天然梔子黃染色棉織物的防紫外和抗菌性能

（鄭州工商學(xué)院，河南鄭州 451400）

棉織物柔軟透氣、手感舒適，是最重要的紡織材料之一。棉織物通常用活性染料染色，但合成染料在生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，危害人體健康、污染環(huán)境［1］。天然植物染料無毒無害、綠色環(huán)保，可促進紡織印染朝著生態(tài)、環(huán)保、健康的方向發(fā)展，受到研發(fā)人員和生產(chǎn)企業(yè)的廣泛關(guān)注［2-3］。由于大多數(shù)天然植物染料在水溶液中都為陰離子性，染色效果較差，通常會添加媒染劑或化學(xué)合成改性劑以提升染色效果，但同樣會產(chǎn)生大量有毒有害物質(zhì)，違背綠色發(fā)展趨勢［4-5］。殼聚糖是一種純天然陽離子改性劑，能夠提升陰離子型染料的染色效果，目前殼聚糖用于改善合成染料染色效果的研究較多，而對提升天然植物染料染色效果的研究較少［6］。天然植物染料種類眾多，其中梔子黃不僅著色力強，還耐熱、耐光，近年來廣受關(guān)注［7］。本研究以水浸法提取天然梔子黃色素，用殼聚糖對棉織物進行陽離子改性，再用梔子黃染色，研究時間、梔子黃用量、pH 和溫度對染色棉織物K/S值的影響，以及梔子黃染色殼聚糖改性棉織物的色牢度、防紫外和抗菌性能。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：漂白純棉織物，天然梔子粉（市售），殼聚糖（脫乙酰度95%，大連鑫蝶甲殼素有限公司），冰醋酸、HCl、NaOH（分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）。

儀器：XW-ZDR-25X12 型振蕩式染樣機（靖江市新旺染整設(shè)備廠），Datacolor-600 測配色儀（Datacolor公司），UV1800PC 型紫外-可見分光光度計（上海菁華儀器有限公司），GYROWASH415 水洗干洗色牢度儀、Y571 型摩擦牢度儀、YG（B）912E 防紫外性能測試儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 梔子黃色素的提取

稱取20 g 梔子粉加入水中（浴比為1∶30），溶解后調(diào)節(jié)pH 為8～9，升溫至80 ℃保溫60 min，過濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮提取液，取2 mL 提取液稀釋50 倍，得到天然梔子黃染液。

1.3 棉織物的殼聚糖改性

稱取10 g 殼聚糖于4%的冰醋酸溶液中（浴比為1∶30），攪拌30 min 后得到殼聚糖整理液，將棉織物浸入其中，二浸二軋，65 ℃烘3 min 后得到殼聚糖改性棉織物。

1.4 改性棉織物的梔子黃染色

將殼聚糖改性棉織物浸入梔子黃染液中（梔子黃用量2%～12%，pH 2～9，30～80 ℃，10～100 min，浴比1∶30）染色，水洗、晾干后得到梔子黃染色殼聚糖改性棉織物。將未改性棉織物直接浸入梔子黃染液中，采用相同工藝染色，得到梔子黃直接染色棉織物。

1.5 測試

K/S值：將棉織物對折2 次，采用測配色儀測試4個點，取平均值。

色牢度：耐摩擦色牢度參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y試；耐皂洗色牢度參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取窚y試。

防紫外性能：參照AS/NZS 4399《日光防護服評定和分級標(biāo)準(zhǔn)》，分別測試UVA（315～400 nm）和UVB（280～315 nm）的平均透過率以及紫外線防護指數(shù)（UPF 值）。通常UVA 和UVB 平均透過率低于5%且UPF 值大于40即具有紫外防護能力。

抗菌性能：以大腸桿菌的抑菌率為指標(biāo)，參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3 部分：振蕩法》測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTIR 譜

由圖1 可知，未改性棉織物和殼聚糖改性棉織物在1 500～1 700 cm-1處存在明顯差異，改性棉織物在1 565 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，對應(yīng)—NH3+的特征峰，表明殼聚糖改性實現(xiàn)了棉織物纖維的陽離子化［8］。

