紫胶色素在蚕丝织物印花中的应用

宋慧君，王 明，高玉梅，曹 毅，李治勇

(河南工程学院 材料与化学工程学院，郑州 450007)



紫胶色素在蚕丝织物印花中的应用

宋慧君，王 明，高玉梅，曹 毅，李治勇

(河南工程学院 材料与化学工程学院，郑州 450007)

探讨紫胶色素及媒染剂对印花原糊流变性的影响，固色方法、汽蒸时间对印花蚕丝织物表观色深K/S值的影响，以及媒染剂种类和质量分数对印花织物K/S值和色牢度的影响。结果表明，紫胶色素与淀粉原糊之间具有良好的相容性，媒染剂氯化镧、氯化铈、硫酸锌与淀粉原糊的相容性好；采用淀粉原糊、氯化镧或氯化铈或硫酸锌与紫胶色素调成的印花色浆印花，汽蒸固色较焙烘固色织物的K/S值大，汽蒸时间为15 min可获得较高的K/S值，媒染剂质量分数占色浆重2%时可获得较高的K/S值和色牢度，使用不同的媒染剂可丰富印花织物的色相。

紫胶色素；媒染剂；相容性；印花；蚕丝织物

近年来，随着环保理念不断深入人心，人们对纺织品的穿着使用安全和健康等问题越来越重视。天然色素具有良好的生物降解性，无毒、无害，对皮肤无过敏，不致癌等优点，同时还具有药物保健功能[1-2]。天然染料印染后的织物色相独特，深受人们喜爱[3-4]。紫胶色素是紫胶虫新陈代谢的产物，也是紫胶加工过程中的主要副产品，是一种蒽醌类羧酸的混合物，有紫胶酸A、B、C、D、E五种形式，其中紫胶酸A和B含量最高，紫胶色素结构中因含多个酚羟基而使其具有抗菌、抗病毒、抗癌的作用和一定的抗氧化活性[5]。蚕丝织物手感柔软，光泽柔和，穿着舒适，是高档的服装面料。紫胶色素用于蚕丝织物印花，两者相得益彰。目前对天然色素在印染应用中的研究大多是研究其染色性能及工艺，在印花应用方面的研究很少。不同的天然色素由于其结构与性能的不同，印花所适宜的原糊、媒染剂及印花工艺不同，为了使紫胶色素应用于织物印花，丰富印花产品色相，本文首先研究了紫胶色素与原糊的相容性，优选出与紫胶色素相容性好的原糊，然后，研究了原糊与媒染剂的相容性，用与紫胶色素相容性好的原糊、与原糊相容性好的媒染剂及紫胶色素制备印花色浆，研究了固色方法、媒染剂质量分数及汽蒸条件对印花效果的影响，优化了紫胶色素印花工艺条件。

1 实 验

1.1 材料与仪器

材料：蚕丝电力纺半制品(市售)，合成龙胶、玉米淀粉(工业级，嘉兴市龙啸化工有限公司)，质量分数为36%的醋酸溶液(市售)，硫酸、尿素、食盐、氢氧化钠、氯化铈、氯化镧、硫酸锌、硫酸铝、槟榔栲胶均为分析纯、市售，中性洗涤剂(市售)，BF-7658淀粉酶(2 000 μ/g，斯贝特生物科技有限公司)，紫胶色素结构如图1所示。

图1 紫胶色素各组分的结构式Fig.1 Structure of each component of lac pigment

仪器：DV-79型数字式粘度计(上海尼润智能科技有限公司)，RC-MP2000型磁棒印花机、H-TS型高温汽蒸箱、PC-DX型试样定型烘干机(上海一派印染技术有限公司)，CE-7000A高精度测色仪(沈阳彩普科技有限公司)，SW-12A型耐洗色牢度试验机、YG631型汗渍色牢度仪、Y902型汗渍色牢度烘箱(温州方圆仪器有限公司)，M571B型耐摩擦色牢度测试仪(青岛山纺仪器有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 紫胶色素对原糊流变性的影响

空白色浆处方：原糊60%，尿素5%，加水至100%。

含紫胶色素的色浆处方：原糊60%，尿素5%，紫胶色素3%，加水至100%。

原糊为8%的玉米淀粉原糊或6%的合成龙胶原糊。

按处方配制色浆，除泡后，于25 ℃条件下，用DV-79型数字式粘度计测试其流变性，绘制流变曲线，比较紫胶色素加入前后色浆的流变特性，选择与紫胶色素相容性较好的原糊。

1.2.2 媒染剂对原糊流变性的影响

用与紫胶色素相容好的原糊制备色浆。

不含媒染剂色浆处方：原糊60%，尿素5%，加水至100%。

含媒染剂色浆处方：原糊60%，尿素5%，媒染剂 5%，加水至100%。

所用媒染剂包括氯化镧、氯化铈、硫酸锌、硫酸铝、槟榔栲胶。

按处方配制色浆，除泡后，于25 ℃条件下，用DV-79型数字式粘度计测试其流变性，绘制流变曲线，比较媒染剂加入前后色浆的流变特性，选择与原糊相容性较好的媒染剂。

1.2.3 印花工艺

1)工艺处方：原糊60%，紫胶色素3%，尿素5%，媒染剂x%，加水至100%。

2)工艺流程：印花→烘干(80 ℃)→固色→后处理。

固色方法包括汽蒸和焙烘。

后处理包括：冷水洗→热水洗→淀粉酶退浆(BF-7658淀粉酶1.5 g/L，食盐4 g/L，pH值6～6.5，于70 ℃处理30 min)→热水洗→冷水洗→烘干。

