板栗殼色素對(duì)牛奶纖維和棉纖維同色性染色研究

許志忠，蘇 北

(河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院，河南 鄭州 450007)

板栗殼色素屬于黃酮類物質(zhì)，具有良好的水溶性、耐光性和熱穩(wěn)定性，顯略帶金屬光澤的棕色，可用于紡織品著色，具有較好的使用前景[1]。用板栗殼天然色素對(duì)牛奶纖維和棉纖維混紡織物染色，可得到人們喜愛的天然棕色。牛奶纖維和棉纖維混紡使織物具備兩者優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)用又環(huán)保，符合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，但兩種纖維的染色性能不一樣，會(huì)導(dǎo)致混紡織物同浴染色出現(xiàn)色差。因此，研究染色工藝條件對(duì)同色性的影響，可為牛奶纖維和棉纖維混紡織物的染整加工提供一定借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

纖維：牛奶纖維，白度為82%，上海正家牛奶絲有限公司；棉纖維，白度為81%，泉州金棉纖維制品有限公司。

試劑：氯化鈉、冰乙酸，分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司；殼聚糖，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；皂粉，工業(yè)品，廣東立白企業(yè)集團(tuán)有限公司；板栗殼，市售，工廠下腳料。

儀器：BSM2204型電子天平，精度為0.1 mg，上海卓精電子科技有限公司；HH-ZK4型恒溫水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；Color-Eye 7000A型電腦測(cè)色儀，美國(guó)X-Rite公司；SW-12A型耐皂洗色牢度測(cè)試機(jī)，溫州方圓儀器有限公司；Y571N型耐摩擦牢度測(cè)試儀，溫州方圓儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1板栗殼色素提取

將40 g板栗殼粉末(經(jīng)過(guò)打磨機(jī)粉碎制成)放入1 000 mL燒杯中，并加入400 mL蒸餾水，放在紅外加熱爐上加熱至沸騰，加熱期間用玻璃棒適當(dāng)攪動(dòng)，使板栗殼粉末充分受熱以利于色素提取，保溫60 min，趁熱過(guò)濾，將冷卻濾液放入容量瓶中并補(bǔ)加蒸餾水至500 mL，貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2棉纖維改性

由于板栗殼色素對(duì)棉纖維上染率較低，染色情況較差，故對(duì)棉纖維進(jìn)行改性處理，使其帶有陽(yáng)離子以提高上染率。殼聚糖改性棉纖維工藝如下：浴比1∶50，改性液中乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，殼聚糖質(zhì)量濃度0～8.0 g/L，改性溫度80 ℃，改性時(shí)間40 min。改性過(guò)程需要先將乙酸配制好，再將殼聚糖加入其中充分?jǐn)嚢柚敝镣耆芙?，放入棉纖維進(jìn)行改性，水洗后于80 ℃烘干備用。

1.2.3牛奶纖維和棉纖維同浴染色

(1)染色工藝條件

在設(shè)計(jì)的同浴染色工藝條件下，對(duì)牛奶纖維和改性前后的棉纖維進(jìn)行同浴染色。染色工藝條件如下：纖維0.8 g(0.4 g牛奶纖維和0.4 g改性棉纖維)，板栗殼色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%(即取板栗殼色素提取液24 mL)，氯化鈉質(zhì)量濃度40 g/L，浴比1∶50，染色溫度80 ℃，染色時(shí)間60 min。

(2)試驗(yàn)步驟

稱量：天平準(zhǔn)確稱量漂白后的牛奶纖維和棉纖維各0.4 g。

配制染液：按試驗(yàn)處方計(jì)算所需染液(即板栗殼色素提取液)和氯化鈉用量，在染杯中加入計(jì)量好的板栗殼色素提取液，補(bǔ)充所需要的蒸餾水。

浸染染色：將牛奶纖維和棉纖維用蒸餾水潤(rùn)濕后擠干，投入染液中開始染色。將染杯置于恒溫水浴鍋中升溫至80 ℃，在此溫度下染15 min后加入一半準(zhǔn)備好的氯化鈉，續(xù)染15 min后加入剩余的氯化鈉，再續(xù)染30 min，保持?jǐn)嚢璺乐谷旧粍颉?/p>

染色完成：將溫度降至50 ℃，用夾子把纖維夾出用冷水洗，晾干后比較纖維的染色情況。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1表面色度值測(cè)試

試樣的表觀色深K/S值、明亮度值(黑白)L*、紅綠色軸值a*、黃藍(lán)色軸值b*和色差ΔE在Color-Eye 7000A型電腦測(cè)色儀上測(cè)定，采用D65光源和10°觀察角[2]。

1.3.2牢度測(cè)定

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》[3]要求，用SW-12A型耐皂洗色牢度測(cè)試機(jī)進(jìn)行測(cè)定。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》[4]要求，用Y571N型耐摩擦色牢度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 牛奶纖維和棉纖維同浴染色

