决明子成熟荚天然染料在真丝织物染色中的应用外文翻译资料

 2022-08-07 02:08

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决明子成熟荚天然染料在真丝织物染色中的应用

Pronpanit Sasivatchutikool and Monthon Nakpathom

摘要

研究了决明子成熟荚提取的天然染料对真丝织物染色的影响。本研究探索了不同条件下的两种媒染过程(预媒染和后媒染)。研究并记录了真丝织物染色、上染率、色牢强度等性能的最佳工艺条件。当染色温度为90℃、染色时间为60min、染浴pH值为4时染色效果最佳。在本研究使用的媒染剂中，FeSO4的上染率(K/S值)最高，但色牢度(L*，a*，b*)最低，其次是AlK(SO4)2和SnCl2。在硫酸亚铁媒染剂的作用下，上染颜色变得更暗。对AlK(SO4)2来说，预媒染的K/S值大多高于后媒染，而FeSO4和SnCl2的K/S值则相反。两种媒染方法的色牢度结果相似。耐洗牢度和耐摩擦色牢度较好，耐光色牢度较差。然而，耐汗渍牢度和耐水牢度都较好。

介绍

人们对合成染料加工及释放带来的生态和健康危害的认识日益增强，这引起了全世界对用天然提取染料染色的纺织品的兴趣。天然染料通常是环保的，与合成染料相比有许多优点。近年来，天然染料因其环境友好性、无毒性、无致癌性、不过敏性、再生相容性好、来源可再生等优点而受到广泛关注。天然染料的色调范围很广，可以从动物、昆虫、细菌、真菌、矿物质和植物的不同部位(包括叶、种子、根、花、树皮、水果等)中获得。天然染料在食品、化妆品、皮革、染料增感剂、医用植物、纺织品染色和印花等领域具有潜在的应用前景。在世界上许多发展中国家，天然染料不仅可以提供丰富多样的染料来源，而且还可以通过可持续收获和出售来源植物获得收入。大多数天然染料对纺织原料没有实质性，必须与媒染剂一起使用。媒染剂是一种金属盐，能在纤维和染料之间产生亲和力。明矾、铬、氯化亚锡和硫酸亚铁是最常用的媒染剂。蚕丝是家蚕生产的一种天然纤维，几千年来一直被用作纺织原料的天然来源。它以其优异的性能而闻名，具有柔软、光滑、有光泽、舒适、透气、吸湿性等特点。真丝纤维的化学结构两端都含有氨基(-NH2)和羧基(-COOH)，因此可以用酸性染料、活性染料、金属络合染料和天然染料染色。

决明子属，泰国的一种国树，在泰语中通常被称为Khun或Ratchaphruek。这种树经常被种植在泰国的城市道路和林荫道上，几个世纪以来一直被广泛用于传统医学。这种树在夏天开出明黄色的花朵，它成熟的豆荚被简单地从地上收集起来，然后当作废物扔掉。决明子豆荚的主要着色特性归因于决明子酸和蒽醌染料的存在，其中包括大黄酸，芦荟大黄素和番石榴苷。

图1. 决明子成熟豆荚提取物中的主要呈色成分

图2.决明子成熟豆荚

这项工作的目的是采用浸染工艺研究从决明子成熟豆荚中提取的天然染料对真丝织物的染色效果。

材料和方法

2.1材料

采用1g/L非离子皂洗液，在50℃的温度下，在浴比为1：50的条件下，对平纹白丝织物精练30min。然后，洗涤后的丝绸用自来水彻底清洗，并在室温下晾干。决明子成熟荚果是从泰国昌塔武里省采集的。在实验中使用了三种媒染剂，分别是明矾(AlK(SO4)2·12H2O)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和氯化亚锡(SnCl2·2H2O)。非离子皂洗剂由Boonthawee Chemephan有限公司提供。

2.2仪器

媒染工艺是在红外染色机上进行的。采用HALO DB-20型紫外-可见分光光度计进行吸光度测定。使用分光光度计测量颜色值(L*，a*，b*)和颜色强度(K/S值)。用库贝尔卡-蒙克公式计算K/S值：K/S=（1-R）2/2R,，其中R为反射率，K为吸收系数，S为散射系数。