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1.3 印花效果测试

用CE-7000A高精度测色仪测定印花后织物的颜色特征。采用D65光源和10°观察角，每个试样测4次，取平均值。

皂洗色牢度参照GB/T 3921—2008《纺织品色牢度试验 耐皂洗色牢度》进行测试，耐摩擦色牢度参照GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》进行测试，耐水色牢度参照GB/T 5713—2013《纺织品 色牢度试验 耐水色牢度》进行测试，耐汗渍色牢度参照GB/T 3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》进行测试。

2 结果与分析

2.1 紫胶色素对原糊流变性的影响

天然色素染色及印花所用媒染剂大多为金属盐类，带有负电荷的印花原糊会与媒染剂的金属离子反应形成沉淀，无法起到有效的增稠及传递介质的作用，为此选用非离子型的淀粉原糊及合成龙胶原糊进行研究。紫胶色素对淀粉原糊及合成龙胶原糊流变性的影响如图2、图3所示。

图2 紫胶色素对淀粉原糊流变性的影响Fig.2 Effect of lac pigment on the rheological property of starch paste

图3 紫胶色素对合成龙胶原糊流变性的影响Fig.3 Effect of lac pigment on the rheological property of synthetic gum paste

由图2、图3可以看出，随剪切速率增大，淀粉原糊及合成龙胶原糊的黏度均减小，说明这两种原糊均为剪切变稀。加入紫胶色素后，淀粉原糊的黏度变化很小，而合成龙胶原糊的黏度明显增大，说明淀粉原糊与紫胶色素的相容性好，因此选用淀粉原糊作为紫胶色素的印花原糊。

2.2 媒染剂对原糊流变性的影响

天然染料直接染色普遍存在色牢度差的问题，需要使用媒染剂进行媒染处理以改善其色牢度，染色后，会有部分媒染剂残留在染色废水中。如果使用的媒染剂不环保，会导致染色废水中含有有毒金属离子，这样的染色废水会危害环境及人体健康[6]。因此，天然染料染色时应严格遵守环境保护法规中规定的纺织品及排放物中金属离子的限制。纺织产品及纺织工业排放物中铬、铜、铅等重金属含量受到严格限制[7]。槟榔栲胶来自槟榔果实浸膏，为水溶性的多酚化合物，属于植物单宁，其酚羟基能够与纤维及染料形成有效的交联，提高染料的固色率。有相关研究发现，亲和力低的天然染料染棉时，单宁促进固色效果显著[8]。因此，本文选用环保无毒的硫酸锌、硫酸铝、氯化镧、氯化铈及槟榔栲胶作媒染剂，研究媒染剂与淀粉原糊的相容性。

用8%淀粉原糊作印花原糊，按照1.2.2中的工艺处方配制色浆，测试其流变性能，结果见图4。

图4 媒染剂对淀粉原糊流变性的影响Fig.4 Effects of mordant on the rheological property of starch paste

由图4可以看出，剪切速率相同时，加入媒染剂后，淀粉原糊的黏度有所下降，其中硫酸锌对淀粉原糊的黏度影响最小，其次是氯化铈、氯化镧，槟榔拷胶对淀粉原糊的粘度影响较大，硫酸铝使淀粉原糊的粘度显著降低。这表明硫酸锌、氯化镧、氯化铈与淀粉原糊相容性较好。淀粉分子间由于氢键、范德华力的作用而形成网状结构，并且吸附了大量水分而构成溶剂化层，由此产生结构黏度，形成粘稠的原糊。原糊中加入金属盐后，由于金属离子夺去了淀粉分子间形成的网状结构中吸附的水分子，表现为释放自由水，使原糊的黏度下降[9]。

2.3 固色方法对印花蚕丝织物表观色深K/S值的影响

原糊用淀粉原糊，紫胶色素3%，媒染剂质量分数2%，织物印花烘干后，采用汽蒸或焙烘固色，汽蒸温度102 ℃，汽蒸时间15 min，焙烘温度150 ℃，焙烘时间3 min。固色方法对印花蚕丝织物表观色深的影响见图5。

图5 固色方法对织物K/S值的影响Fig.5 Effects of color fixation type on the K/S values of the fabric

2.4 汽蒸时间对印花蚕丝织物表观色深K/S值的影响

原糊用淀粉原糊，紫胶色素3%，媒染剂质量分数2%，汽蒸温度102 ℃，汽蒸时间分别为5、10、15、20、25 min和30 min，汽蒸时间对印花蚕丝织物表观色深的影响见图6。

