草花梨木色素的提取及其对棉织物染色的方法比较

朱莉娜，庞 蕾，邹 蒙

（德州学院纺织服装学院，山东德州253023）

植物染料越来越受到人们的关注，重新得到重视，国内研究者日益增多，已经有许多企业将植物染料应用于纺织品、服装、家纺等领域。［1］植物染料直接取自大自然，本身结构的形成是自然生长的结果，对人体没有化学损害。而且植物染料所采用的原料均是经过严格筛选，不仅无毒无害，以中药材作为原料的植物染料还具有医疗和保健作用。另外，植物染料的生产过程实质上就是色素的提取过程，会留下一定量的残渣，将其经过处理可作为优质肥料。［2］

植物染料主要是提取树皮、根、果实、茎等部分的色素进行染色。从染色工艺来看，有些天然植物色素在水中有较好的溶解性，染料可直接固着在织物上；而有些植物色素需要用媒染剂与之络合，从而使其固着在织物上；还有一些植物色素不溶于水，须利用其对酸、碱溶液的溶解度不同而固着在纤维上。［3］由此可见，不同植物染料的性质差异较大，而同种植物染料的性质也有一定的差异。［4］

草花梨木有很高的药用价值，木屑泡水可降血压、血脂；用木屑填充做枕头更有舒筋活血之功效，尤其适合老年人使用；制成的家具（如床榻、椅凳）对睡眠和养神有益，草花梨木地板特有的自然醇香对人体脑神经系统有良好的调节作用。［5］草花梨木在植物染料原料中价格居中，使得利用草花梨木色素染色织物具有了现实意义。

1 实验

1.1 材料

棉织物，贴衬专用丝织物和棉织物；乙醇、硫酸铜、硫酸铝钾（均为分析纯），草花梨木。

1.2 仪器

电子天平AR2130［奥豪斯国际贸易（上海）有限公司］，NB-QXJ-22.5D数控型超声波清洗仪器，UV-2450型紫外可见分光光度计（日本岛津公司），SW-8A型耐洗色牢度试验机，Y571W纺织品摩擦色牢度仪，BZGY908标准光源箱。

1.3 色素提取

1.3.1 草花梨木预处理

取草花梨木原料，磨碎备用。

1.3.2 超声波提取法

称取干燥粉碎的草花梨木，在乙醇用量0%～80%，超声功率200～400 W，温度40～60℃、料液比1∶5～1∶25的条件下进行提取，保温20～60 min后将提取液冷却过滤待用。

1.4 染色方法

1.4.1 直接染色

配制草花梨木染液，调节超声功率为200～400 W，浴比为1∶20～1∶60，在室温下将棉织物放入染液中，染色温度为30～60℃，保温20～60 min后降温、水洗、晾干。

1.4.2 媒染染色［6］

预媒染色：先将棉织物放入含有媒染剂的溶液中，在一定温度下处理一定时间，取出布样再放入草花梨木染液中，按照优化的直接染色工艺进行染色，降温、水洗、晾干。

同浴媒染：将棉织物放入含有媒染剂和草花梨木的染液中，按照优化的直接染色工艺进行染色，降温、水洗、晾干。

后媒染色：先将棉织物投入草花梨木染液中，按照优化的直接染色工艺进行染色，取出后放入含媒染剂的溶液中，在一定温度下处理一定时间，降温、水洗、晾干。

1.5 测试

上染率：利用紫外可见分光光度计测试吸光度，按下式计算上染率：

其中，A1为残液吸光度；A0为原液吸光度；C1为残液稀释倍数；C0为原液稀释倍数。

耐皂洗色牢度：按GB/T 3921—2008《纺织品 色牢度试验耐皂洗色牢度》测定。

耐摩擦色牢度：按GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。

2 结果与讨论

2.1 草花梨木提取工艺优化

2.1.1 提取方法

选用两种不同的提取方法（浸提法和超声波提取法）提取草花梨木色素。在相同波长下，利用超声波提取法提取的草花梨木色素染液吸光度更高。超声波提取法克服了浸提法提取时间长、能耗大、提取效率低等问题。［7］因此，选用超声波提取法对草花梨木色素进行提取。

2.1.2 提取剂

以乙醇作为提取剂提取草花梨木色素，提取液的最大吸收波长为269 nm；乙醇毒性低，符合绿色健康理念的要求。因此，选用乙醇作为提取剂，以269 nm处的吸光度判断提取效果。

2.1.3 提取时间

由图1可以看出，随着提取时间的延长，草花梨木提取液的吸光度呈现W形状，在40 min达到峰值。这是因为在足够的时间下，草花梨木的色素分子充分析出，时间过长色素分子遭到破坏，所以提取时间选择40 min。