2.3从决明子成熟荚果中提取天然染料的研究

在搅拌机中粉碎决明子成熟荚果，然后将其作为提取染料的原料。提取工艺为：将粉碎的决明子成熟荚果与蒸馏水按1：10的重量比混合，然后煮沸1h。随后，对得到的溶液进行过滤以除去残留物，然后将滤液用于蒸发和染色过程。滤液在减压蒸馏下得到粗染料提取物。为了建立吸光度与染料浓度的标准校正曲线，将染料粗提物溶解在蒸馏水中，得到的溶液是透明的，在280 nm（图3）的吸收峰(lambda;max)处与吸光度的关系呈线性关系。由上述波长下的决明子成熟荚果提取物染料溶液浓度与吸光度的校准曲线计算得出的浓度为33.3g/L。

图3. 决明子成熟荚粗提物染料的紫外-可见光谱

2.4染色工艺的优化

为了优化染色条件，采用不同的时间间隔、温度和pH值对真丝织物进行处理。染色后，用1g/L的非离子皂洗剂在80℃下洗涤20min。然后，织物在蒸馏水中漂洗，并在室温下风干。

2.4.1 温度

真丝织物分7组染色，每组染色的织物重量为50%，染液为决明子成熟荚果提取染料。该工艺在7种不同温度(30°C、40°C、50°C、60°C、70°C、80°C和90℃)下进行，浴比为1：50，染料溶液的初始pH值为5.7，染色时间为60min。

2.4.2 染色时间

在90℃、浴比1：50、pH值5.7的条件下，用6组50%OWF的决明子成熟荚果提取物染料溶液对真丝织物进行染色，染色时间分别为10、20、30、40、50、60min。

2.4.3 pH值

真丝织物在50%OWF的决明子成熟荚果提取物染料溶液中染色，染浴pH值分别为3、4、5、7、9、11，浴比为1：50，温度90℃，染色时间60min。用5g/L醋酸和5g/L碳酸钠溶液将染浴的pH值调节到理想的值。

2.4.4 染料浓度和媒染条件的影响

在不同染料浓度(10、30、50和70%owf)的染浴中，真丝织物在pH值为4、浴比为1：50、染色温度为90℃、染色时间为60min的红外染色机上染色。为改善色牢度和上染率，分别采用10%的明矾、硫酸亚铁和氯化亚锡作为前、后媒染剂，在60℃下媒染30min。在预媒染后，用决明子成熟荚提取物在最佳条件下对织物进行染色。在后媒染过程中，织物染色后再浸泡在媒染剂溶液中。然后将染色样品在1g/L的非离子皂洗剂中在80℃下洗涤20min，然后在室温下漂洗和风干。

2.5 色值、色强和牢度性能的评定

用分光光度计对染色样品的色值和强度进行了评价。根据ISO 105-C06 A1S：2010、ISO 105-B02：2014、ISO 105-X12：2016、ISO 105-E01：2013和ISO 105-E04：2013分别测定染色样品的耐洗牢度、耐光牢度、耐摩擦牢度、耐水牢度和耐汗牢度。

结果和讨论

3.1 染色温度对染色效果的影响

在30℃-90℃的温度范围内，研究了染色温度对真丝织物上染性能的影响，结果如图4所示。这一图表说明，提高染色温度可以提高染色的颜色强度(K/S值)。根据图4，在90℃时获得最大K/S值。染料上染率的提高主要是由于染料提取物良好的热稳定性以及纤维在高温下的膨胀，从而增强了染料的扩散。染色后的丝织品呈黄褐色。决明子熟荚果染料对真丝织物的亲和力可能是由于丝绸中同时存在氨基和羧基所致。决明子熟荚果染料中含有蒽醌，可与真丝纤维形成氢键或离子键(图5)。在不使用任何金属媒染剂的情况下颜色也很牢固。

图4. K/S值在30℃-90℃之间变化，浴比为1：50，pH值为5.7，反应时间为60min。

图5. 决明子熟荚染料与真丝纤维之间的氢键和离子键

3.2 染色时间对染色效果的影响

在不同时间(10-60min)内，研究了染色时间对真丝织物的上染率的影响，结果如图6所示。染色强度(K/S)随染色时间的增加而增加，直至上染率达到平衡，进一步延长染色时间后，染色强度没有明显提高。因此，真丝织物染色的最佳时间为60min。