圖1 未改性(a)和殼聚糖改性(b)棉織物的FTIR 譜

2.2 梔子黃染色工藝優(yōu)化

2.2.1 染色時間

由圖2 可知，隨著染色時間的延長，棉織物的K/S值逐漸增大，60 min 以后K/S值不再明顯增大。這是由于殼聚糖改性棉織物提供的陽離子染座數(shù)量有限，初始階段染座數(shù)量較多，可快速吸附染料，但隨著染色時間的延長，可吸附染料的染座逐漸減少，染料充分上染棉織物后染色趨于飽和，K/S值趨于平穩(wěn)，因此設(shè)定染色時間為60 min。

圖2 染色時間對棉織物K/S 值的影響

2.2.2 梔子黃用量

由圖3 可知，隨著梔子黃用量的增加，棉織物的K/S值逐漸增大。這是由于殼聚糖改性棉織物纖維上存在大量陽離子基團，隨著梔子黃用量的增加，梔子黃染料陰離子被吸附到棉織物纖維表面的概率增大，上染棉織物的染料增多，K/S值增大。超過8%后K/S值不再明顯增大，這是由于殼聚糖改性棉織物的陽離子有限，無法吸附更多的陰離子梔子黃染料，K/S值基本保持不變，因此設(shè)置梔子黃用量為8%。

圖3 梔子黃用量對棉織物K/S 值的影響

2.2.3 pH

由圖4 可以看出，隨著染液pH 的增大，棉織物的K/S值先增大后減小，pH 為5 時K/S值最大。這可能是由于梔子黃染料中含有羥基，pH 小于5 時，隨著pH增加，染料電離程度和溶解度增加，有利于梔子黃染色，K/S值增加；pH 大于5 時，棉織物表面結(jié)合的陽離子減少，對梔子黃染料陰離子吸附能力減弱［9］，K/S值下降，因此設(shè)置pH 為5。

圖4 pH 對棉織物K/S 值的影響

2.2.4 染色溫度

由圖5 可知，隨著染色溫度升高，K/S值先升高后降低，40 ℃時K/S值最高，這可能是由于溫度過高，梔子黃色素不穩(wěn)定。

圖5 染色溫度對棉織物K/S 值的影響

2.3 染色棉織物的性能

2.3.1 色牢度

由表1 可知，梔子黃染色殼聚糖改性棉織物的耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度均高于直接染色棉織物。這是由于未改性棉織物纖維帶負(fù)電荷，與陰離子性的梔子黃染料存在靜電斥力，染料與棉織物纖維的結(jié)合力較差；經(jīng)過殼聚糖改性后，棉織物纖維帶正電荷，與陰離子性的梔子黃染料之間存在靜電引力，染料與棉織物纖維結(jié)合力增強，色牢度增大。

表1 梔子黃染色棉織物的色牢度

2.3.2 防紫外性能

由表2 可知，原棉織物的防紫外性能最差，梔子黃直接染色后防紫外性能有所提升，但均不滿足服裝對防紫外性能的要求，梔子黃染色殼聚糖改性棉織物的防紫外性能最好，UVA 和UVB 平均透過率分別為2.83%和2.35%，UPF 值達(dá)41.28，具有紫外防護能力。這是由于梔子黃染色殼聚糖改性棉織物的表面吸附了更多的染料，可以吸收紫外光攜帶的能量，減少紫外線對人體皮膚的輻射。

表2 梔子黃染色棉織物的防紫外性能

2.3.3 抗菌性能

梔子黃染色的殼聚糖改性棉織物對大腸桿菌具有良好的抗菌性，抑菌率達(dá)80.5%，高于原棉織物（抑菌率1.6%）和梔子黃直接染色棉織物（抑菌率65.7%），符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

（1）天然梔子黃對殼聚糖改性棉織物的優(yōu)化染色工藝：梔子黃用量8%，pH 5，60 min，40 ℃。

（2）梔子黃染色殼聚糖改性棉織物的色牢度高于直接染色棉織物，UVA 和UVB 平均透過率分別為2.83%和2.35%，UPF 值達(dá)41.28，對大腸桿菌的抑菌率達(dá)80.5%，具有良好的色牢度、防紫外和抗菌性能。