图1 提取时间对草花梨木提取液吸光度的影响

2.1.4 提取温度

由图2可知，随着提取温度的升高，草花梨木提取液的吸光度先降低后升高，在40℃达到峰值。这是因为温度升高在一定程度上降低了分子的附着率，温度过高又重新附着；但由于草花梨木色素在高温下提取对所含成分有一定的影响。所以，温度选用40℃较为合适。

图2 提取温度对草花梨木提取液吸光度的影响

2.1.5 超声功率

由图3可知，随着超声波提取功率（超声功率）的增大，草花梨木提取液吸光度呈波浪形状逐渐减小，在200 W达到最大值。由于超声波的空化作用，吸光度大体呈下降趋势，但不同超声功率对色素分子及其附着率的影响也不同。

图3 超声功率对草花梨木提取液吸光度的影响

2.1.6 乙醇用量

乙醇用量对草花梨木提取液吸光度的影响如图4所示。

图4 乙醇用量对草花梨木提取液吸光度的影响

从图4中可以看出，随着乙醇用量的升高，草花梨木提取液的吸光度呈现先上升后下降的趋势，在乙醇用量为40%时达到峰值。这是由于过高的乙醇用量会在一定程度上抑制细胞液的流出和对细胞壁的破坏，不利于吸光度的提高。因此，乙醇用量选择40%比较合适。

2.1.7 料液比

由图5可知，随着料液比的减小，吸光度逐渐下降。由于料液比1∶5的提取液已经很少，若再减小料液比，会出现提取液不能浸没材料的现象，因此，料液比选用1∶5。

图5 料液比对草花梨木提取液吸光度的影响

2.2 棉织物超声波直接染色工艺优化

2.2.1 染色温度

由图6可以看出，随着染色温度的升高，染色棉织物的上染率先下降后升高再下降，最优染色温度为30℃。在最优数值后下降是因为超声波染色属于低温染色，当温度过高时，染料分子在超声波与高温的双重作用下加速水解，导致上染率降低。因此，染色温度选择30℃比较合适。

图6 染色温度对染色效果的影响

2.2.2 染色时间

由图7可知，随着染色时间的延长，染色棉织物的上染率先上升再下降再上升，呈波浪形，在40 min时达到峰值。因为适当延长染色时间会使色素分子分解，降低了对棉织物的附着率；时间过长又使大量色素分子重新附着。从提高上染率与节约能源角度考虑，选用40 min比较合适。

图7 染色时间对染色效果的影响

2.2.3 浴比

由图8可知，随着浴比的减小，染色棉织物的上染率先下降后上升再下降，在1∶20时上染率最高。因此浴比选择1∶20比较合适。

图8 浴比对染色效果的影响

2.2.4 超声功率

由图9可知，随着超声功率的增大，染色棉织物的上染率先下降后上升再下降，在350 W时上染率最高。这是由于超声功率过大，较强的空化作用破坏了色素成分。因此，超声功率选择350 W。

图9 超声功率对染色效果的影响

2.2.5 正交实验

由表1可以看出，对草花梨木染液直接染色棉织物的上染率影响由大到小依次为：染色温度、超声功率、染色时间、浴比。综合分析正交实验和单因素实验结果得到草花梨木染料直接染色棉织物的优化工艺条件为：染色温度35℃、染色时间40 min、超声功率350 W、浴比1∶20。

表1 染色工艺L9（34）正交实验表

2.3 染色效果

由表2可知，媒染剂媒染后棉织物的上染率都有所提高。硫酸铜和硫酸铝钾的预媒染效果好于后媒染和同浴媒染；硫酸铜预媒染对上染率的提高效果最大。优化的媒染工艺为硫酸铜预媒染。

表2 草花梨木色素对棉织物的染色效果

在洗衣粉的洗涤作用下，硫酸铜媒染棉织物的稳定性比硫酸铝钾媒染棉织物差，容易褪色。不同媒染剂和媒染方式对染色棉织物耐摩擦、耐皂洗色牢度的影响效果不同，或改善或降低。

3 结论

（1）草花梨木色素优化提取工艺：提取温度40℃，提取时间40 min，料液比1∶5，乙醇用量40%，超声功率200 W。

（2）草花梨木染料对棉织物直接染色的优化工艺：染色温度30℃，染色时间40 min，超声功率350 W，浴比1∶20。

（3）不同媒染剂和媒染方式得到的染色棉织物效果差异很大；媒染优化工艺为硫酸铜预媒染。