板栗殼色素染牛奶纖維和棉纖維的顏色特征值和色差是在最大吸收波長(zhǎng)470 nm下測(cè)得的，如表1所示。

表1 兩種纖維同浴染色的顏色特征值及色差Tab.1 Color characteristic value and color difference value of two fibers dyed in one bath

由表1可知，在設(shè)定的工藝條件下同浴染色所得兩種纖維的顏色特征值和色差較大，牛奶纖維著色較好，棉纖維的K/S值較小，說(shuō)明牛奶纖維的上染率高于棉纖維。這是因?yàn)槊蘩w維與板栗殼色素帶有同號(hào)電荷，兩者之間存在斥力作用，導(dǎo)致板栗殼色素對(duì)棉纖維上染率低。

2.2 殼聚糖濃度對(duì)染色棉纖維K/S值的影響

殼聚糖對(duì)棉纖維進(jìn)行改性常用的工藝有浸軋和浸漬兩種，分別適用于織物和散纖維。本研究采用適合棉散纖維的浸漬工藝。文獻(xiàn)[5-7]的選取條件為浴比1∶50、改性液中乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、改性溫度80 ℃、改性時(shí)間40 min，此工藝僅重點(diǎn)對(duì)殼聚糖質(zhì)量濃度變化的影響因素進(jìn)行研究，選取的殼聚糖質(zhì)量濃度分別為0 g/L、0.5 g/L、1.0 g/L、2.0 g/L、4.0 g/L、8.0 g/L，選取0 g/L是為了消除乙酸處理對(duì)結(jié)果的影響。板栗殼色素染棉纖維的K/S值是在最大波長(zhǎng)470 nm下測(cè)得的，如表2所示。

表2 殼聚糖濃度變化對(duì)染色棉纖維K/S值的影響Tab.2 Effect of chitosan concentration on K/S value of dyed cotton fibers

由表2可知，當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度為0～2.0 g/L時(shí)，隨著殼聚糖濃度的增大，K/S值增大。這是因?yàn)殡S著殼聚糖濃度的提高，改性后與棉纖維結(jié)合的殼聚糖量增大，從而降低了棉纖維的負(fù)電性，染色時(shí)板栗殼色素與棉纖維之間的斥力作用減少，板栗殼色素對(duì)棉纖維的上染率提高。當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度為2.0～8.0 g/L時(shí)，隨著殼聚糖濃度的增大，K/S值變化不大。從生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，選取殼聚糖質(zhì)量濃度為2.0 g/L。

2.3 牛奶纖維和殼聚糖改性棉纖維同浴染色

板栗殼色素染牛奶纖維和改性棉纖維的顏色特征值和色差都是在最大吸收波長(zhǎng)470 nm下測(cè)得的，如表3所示。

表3 牛奶纖維和改性棉纖維同浴染色的顏色特征值及色差Tab.3 Color characteristic value and color difference value of milk fibers and modified cotton fibers

由表3可知，板栗殼色素對(duì)改性后棉纖維的染色效果較好。對(duì)比表1可知，改性后棉纖維對(duì)色素的吸附量顯著提升，同浴染色棉纖維的K/S值較大，牛奶纖維的K/S值有所減少，色差約為2，同色性較好。采用殼聚糖對(duì)棉纖維進(jìn)行改性，棉纖維能夠與殼聚糖發(fā)生反應(yīng)，并且在表面引入季銨鹽正離子，板栗殼色素和改性后棉纖維表面的季銨鹽離子因庫(kù)侖力相吸引，會(huì)有更多色素吸附在棉纖維表面，進(jìn)而提升了色素的上染率[8]。

表4 耐皂洗色牢度與耐摩擦色牢度Tab.4 Color fastness to soaping and rubbing

2.4 耐皂洗色牢度與耐摩擦色牢度

牛奶纖維及改性棉纖維染色后的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度結(jié)果見表4。由表4可知，在同浴染色條件下，所染的牛奶纖維和改性棉纖維有較好的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。

3 結(jié)論

(1)確定殼聚糖改性棉纖維的工藝為浴比1∶50、乙酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、殼聚糖質(zhì)量濃度2.0 g/L、改性溫度80 ℃、改性時(shí)間40 min，此時(shí)K/S值較大。

(2)在同浴條件下，用板栗殼色素對(duì)兩種纖維進(jìn)行染色，牛奶纖維著色較好，棉纖維著色較差，同色性較差。

(3)棉纖維經(jīng)過(guò)殼聚糖改性處理后，板栗殼色素對(duì)棉纖維的上染情況改善，同浴染色后，K/S值相比未改性棉纖維顯著增大，其他顏色特征數(shù)據(jù)也接近牛奶纖維，色差約為2，取得了較好的同色性，且有較好的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度。