)合還存在鹽鍵的形式。當(dāng)染液的pH值為堿性時(shí)，此時(shí)蠶絲織物上的羧基因?yàn)殡婋x帶負(fù)電，而蒽酚類的決明子染料也因?yàn)殡婋x帶負(fù)電，導(dǎo)致靜電排斥作用使織物上染料的量降低[16]。綜合考慮，染液的pH值選擇3比較合適。

2.4?媒染性能

按照1.2.3中預(yù)媒染的染色方法，在pH 3和媒染劑的質(zhì)量濃度為5 g/L的條件下，考察蠶絲織物在60 ℃下保溫60 min后的染色質(zhì)量，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，經(jīng)過媒染處理后，織物的明度都發(fā)生了下降，織物的顏色深度都有一定的增加。其中銅媒染>鐵媒染>鋁媒染>無媒染。經(jīng)過鐵媒染的蠶絲織物，相比未媒染的織物，a和b值都降低，表示色光偏綠和藍(lán);經(jīng)過鋁媒染的蠶絲織物，相比未媒染的織物，a和b值都增加，表示色光偏紅和黃;經(jīng)過銅媒染的蠶絲織物，相比未媒染的織物，a值增加，b值基本未發(fā)生變化，表示色光偏紅。這是由于金屬離子在預(yù)媒染時(shí)可以吸附在蠶絲織物上，與蠶絲織物上的極性基團(tuán)如氨基、羧基和羥基等基團(tuán)形成配位鍵，然后在決明子染液中與決明子染料中的極性基團(tuán)形成鹽鍵、配位鍵和氫鍵等，蠶絲織物?決明子染料作用機(jī)理如圖5所示。經(jīng)過金屬離子媒染后，蠶絲織物的顏色會(huì)有一定程度的加深。

2.5?決明子染色蠶絲織物染色色牢度測(cè)試

按照1.2.2中的染色方法，在pH值為3的條件下，經(jīng)60 ℃下保溫60 min后的蠶絲織物分別測(cè)試摩擦色牢度、皂洗色牢度和日曬色牢度，結(jié)果如表2所示。

由表2可以發(fā)現(xiàn)，決明子染色后的各項(xiàng)色牢度可以滿足商用的要求。目前文獻(xiàn)報(bào)道的天然染料染色織物的牢度測(cè)試中，比較難達(dá)到合成染料牢度水準(zhǔn)的主要是皂洗色牢度和日曬色牢度。決明子提取的染料結(jié)構(gòu)屬于蒽醌型，分子結(jié)構(gòu)上不含有傳統(tǒng)酸性染料所具有的磺酸基，所以摩擦、皂洗色牢度均很好。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，蒽醌型的染料相比偶氮類染料具有更高的日曬色牢度，而且蒽醌結(jié)構(gòu)的染料在紫外線、羥基自由基及活性氧的作用下被激發(fā)后仍然可以回到初始單線態(tài)的結(jié)構(gòu)[17]。決明子染色后蠶絲織物的染色色牢度基本可以達(dá)到目前商業(yè)用的合成染料的染色色牢度。

2.6?決明子染色后蠶絲織物的抗紫外性能測(cè)試

參照1.2.2中的試驗(yàn)方法，在染液的pH值為3的條件下，蠶絲織物經(jīng)60 ℃下保溫60 min后水洗并晾干后測(cè)試染色織物的抗紫外性能，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，染色前經(jīng)過前處理后的蠶絲織物紫外防護(hù)性能比較差，UPF值僅有7.99。但是經(jīng)過決明子染料染色后，雖然織物的顏色深度K/S值只有2.3，對(duì)于蠶絲織物這種主要用于夏天穿著的面料，紫外防護(hù)性能可以達(dá)到74.80。決明子染料可以給予織物優(yōu)良的抗紫外性能的原因在于其具有蒽醌的結(jié)構(gòu)。蒽醌結(jié)構(gòu)的染料在紫外線的作用下會(huì)處于單線態(tài)，經(jīng)過分子內(nèi)的重排后會(huì)處于三線態(tài)和自由態(tài)，在紫外線、羥基自由基及活性氧的作用下，處于三線態(tài)和自由態(tài)的蒽醌結(jié)構(gòu)的染料仍然可以變回單線態(tài)[17]。這也從側(cè)面印證了決明子染料具有良好的日曬色牢度。

2.7?決明子染色蠶絲織物的熒光性能測(cè)試

按照1.2.2中的染色方法，在決明子染色溶液的pH為3的條件下，蠶絲織物經(jīng)60 ℃下保溫60 min后水洗并晾干，分別從染色前后的織物上取紗線在倒置熒光顯微鏡下觀察其熒光性能，結(jié)果如圖6所示。其中圖6（a）（c）為分別在倒置熒光顯微鏡B模式和G模式中呈現(xiàn)的熒光結(jié)果，圖6（b）（d）為分別在倒置熒光顯微鏡B模式和G模式中的熒光強(qiáng)度。

從圖6（a）可以發(fā)現(xiàn)，染色前的蠶絲織物經(jīng)藍(lán)光激發(fā)時(shí)，基本不能發(fā)射綠色的熒光，經(jīng)過決明子染色后，蠶絲織物可以發(fā)射出明顯的綠色熒光。從圖6（b）可以得出，染色后的蠶絲織物發(fā)射綠色熒光強(qiáng)度為染色前的3倍。圖6（c）中，決明子染色前的蠶絲織物經(jīng)綠光激發(fā)時(shí)，有比較弱的紅色熒光，經(jīng)過決明子染料染色后，蠶絲織物可以發(fā)射出較強(qiáng)的紅色熒光。從圖6（d）可以得出，染色后激發(fā)的紅色熒光強(qiáng)度為染色前的2倍。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道胭脂紅酸和胭脂蟲紅存在具有熒光功能的蒽醌結(jié)構(gòu)的基團(tuán)，可以吸收紫外光區(qū)的光放出紅色和藍(lán)色的熒光[18]。決明子提取染料的結(jié)構(gòu)主要是蒽醌類及其與單糖和二糖組成的配糖體，結(jié)構(gòu)跟胭脂紅酸和胭脂蟲紅的結(jié)構(gòu)很相似，從圖6的測(cè)試結(jié)果也可以發(fā)現(xiàn)決明子染料中存在許多可以被激發(fā)的具有熒光功能的基團(tuán)。

3?結(jié)?論

蠶絲織物具有手感滑爽、吸濕透氣和特殊的光澤等優(yōu)點(diǎn)，天然染料具有來源廣、無毒和生物相容性好等特點(diǎn)，使用合適的天然染料對(duì)蠶絲織物染色可以提高其價(jià)值。決明子染料使用適合的提取和染色工藝可以給予蠶絲織物高染色牢度和特殊的功能性。本文中決明子染料對(duì)蠶絲織物染色的優(yōu)化工藝為：1）pH值為3，染色溫度為60 ℃，染色時(shí)間為60 min;2）媒染劑對(duì)顏色深度的提升能力為銅媒染>鐵媒染>鋁媒染>無媒染;3）染色后干、濕摩擦色牢度分別為4和3級(jí)，皂洗變色和沾色色牢度均為4級(jí)，日曬色牢度為4級(jí);4）桑蠶絲織物經(jīng)過決明子染色后，具有優(yōu)良的抗紫外性能（UPF值為7480），其熒光性能提升了2～3倍。

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