图6. 染色时间为10-60min，温度90℃，浴比1：50，pH值5.7。

3.3 染色pH值对染色效果的影响

在pH值为3-10的范围内，研究了染浴pH值对决明子熟荚果染料上染真丝织物染色性能的影响，结果如图7所示。真丝染色需要酸性染浴，以确保吸附着色剂的效率。这是因为羧基(-COOH)和氨基(-NH2)的存在会影响与特定着色剂官能团(-OH或-COOH)的成键。另一方面，真丝织物含有质子化的末端氨基(-NH3 )，在酸性pH条件下，它们在真丝纤维中的数量增加，但其表面带负电荷位置（-COO-）的数量却减少了。根据图7所示的结果，发现在pH值为4时，有色化合物对真丝织物具有很高的亲和力，此时K/S值最大。超过此pH值后，K/S值显著降低。这是因为染浴pH值向碱性移动，所以-NH2基团占主导地位，这导致与着色剂-OH基团的牢固作用失败。

图7. K/S值在不同pH值(3、4、5、7、9和10)、浴比1：50、90℃下反应60min。

3.4 染料浓度对K/S值的影响

真丝织物的染色有预媒染和后媒染两种。明矾、硫酸亚铁和氯化亚锡被用作媒染剂。表1和表2显示了真丝织物用决明子成熟荚果提取物染料溶液染色的色值和染色强度。观察到K/S值随染料浓度的增加而增大。在预媒染条件下，发现一种特定媒染剂提高K/S值的效果顺序如下：FeSO4 gt;AlK(SO4)2 gt;不含媒染剂gt; SnCl2。使用后媒染剂的效果顺序为FeSO4 gt; AlK(SO4)2 gt;不含媒染剂gt; SnCl2。真丝织物的染色(10％OWF和30％OWF)导致较高的明度(L*)和较低的颜色强度(K/S)，意味着更亮和更暗的色调。染料浓度的增加提高了染色丝绸的色强度，这可能与染料在纤维上的浓度梯度通过吸附作用有关。染浴浓度的增加导致更多的染料转移到纤维上，从而产生更高的表观颜色深度。在所有条件下，硫酸亚铁媒染剂的染色效果最好。这可以归因于硫酸亚铁倾向于形成强配位络合物，并容易与染料螯合。由于硫酸亚铁的配位数为6，所以有些配位在与纤维相互作用时没有被占据。纤维上的氨基和羧酸等官能团可以占据这些位置。因此，金属可以形成三元络合物，其中一个位置与纤维结合，另一个位置与染料结合。相反，氯化亚锡和硫酸铝钾与染料形成弱配位络合物。它们倾向于与染料形成很强的化学键而不是与纤维成键，所以它们会阻碍和减少染料与纤维的相互作用。真丝纤维通过预媒染法(图8)和后媒染法(图9)对真丝纤维进行染色的机理可以考虑如下。

图8. 真丝纤维染色中按预媒染法提出的媒染剂-染料复合体

图9. 真丝纤维染色中后媒染法提出的媒染剂-染料复合体

得到的数值（表1和表2）表明，用明矾和不加媒染剂染色的真丝织物呈红棕色，而用氯化亚锡媒染的真丝织物则呈淡红棕色。使用硫酸亚铁时，色调变得更暗。这可能与硫酸化铁与空气中的氧气反应有关。二价铁和三价铁共存于纤维上，并且它们的光谱重叠，这种重叠导致最大值的移动，因此，颜色改变为更深的色调。此外，决明子萃取物中的单宁与亚铁盐结合形成复合物，这也会使织物的色调变得更深。

表1. 用不同浓度的决明子熟荚提取物染料(10 %、30 %、50 %和70 % owf)通过用10 % owf金属媒染剂、1∶50的浴比、染浴温度90℃、染浴时间60分钟和染浴pH为 4的预媒染来测定染色丝织物的色值和颜色强度

表2. 用不同浓度的决明子熟荚提取物染料(10 %、30 %、50 %和70 % owf)通过用10 % owf金属媒染剂、1∶50

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