由图6可知，随汽蒸时间延长，印花织物的K/S值增大。这是因为在汽蒸过程中，紫胶色素从纤维表面扩散到纤维内部，同时，紫胶色素中的羟基、羧基，以及蚕丝纤维中的羟基、氨基、羧基可以作为与金属离子形成络合物的配位基，与媒染剂氯化镧、氯化铈及硫酸锌中的金属离子发生络合反应，从而提高上染率，使织物表观色深K/S值增大。但汽蒸时间过长，K/S值又有所减小。用氯化镧、硫酸锌作媒染剂，汽蒸时间为15 min时，K/S值最大；用氯化铈作媒染剂，汽蒸时间为10 min时，K/S值最大，其值为3.7，汽蒸时间为15 min时，K/S值略有下降，其值为3.6，与汽蒸时间为15 min时的K/S值接近。不同媒染剂用于同一织物印花时，需要汽蒸时间一致，工艺才有可行性，因此汽蒸时间以15 min为佳。

图6 汽蒸时间对织物K/S值的影响Fig.6 Effects of steaming time on K/S values of the fabric

2.5 媒染剂对印花效果的影响

原糊用淀粉原糊，紫胶色素3%，汽蒸温度102 ℃，汽蒸时间15 min，媒染剂种类及质量分数对印花蚕丝织物K/S值及色牢度的影响见表1。

表1 媒染剂种类及质量分数对印花蚕丝织物K/S值及色牢度的影响

由表1可以看出，色浆中加入媒染剂后，印花织物的色牢度有所提高。这是因为，如果色浆中不加媒染剂，汽蒸时染料与纤维之间形成氢键、范德华力结合；在印花色浆中加入媒染剂，汽蒸时染料与纤维之间除了形成氢键、范德华力结合外，媒染剂与色素及蚕丝之间还可以形成配位键结合[10]。氯化镧、氯化铈、硫酸锌质量分数2%时，织物的K/S值最大，色牢度最高。媒染剂质量分数增大，有利于媒染剂与色素及蚕丝之间充分形成配位键结合，从而使结合到织物上的染料量提高。K/S值增大，色牢度提高，但媒染剂质量分数提高到3%，印花蚕丝织物的K/S值及色牢度反而有所下降。可能是色浆中媒染剂质量分数高，媒染剂络合的染料过多，不能充分与纤维之间形成配位结合，导致K/S值有所降低，色牢度下降，因此媒染剂的最佳质量分数为2%。

2.6 最佳工艺印花蚕丝织物的颜色特征

原糊用淀粉原糊，紫胶色素3%，媒染剂2%，汽蒸温度102 ℃，汽蒸时间15 min，印花织物的颜色特征值见表2。c*表示颜色的纯度，c*值越大，表示颜色的纯度越高，颜色越鲜艳。

表2 印花蚕丝织物的颜色特征值

由表2可知，含有媒染剂的色浆印花织物的色泽更鲜艳。氯化澜、氯化铈作媒染剂印花蚕丝织物的颜色特征相似，与不加媒染剂的紫胶色素印花织物相比，氯化澜、氯化铈作媒染剂的印花织物b*负值明显增大，色光明显偏蓝。硫酸锌做媒染剂的印花织物a*值明显增大，b*负值增大，色光明显偏红、偏蓝，通过使用不同媒染剂可以丰富印花织物的色相。

3 结 论

选择与紫胶色素具有良好相容性的淀粉原糊作为印花原糊，与淀粉原糊具有良好相容性的媒染剂硫酸锌、氯化镧、氯化铈作紫胶色素印花的媒染剂，优化了紫胶色素印花的工艺条件，获得了色泽鲜艳、色牢度良好的印花蚕丝织物。使用不同媒染剂印花可以丰富印花织物的色相，为蚕丝织物的天然色素印花奠定了基础。

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Application of lac pigment in silk fabric printing

SONG Huijun, WANG Ming, GAO Yumei, CAO Yi, LI Zhiyong

(School of Material and Chemical Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China)

In this paper, effects of lac pigment and mordant on rheological property of printing paste and the influence of fixation type and steaming time onK/Svalues as well as the effects of mordant type and mass fraction onK/Sand color fastness of printed silk fabric were studied. The results show that there is favorable compatibility between lac pigment and starch paste as well as good compatibility among lanthanum chloride, cerium chloride, zinc sulfate and starch paste. For the printing with paste containing starch paste, lanthanum chloride or cerium chloride or zinc sulfate and lac pigment, theK/Svalues of printed silk fabrics fixed with steaming are higher than those of cured silk fabrics. The higherK/Svalues can be obtained by steaming for 15 min. Besides, the higherK/Svalues and color fastness can be obtained with the printing paste containing 2% mordant, and the printed fabric colors can be enriched by using different mordant.

lac pigment; mordant; compatibility; printing; silk fabric

��与技术

10.3969/j.issn.1001-7003.2016.10.002

2016-04-19;

2016-09-29

宋慧君(1969-),女，教授，博士，主要从事纺织品染色和印花的教学及科研。

TS194.44

A

1001-7003(2016)10-0007-05 引用页码:101102